片機課程設(shè)計-直流電機

1、精品文檔一、引言直流電機調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機調(diào)速技術(shù)進入到一個新的階段。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的根底。本設(shè)計是研究對直流電機調(diào)速的控制裝置，本課題主要是利用單片機來構(gòu)成控制系統(tǒng)。主要包括：單片機、霍爾元件速度采集電路、直流電機、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾局部組成。首先對預(yù)定速度進行設(shè)置，并通過數(shù)碼管顯示出來。二、設(shè)計原理 2.1 總體設(shè)計原理系統(tǒng)的原理框圖如圖2.1所示，主要包括：單片機、霍爾元件速度采集電

2、路、直流電機、DAC0832、鍵盤、顯示器等幾局部組成。單 片 機顯示器鍵 盤D/A轉(zhuǎn)換電路，DAC外圍放大電路直流電機霍爾元件速度采集圖2.1總體設(shè)計原理框圖在電壓允許范圍內(nèi)，直流電機的轉(zhuǎn)速隨著電壓的升高而加快，假設(shè)加上的電壓為負(fù)電壓，那么電時機反向旋轉(zhuǎn)。D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的變換，實驗臺上D/A電路輸出的是模擬電壓信號。實驗室中的實驗儀的D/A變換器可輸出-8V+8V的電壓，將電壓經(jīng)驅(qū)動后加在直流電機上，使其運轉(zhuǎn)。通過單片機輸出數(shù)據(jù)到D/A變換電路，控制電壓的上下和正負(fù)，觀察電機的旋轉(zhuǎn)情況。2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路圖2.2 D/A轉(zhuǎn)換電路DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換

3、芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入存放器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式輸出，假設(shè)需要相應(yīng)的模擬電壓信號，可通過一個高輸入阻抗的線性運算放大器實現(xiàn)。運放的反應(yīng)電阻可通過RFB端引用片內(nèi)固有電阻，也可外接。實驗儀上提供了D/A轉(zhuǎn)換電路如圖2.2所示。我們可以通過軟件編程控制D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832，輸出相應(yīng)電流值，經(jīng)過采樣電路取出模擬量電壓值，用電壓表測量電壓輸出端子，讀出電壓值。2.3 電動機調(diào)速原理由直流電機的速度公式n=(Ua-IaRa)/Ce,其中n是電機轉(zhuǎn)速，Ua是電樞電壓

4、，Ia是電樞電流，Ra是電樞回路總電阻，Ce是電極常數(shù)，是電機的勵磁磁通。對于極對數(shù)是p，匝數(shù)是n，電樞支路數(shù)為a的電機來說Ca是常數(shù)。由于Ra為電樞回路電阻故其值很小，通過調(diào)節(jié)電阻改變轉(zhuǎn)速的效果不明顯。如果通過調(diào)節(jié)磁通量，對于它勵電機其有外接的電源電壓決定。故一般通過改變電樞電壓來到達(dá)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。直流電機原理圖如下：圖2.3直流電機原理圖2.4 霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理霍爾元件測速原理圖如下所示：圖2.4 霍爾元件測速原理圖霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的主

5、要組成局部是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的?；魻柶骷怯邪雽?dǎo)體材料制成的一種薄片，器件的長、寬、高分別為l、b、d。假設(shè)在垂直于薄片平面沿厚度d方向施加外加磁場B，在沿l方向的兩個端面加以外電場，那么有一定的電流經(jīng)過。由于電子在磁場中運動，所以將受到一個洛侖磁力，其大小為：flqVB式中：fl洛侖磁力，q載流子電荷，V載流子運動速度，B磁感應(yīng)強度。這樣使電子的運動軌跡發(fā)生偏移，在霍爾元器件薄片的兩個側(cè)面分別產(chǎn)生電子積聚或電荷過剩，形成霍爾電場，霍爾元器件兩個側(cè)面間的電位差UH稱為霍爾電壓?；魻栯妷捍笮椋篣H=RH×I×B/d(mV)式中：RH

6、 -霍爾常數(shù)，d-元件厚度，B-磁感應(yīng)強度，I-控制電流設(shè)KH= RH/d ，那么UH=KH×I×B (mV)KH為霍爾器件的靈敏系數(shù)(mV/mA/T),它表示該霍爾元件在單位磁感應(yīng)強度和單位控制電流下輸出霍爾電動勢的大小。應(yīng)注意，當(dāng)電磁感應(yīng)強度B反向時，霍爾電動勢也反向?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時，產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號,其頻率和轉(zhuǎn)速成正比，測出脈沖的周期或頻率即可計算出轉(zhuǎn)速。2.5 LED6位數(shù)字顯示器及4

7、15;6鍵盤本實驗中LED顯示電路和鍵盤電路集成在一個集成電路中。LED顯示和鍵盤的等效電路如圖2.5。顯示控制的位碼由74HC374輸出，經(jīng)MC1413反向驅(qū)動后，做LED的位選通信號。位選通信號也可作為鍵盤列掃描碼，鍵盤掃描的行數(shù)據(jù)從74HC245讀回，74HC374輸出的列掃描碼經(jīng)74HC245讀入后，用來判斷是否有鍵被按下，以及按下的是什么鍵。如果沒有鍵按下，由于上拉電阻的作用，經(jīng)74HC245讀回的值為高電平，如果有鍵按下，74HC374輸出的低電平經(jīng)過按鍵被接到74HC245的端口上，這樣從74HC245讀回的數(shù)據(jù)就會有低位，根據(jù)74HC374輸出的列信號和74HC245讀回的行信

8、號，就可以判斷哪個鍵被按下。LED顯示的段碼由另一個74HC374輸出。實驗時，將KEY/LED_CS接到片選端CS0上，那么位碼輸出的地址就為08002H，段碼輸出的地址就是08004H，鍵盤行碼讀回的地址為08001H。三、設(shè)計說明 3.1 時鐘、復(fù)位電路的選擇 1此系統(tǒng)采用內(nèi)部時鐘方式，其原理圖如圖4所示。MCS-51單片機允許的晶振可在1.224MHz之間選擇，此系統(tǒng)選12MHz。那么一個機器周期為1s 。C3、C4大小為30pF。圖3.1 內(nèi)部方式時鐘電路2此系統(tǒng)復(fù)位電路采用上電按鈕復(fù)位電路，如圖5所示。復(fù)位端高電平有效。C的典型值為10F。當(dāng)按下開關(guān)一定時間，電容相當(dāng)于短路，電容開

9、始充電，RST為高電平，單片機復(fù)位，當(dāng)電容兩端電壓等于5V時，RST呈現(xiàn)低電平，復(fù)位完成。圖3.2上電與按鈕復(fù)位電路3.2 鍵盤說明鍵盤是由假設(shè)干個按鍵組成的開關(guān)矩陣，它是最簡單的單片機輸入設(shè)備，通過鍵盤可輸入數(shù)據(jù)和命令，實現(xiàn)簡單的人機對話。此處用的鍵盤是矩陣式鍵盤，對鍵的識別用掃描方法完成：首先判斷鍵盤中有無鍵按下，將全部行線Y0-Y3置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，那么表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。假設(shè)所有列線均為高電平，那么鍵盤中無鍵按下。 然后，判斷閉合鍵所在的位置 在確認(rèn)有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方

10、法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。假設(shè)某列為低，那么該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 3.3 LED顯示由課題的要求，要求用霍爾軟件采集到直流電動機的轉(zhuǎn)速后，向單片機輸出相應(yīng)的脈沖，計算出電動機轉(zhuǎn)速并顯示在LED顯示器上。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，顯示器是最常用的輸出設(shè)備。在此選用兩個共陰極數(shù)碼管顯示脈沖數(shù)，采用動態(tài)掃描顯示，即用掃描的方法一位一位輪流點亮顯示器的各個位，對于顯示器的每一位來說，每隔一段時間點亮一次，利用人眼的視覺暫留效應(yīng)可以看到整個動態(tài)顯示，只要速度夠快，字符不會閃爍。

11、 四、程序結(jié)構(gòu)流程圖 圖4.1直流電機控制流程圖圖4.2鍵盤掃描控制流程圖圖4.3 LED顯示流程圖五、設(shè)計總程序IN equ 08001h ; 鍵盤讀入口OUTBIT equ 08002h ; 位控制口OUTSEG equ 08004h ; 段控制口cs0832 equ 9000hledbuf equ 70h ; 顯示緩沖區(qū)org 0000hljmp startdelay1: mov r7,#255 ; 延時子程序1deloop1:mov r6,#255 nop djnz r6,$ djnz r7,deloop1 retdelay2: mov r7,#12 ; 延時子程序2deloop2:m

12、ov r6,#249 djnz r6,$ djnz r7,deloop2 retLEDtable: ; 八段管顯示碼db 3fh, 06h, 5bh, 4fh, 66h, 6dh, 7dh, 07h db 7fh, 6fh, 77h, 7ch, 39h, 5eh, 79h, 71hDACtable:db 00h,80h,80h,80h,80h,00h db 60h,80h,80h,80h,80h,60h db 0c0h,80h,80h,80h,80h,0c0h db 0ffh,80h,80h,80h,80h,0ffh keyloop:acall key cjne a,#0fh,keyloop0

13、 acall delay2 ljmp keykeyloop0:acall delay2 ;鍵盤去抖動 acall key cjne a,#0fh,keyb ljmp keyloopkeyb:mov r1,#0dfh mov r5,#00hL0:mov dptr,#OUTBIT ;位控，選中鍵盤第一列 mov a,r1 movx dptr,a mov dptr,#IN movx a,dptr jb Acc.3,L1 ;檢查是否有鍵位被按下 mov a,#0 jmp keycL1:jb Acc.2,L2 mov a,#6 jmp keycL2:jb Acc.1,L3 mov a,#12 jmp k

14、eycL3:jb Acc.0,next mov a,#18 jmp keyckey:mov dptr,#OUTBIT ;位控清零，鍵盤讀入到a的低四位 mov a,#00h movx dptr,a mov dptr,#IN movx a,dptr anl a,#0fh retkeyc:mov dptr,#DACtable movc a,a+dptr mov dptr,#cs0832 movx dptr,a call delay2 retnext:mov dptr,#cs0832 mov a,#80h movx dptr,a call delay2 retxianshi:mov TH1,#00h

15、 ;定時器清零 mov TL1,#00h setb TR1 call delay1 mov a,TL1 mov b,#0ah ;將轉(zhuǎn)速十位、個位分別放入存放器a、b div ab acall led mov r0,#LEDBUF mov r0,a mov a,b acall led inc r0 mov r0,a LED1: mov r0, #LEDBUF mov r2, #00000010b ;選中6位顯示管的低2位管顯示轉(zhuǎn)速Loop2: mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a mov a, r0 mov dptr, #OUTSEG ；段控，顯示對應(yīng)

16、的數(shù)字 movx dptr, a call delay2 mov a, r2 rr a mov r2, a inc r0 mov dptr, #OUTBIT mov a, r2 movx dptr, a mov a, r0 mov dptr, #OUTSEG movx dptr, a call delay2 ret Led:mov dptr,#LEDtable movc a,a+dptr retstart:mov sp,#70h mov TMOD,#50h mov IE,#8ch loop:acall keylooploop1:acall xianshi end六、總結(jié) 本設(shè)計以MCS-51單片機為控制核心，設(shè)計了直流電機調(diào)速控制系統(tǒng)。用8255A芯片進行I/O口擴展，用DAC0832芯片進行D/A轉(zhuǎn)換和I/V轉(zhuǎn)換輸出電壓從而對直流電機進行轉(zhuǎn)速控制