直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

1、2011級單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 單片機(jī)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)姓 名學(xué) 號院、系、部電氣工程系專 業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師焦永梅 2014年6月26日直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的1、能夠根據(jù)題目要求實(shí)掌握編寫程序、調(diào)試程序、軟件仿真及與硬件結(jié)合。2、掌握并熟練使用protues繪圖軟件。3、了解直流電機(jī)控制原理。4、學(xué)習(xí)單片機(jī)控制直流電機(jī)的編程方法。5、了解數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理。6、掌握按鍵掃描的工作原理。二、設(shè)計(jì)要求1、利用D/A電路，輸出-8V到+8V的電壓，控制直流電機(jī)。2、電機(jī)速度可調(diào)，具有啟動鍵、方向控制鍵及提示燈、加速鍵、減速鍵及停止鍵：S0鍵-升速，每按一次，電壓

2、值增大一個(gè)定值，轉(zhuǎn)速提高。S1鍵-減速，每按一次，電壓值減小一個(gè)定值，轉(zhuǎn)速降低。利用霍爾元件感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)速，讀出感應(yīng)脈沖，從而計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分），用數(shù)碼管顯示出來。三、硬件電路設(shè)計(jì)3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖直流電機(jī)控制器系統(tǒng)由單片機(jī)、數(shù)碼管顯示模塊、按鍵控制模塊、霍爾元件和直流電機(jī)模塊四部分組成。系統(tǒng)框圖如圖3-1所示。數(shù)碼管顯示按鍵控制霍爾元件直流電機(jī)單片機(jī) 圖3-1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2系統(tǒng)電路原理圖系統(tǒng)電路原理圖如下圖所示圖3-2 系統(tǒng)電路原理圖3.3AT89C51單片機(jī)介紹AT89C51單片引腳如下圖所示圖3-3 AT89C51單片機(jī)引腳圖XTAL1：輸入到單片微機(jī)內(nèi)部振蕩器的反相放大器

3、。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對HMOS單片微機(jī)，是引腳應(yīng)接地：對CHMOS單片微機(jī)，此引腳作驅(qū)動端。XTAL2：反相放大器的輸出，輸入到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，XTAL2接收振蕩器信號，對CHMOS單片微機(jī)，此引腳懸浮。I/O共4個(gè)口，32根I/O線：P0：8位、漏極開路的雙向I/口。P1：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。在編程/校驗(yàn)期間，用作輸入低位字節(jié)地址。P1口可以驅(qū)動4個(gè)LSTTL負(fù)載。 P2：8位、準(zhǔn)雙向I/O口。當(dāng)使用片外存儲器時(shí)，輸出高8位地址。在編程/校驗(yàn)期間，接收高位字節(jié)地址。P2口可以驅(qū)動4個(gè)LSTTL負(fù)載。P3：8位、準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電路。P3提供各種替代功能。P

4、3口可以驅(qū)動4個(gè)LSTTL負(fù)載。串行口：P3.0:RXD串行輸入口。P3.1:TXD串行輸出口。中斷：P3.2:INT0外部中斷0輸入。P3.3:INT1外部中斷1輸入。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：P3.4:T0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0的外部輸入。P3.5:T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的外部輸入。數(shù)據(jù)存儲器選通：P3.6:WR低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口寫選通。P3.7:RD低電平有效，輸出，片外數(shù)據(jù)存儲器或I/O端口讀選通。RST：復(fù)位輸入信號，高電平有效。EA/VPP：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。EA=1選擇片內(nèi)程序存儲器；EA=0，則程序存儲器全部在片外，而不管片內(nèi)是否有程序存儲器。AL

5、E:地址鎖存允許信號，輸出。由于ALE以1/6振蕩器頻率的固定速率輸出，可作為對外輸出的時(shí)鐘或用作外部定時(shí)脈沖。PSEN：片外程序存儲器讀選通信號，低電平有效。EA：片外程序存儲器訪問允許信號，低電平有效。EA=1選擇片內(nèi)程序存儲器;EA=0，則程序存儲器全部在片外，而不管片內(nèi)是否有程序存儲器。3.5 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片如圖所示 圖3-4 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時(shí)間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯(cuò))；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)

6、大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當(dāng)LE1為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當(dāng)LE2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信

7、號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準(zhǔn)電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地；DGND：數(shù)字信號地。3.5 諧振電路諧振電路如圖所示 圖3-5諧振電路諧振電路用于產(chǎn)生一個(gè)特定的時(shí)鐘頻率，使AT89C51單片機(jī)能正常的工作。晶振片用于產(chǎn)生時(shí)鐘頻率，該晶振能產(chǎn)生11.0592MHZ的頻率。兩個(gè)旁路電路，有頻率微調(diào)的作用，主要是讓電路更容易起振，兩個(gè)電容值要求一樣，否則容易使諧振不平衡，造成停振或不起振的現(xiàn)象。本設(shè)計(jì)中采用的是兩個(gè)1nF的電容。3.6L298芯片介紹圖3-6 L298芯片引腳符

8、號功能115SENSING ASENSING B此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅(qū)動芯片反饋檢測到的信號23OUT 1OUT 2此兩腳是全橋式驅(qū)動器A的兩個(gè)輸出端，用來連接負(fù)載4Vs電機(jī)驅(qū)動電源輸入端57IN 1IN2輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅(qū)動器A的開關(guān)611ENABLE AENABLE B使能控制端.輸入標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號；低電平時(shí)全橋式驅(qū)動器禁止工作。8GND接地端，芯片本身的散熱片與8腳相通9Vss邏輯控制部分的電源輸人端口1012IN 3IN 4輸入標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅(qū)動器B的開關(guān)1314OUT 3OUT 4此兩腳是全橋式驅(qū)動器B的兩個(gè)輸

9、出端，用來連接負(fù)載 四、流程圖設(shè)計(jì)4.1總體設(shè)計(jì)思路在矩陣鍵盤中，開辟出“c”鍵為模式鍵，第一次按下為模式1，此時(shí)除加減速按鍵“A”“B”鍵和模式鍵“C”外所有按鍵均被屏蔽，實(shí)現(xiàn)加減速模式，并通過數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速。當(dāng)再次按下模式鍵“C”時(shí)，進(jìn)入模式2，此時(shí)屏蔽加減速按鍵，此模式為自設(shè)定轉(zhuǎn)速模式，首先選擇正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)按鍵“E”和“F”鍵，數(shù)碼管顯示“E”F”,再選擇速度，按下“0-9”按鍵進(jìn)行速度設(shè)定，設(shè)定順序?yàn)閺母呶坏降臀?，為兩位并?shí)時(shí)顯示，多余的輸入數(shù)字將被屏蔽，只取最后兩位。完成設(shè)置后，按下確定鍵“D”鍵，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動。此時(shí)除確認(rèn)鍵“D”鍵外所有鍵均被屏蔽。再次按下確認(rèn)鍵，電機(jī)停止轉(zhuǎn)

10、動。此時(shí)只開放模式按鍵“C”。從設(shè)置模式開始入口系統(tǒng)功能。數(shù)碼管除了現(xiàn)實(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速外，在模式2中，設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)起到顯示設(shè)定值的作用。4.2流程圖利用光電測速法得出實(shí)際轉(zhuǎn)速:使用柵格圓盤和光電門組成測速系統(tǒng)。當(dāng)直流電機(jī)通過傳動部分帶動?xùn)鸥駡A盤旋轉(zhuǎn)時(shí)，測速光電門獲得一系列脈沖信號。這些脈沖信號通過單片機(jī)兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器配合，一個(gè)計(jì)數(shù)，一個(gè)定時(shí)。計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)m，經(jīng)過單位換算，就可以算得直流電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度。本實(shí)驗(yàn)采用以r/sec為單位的轉(zhuǎn)速加以顯示。將采集到的實(shí)際速度與程序給定速度數(shù)據(jù)比較，假定設(shè)定值為正轉(zhuǎn)，則如果實(shí)際速度小于設(shè)定速度，那么將運(yùn)行函數(shù)中速度形參自加1；相反，如果實(shí)際速度大于設(shè)定

11、速度，將運(yùn)行函數(shù)中速度形參自減一。如果設(shè)定值反轉(zhuǎn)，則同上，只需將運(yùn)行函數(shù)中形參由自加改為自減，自減改為自加即可。主程序流程圖如下圖所示圖4-1 主流程圖五、源程序ORG 0000HSJMP DISPLAYORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中斷入口地址ORG 000BHLJMP DINGSHI ; 定時(shí)中斷T0入口地址RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.4ORG 0030H ; 此次直流電機(jī)的設(shè)計(jì)以LCD字符夜晶的 ; 顯示程序?yàn)橹鞒绦駾ISPLAY: SETB EA ; 打開中斷總開關(guān)SETB EX0 ; 打開外部中斷0開關(guān)SETB IT0 ; 打

12、開外部中斷0下降沿觸發(fā)MOV TMOD,#01H ; 設(shè)置定時(shí)工作方式MOV TL0,#0FFH ; 設(shè)置定時(shí)初值MOV TH0,#0FFHSETB ET0 ; 打開定時(shí)中斷T0開關(guān) CLR P0.5 CLR P0.6CLR P0.7SETB TR0 ; 定時(shí)器T0開始定時(shí)MOV DPTR,#TAB ; 夜晶顯示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脈寬的初值MOV R1,#16 ; "SET SPEED PLEASE"的字符個(gè)數(shù)MOV R3,#00HMOV R4,#00HLP9: LCALL CHUSHILP2:ACALL BUSYMOV A,#00HMOVC A,A

13、+DPTRMOV P1,AACALL DATASINC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4CJNE R4,#00H,LP4SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中斷的標(biāo)志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符個(gè)數(shù)ACALL BUSYMOV P1,#0C0HACALL ENABLEMOV DPTR,#MMTABACALL BUSYLP5: MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTRACALL DATASACALL BUSYDJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STABMOV A

14、,R2MOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R3 ; 顯示速度的十位MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R4 ; 顯示速度的個(gè)位MOVC A,A+DPTRMOV P1,A ACALL DATAS ; 使夜晶始終顯示當(dāng)前電機(jī)的速度LP8: CJNE R7,#00H,LP7 ; 速度不變時(shí)等待LJMP LP8 ; 速度變時(shí)重新讀入速度LP7:SJMP LP4CHUSHI: ; 使夜晶顯示的一些初始設(shè)置ACALL BUSY MOV P1,#00000001B ; 清屏并光標(biāo)復(fù)位ACALL ENABLE ACA

15、LL BUSY MOV P1,#00111000B ; 設(shè)置顯示模式:8位2行5x7點(diǎn)陣ACALL ENABLEACALL BUSY MOV P1,#00001111B ; 顯示器開、光標(biāo)開、光標(biāo)允許閃爍ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P1,#00000110B ; 文字不動，光標(biāo)自動右移ACALL ENABLEACALL BUSYMOV P1,#80H ; 寫入顯示起始地址ACALL ENABLE RETENABLE: ; 寫入控制命令的子程序SETB ECLR RSCLR RWCLR ERETDATAS: ; 寫入數(shù)據(jù)子程序SETB ESETB RSCLR RWCLR

16、ERETBUSY: ; 準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)CLR EMOV P1,#0FFHCLR RSSETB RWSETB EJB P1.7,BUSYRETORG 2000HDINGSHI: ; 定時(shí)中斷服務(wù)程序CPL P0.7 JNB P0.7,Z1 ; 周期一定MOV A,#0FFHSUBB A,R0 MOV TH0,ASETB TR0RETIZ1: MOV TH0,R0 ; 脈寬SETB TR0RETI BUTTON: ; 從控制鍵盤中讀取操作命令PUSH ACC CLR EX0CLR EAINC R7 ;MOV A,#0FFHMOV P2,AMOV A,P2JNB ACC.0,AA0 JNB ACC.1

17、,KK0JNB ACC.2,ZZJNB ACC.3,FFJNB ACC.4,WW0AJMP QQAA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作AJMP QQ AA1: MOV A,R0ADD A,#5MOV R0,AAJMP QQKK0: CJNE R0,#00,MM ; 減速操作AJMP QQ MM: MOV A,R0SUBB A,#5MOV R0,AAJMP QQQQ: MOV A,R0 MOV B,#5 DIV ABMOV B,#10DIV ABMOV R3,AMOV R4,BSETB EX0LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DE

18、LAYSETB EAPOP ACCRETIZZ: SETB P0.5 ; 正轉(zhuǎn)操作CLR P0.6 MOV R2,#2BH ; 正轉(zhuǎn)標(biāo)志 "+"LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EX0SETB EA POP ACCRETIFF: CLR P0.5 ; 反轉(zhuǎn)操作 SETB P0.6 MOV R2,#2DH ; 反轉(zhuǎn)標(biāo)志 "-"LCALL DELAYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EX0SETB EAPOP ACCRETIWW0: CLR P0.5 ; 停止操作CLR P0.6LCALL DEL

19、AYLCALL DELAYLCALL DELAYSETB EX0SETB EA POP ACCRETIDELAY: ; 延時(shí)子程序MOV R5,#0E0HMM0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1DJNZ R5,MM0RETTAB: DB 53H,45H,54H,20H DB 53H,50H,45H,45H ; "SET SPEED PLEASE" 代碼DB 44H,20H,50H,4CHDB 45H,41H,53H,45H STAB: DB 30H,31H,32H,33HDB 34H,35H,36H,37H ; "0,1,2,3,4,5,6,7" 代碼DB 38H,39H,41H,42H ; "8,9,A,B,C,D,E,F"DB