基于-51單片機(jī)課程設(shè)計報告小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)

1、-. z單片機(jī)原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告書課題名稱小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)姓 名學(xué) 號專 業(yè)電氣工程及其自動化指導(dǎo)教師機(jī)電與控制工程學(xué)院2021 年 6 月 12日任 務(wù) 書1.課程設(shè)計工程小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)2.設(shè)計容1以STC89C51單片機(jī)為核心器件組成小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)；2搭建外圍硬件電路；3系統(tǒng)程序編制與調(diào)試；4電路系統(tǒng)的綜合調(diào)試；5撰寫課程設(shè)計論文；6完成課程設(shè)計論文辯論。3.設(shè)計要求用0809采樣電位器的值，并在顯示器上顯示，將此信號值作為方波占空比，通過0832輸出經(jīng)放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。4.設(shè)計進(jìn)度時間設(shè)計容第1-2天查閱資料、方案比擬、設(shè)計與論證第3-4天仿真、程序編寫第5天

2、焊接第6天系統(tǒng)調(diào)試第7-8天書寫報告、辯論目錄1.緒論1.1課題研究的目的及意義-41.2國外電機(jī)控制的研究現(xiàn)狀及開展-41.3 PWM變頻調(diào)速開展前景-4 1.31PWM調(diào)速-52.方案論證規(guī)劃、選定-53.方案說明設(shè)計-54.硬件方案設(shè)計4.1電位器采集模塊-6 4.1.1電位器-6 41.2數(shù)模轉(zhuǎn)換及顯示-64.2模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的連接-74.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及放大驅(qū)動模塊-95.軟件方案設(shè)計-96.調(diào)試6.1硬件調(diào)試-106.2軟件調(diào)試-107.技術(shù)小結(jié)完畢語-108.參考文獻(xiàn)-109.附錄元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等9.1元件清單-119.2電路圖-119.3源程序代碼-1

3、29.4實物圖片-171.緒論課題研究的目的及意義直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，雖然各種類型的電機(jī)層出不窮，然而在自動控制系統(tǒng)、電子儀器設(shè)備等方面，直流電機(jī)的應(yīng)用還是占有突出地位。直流電機(jī)調(diào)速平滑，調(diào)速圍廣，過載能力強(qiáng)，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動、加減速和正反轉(zhuǎn)。為了滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)化各種不同的特殊要求，從而對直流電機(jī)提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速、改變電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代科技的要求，通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法就應(yīng)用而生。 PWM直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)擁有需要的功率元件少、線路簡單、控制方便、開關(guān)頻率高、低速性能好。通過學(xué)習(xí)并熟練掌握這個調(diào)速系統(tǒng)，

4、對我們今后的工作有十分重要的意義。 本課題是以單片機(jī)為主要控制核心，針對直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)展設(shè)計，通過本次課程設(shè)計培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)的知識和技能解決問題的本領(lǐng)，穩(wěn)固和加深多所學(xué)知識的理解。1.2 國外電機(jī)控制的研究現(xiàn)狀及開展國外主要電氣公司如瑞典ABB公司、德國的西門子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國的GE公司、西屋公司等，均已經(jīng)開發(fā)出多個數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。我國從20世紀(jì)60年代初試制成功第一只硅晶管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的開展和廣泛的應(yīng)用。目前晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國各部門得到運(yùn)用。還有數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究，隨

5、著PWM技術(shù)的開展，我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制方向開展。1.3PWM調(diào)速開展前景PWM調(diào)速作為一項新的調(diào)速技術(shù)，在西方興旺國家已得到廣泛應(yīng)用。目前，不管是在同步電機(jī)調(diào)速方面，還是異步電機(jī)調(diào)速方面，PWM調(diào)速是較好的。1.31PWM調(diào)速現(xiàn)代的PWM調(diào)速采用的是脈寬調(diào)制技術(shù)，具體一點就是應(yīng)用了采樣控制理論中的一個重要理論，沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)上時，其效果根本一樣，沖量即窄脈沖的面積。方案論證規(guī)劃、選定方案一：以兩塊AT89C51單片機(jī)進(jìn)展通信擴(kuò)展I/O口為控制中心，采集電位器的值通過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，單片機(jī)控制將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上；再將這個值作為信號

6、，改變占空比，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬量，進(jìn)而通過LM324運(yùn)放和ULN2003放大控制直流電機(jī)調(diào)速。方案二：同樣以AT89C51單片機(jī)為控制中心，但是只用一塊單片機(jī)。采用兩塊595芯片級聯(lián)來控制數(shù)碼管的段選與位選，節(jié)省I/O口。采集電位器的值通過A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809，單片機(jī)控制將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上；再將這個值作為信號，改變占空比，再通過D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬量，進(jìn)而通過LM324運(yùn)放和ULN2003放大控制直流電機(jī)調(diào)速。經(jīng)過比擬，方案一的硬件電路復(fù)雜，而且要用兩塊單片機(jī)比擬浪費(fèi)和麻煩。最終選定了硬件電路簡單，需要在程序上進(jìn)展一定數(shù)據(jù)處理的方案二

7、。3.方案說明設(shè)計本設(shè)計以AT89C51單片機(jī)為控制中心，運(yùn)用電位器采集信號，然后經(jīng)過ADC0809進(jìn)展模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，將此作為占空比并將最終數(shù)據(jù)傳輸給單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)展進(jìn)一步處理并將處理的數(shù)據(jù)傳輸給DAC0832將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量再經(jīng)過LM324和ULN2003放大輸出驅(qū)動直流電機(jī)，并通過電位器值得改變來改變占空比，從而實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。整體框圖如下：ADC0808模數(shù)轉(zhuǎn)換兩個595級聯(lián)控制數(shù)碼管顯示數(shù)字值電位器采集信號值A(chǔ)T89C51MLM324和ULN2003放大驅(qū)動模塊DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換4.硬件方案設(shè)計4.1電位器采集模塊4.1.1電位器電位器的作用調(diào)節(jié)電壓含直流電壓與信

8、號電壓和電流的大小。電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)軸或滑柄，改變動觸點在電阻體上的位置，則改變了動觸點與任一個固定端之間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。電位器是一種可調(diào)的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)組成。當(dāng)電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉(zhuǎn)動或滑動系統(tǒng)改變觸點在電阻體上的位置，在動觸點與固定觸點之間便可得到一個與動觸點位置成一定關(guān)系的電壓。它大多是用作分壓器，得到模擬量4.1.2模數(shù)轉(zhuǎn)換及顯示 當(dāng)電位器發(fā)生改變時，阻值發(fā)生相應(yīng)的變化，通過下列圖所示的電路能夠使得電位器兩端的電壓發(fā)生相應(yīng)的改變。此時的輸出信號為模擬量，單片機(jī)無法直接讀取。通過ADC

9、0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上單片機(jī)通過兩塊595芯片級聯(lián)控制數(shù)碼管顯示上圖為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊上圖為數(shù)碼管顯示模塊4.2模數(shù)轉(zhuǎn)換與單片機(jī)的連接 89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，芯片集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k B

10、ytes Flash片程序存儲器，128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器RAM，32個外部雙向輸入/輸出I/O口，4個中斷優(yōu)先級，2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，部集成看門狗計時器片時鐘振蕩器。其工作電壓在4.55V,一般我們選用5V電壓。 ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)展轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸

11、出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。下面為ADC0809與單片機(jī)的連接電路：4.3數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及放大驅(qū)動模塊DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。LM324系列由四個獨立的，高增益，部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專為從單電源供電的電壓圍經(jīng)營連接圖如下：5.軟件方案設(shè)計首先處理數(shù)據(jù)的采集程序。其次對數(shù)據(jù)進(jìn)展處理。最后完善小直流電機(jī)的控制函

12、數(shù)。 將數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊作為主要程序，將模數(shù)及放大驅(qū)動模塊等小模塊寫成頭文件的形式置于主程序中，這樣程序分模塊易理解，易操作。下列圖為ADC0809工作時序，知道后才能依據(jù)時序編寫程序6.調(diào)試 6.1硬件調(diào)試先把程序下載到單片機(jī)，通電，開場調(diào)試。旋動電位器，改變電位器的值，數(shù)碼管上顯示數(shù)值變化，電機(jī)轉(zhuǎn)速也有變化，轉(zhuǎn)速的變化與數(shù)值大小變化趨勢一致。6.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試是通過對用戶程序的匯編、連接、執(zhí)行來發(fā)現(xiàn)程序中存在的語法錯誤與邏輯錯誤并加以排除的過程。正確無誤后加載至硬件電路中的單片機(jī)，如果發(fā)現(xiàn)不理想的效果，在確保硬件無誤的情況下，根據(jù)需求修改程序，慢慢調(diào)試以實現(xiàn)自己想要的效果。7.技術(shù)小結(jié)完畢

13、語從拿到課題的茫然到漸漸學(xué)會承受，開場慢慢自己動手查找資料，詢問很多單片機(jī)學(xué)的好的同學(xué)及學(xué)長，再到查找到電路的設(shè)計，從程序的編寫到仿真功能的根本實現(xiàn)，最后歷經(jīng)一路坎坷做出實物，效果和功能根本到達(dá)。感覺真的很辛苦，但同時也很快樂很充實，畢竟收獲了許多。從查資料到確定方案就差不多花了四天時間，在設(shè)計過程中不斷的發(fā)現(xiàn)問題，同時也不斷的解決問題，越來越覺察制作實物相比整體設(shè)計要難一些，就算仿真完全沒錯實物運(yùn)行也會有很多問題。實際制作過程中會遇到多種多樣的問題，剛開場仿真效果總是出不來，要通過不斷的測試和實驗來解決，最后焊接出來的實物沒有問題?？傊?，不能粗心大意，做任何事都要細(xì)心，要考慮的周全，不能因為

14、一時的失敗而喪失信心，從哪里跌倒了要從哪里爬起來，只有有了這樣的精神，才會從問題中學(xué)到更多的知識，為我以后更好的開展奠定了根底。學(xué)院和教師給予我們這次鍛煉的時機(jī)，成長的時機(jī)，！8.參考文獻(xiàn)1林立.俊亮單片機(jī)原理與接口技術(shù)M 電子工業(yè).2汪玉成.直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計J.商場現(xiàn)代化.2007.3吳金戌等編著.8051單片機(jī)實踐與應(yīng)用M.清華大學(xué) .4光才，樓然笛.單片機(jī)課程設(shè)計實例指導(dǎo)M.航空航天大學(xué).5方.電機(jī)及拖動根底M.：中國電力，2021. 6伯時.電力拖動自動控制系統(tǒng)M.3版.:機(jī)械工業(yè)，2003.9.附錄元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等9.1元件清單元件用途 數(shù)量STC8

15、9C52單片機(jī)1晶振單片機(jī)外圍電路需要1電容33PF單片機(jī)外圍電路需要2ADC0809、DAC0832、74HC595(2片)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、電子數(shù)碼管控制需要4電位器采集信號1電阻10K數(shù)模轉(zhuǎn)換電路需要1電容0.1nf芯片電路需要4LM324提供運(yùn)放1小直流電機(jī)電機(jī)1ULN2003電機(jī)驅(qū)動芯片1底座芯片焊接需要7導(dǎo)線連接線假設(shè)干洞洞板焊接需要假設(shè)干9.2電路圖9.3源程序代碼/*小直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)*/*74HC595模塊程序?qū)懗深^文件形式*/*ifndef _74HC595_H*define _74HC595_H*include*ifndef uchar*define uch

16、ar unsigned charsbit STcp = P02; /STcp 移位存放器的時鐘脈沖輸入口sbit SHcp = P00; /SHcp 存儲存放器的時鐘脈沖輸入口sbit DS = P01; /DS 串行數(shù)據(jù)輸入端void send_byte(uchar dat)/發(fā)送字節(jié)程序 uchar i; for(i=0;i8;i+) SHcp=0; DS=dat&0*80; dat=1; SHcp=1; void send_2byte(uchar dat1,uchar dat2) /595級聯(lián)，n個595，就需要發(fā)送n字節(jié)后鎖存 send_byte(dat2); send_byte(da

17、t1); void out595()/595鎖存程序，發(fā)送數(shù)據(jù)后鎖存有效 STcp=0; _nop_(); STcp=1;*endif/*ADC0809主程序塊*/*include *include 74HC595.h*define uint unsigned int*define uchar unsigned charuchar code weima=0*f7,0*fb,0*fd,0*fe;uchar code duanma=0*3F,0*06,0*5B,0*4F,0*66,0*6D,0*7D,0*07,0*7F,0*6F,0*40;sbit OE = P10;sbit EOC = P11;sbit ST = P12;sbit CLK = P13;sbit cs=P03;sbit wr=P04;void delayms(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;i120;i+);void display(uchar *) /顯示函數(shù) uchar i;for(i=0;i4;i+,*=*/10) send_2byte(duanma*%10, weimai); out595();delayms(1); void init() TMOD = 0*02;TH0 = 0*14;TL0 = 0*00;IE