基于Proteus仿真的直流電機控制

目錄前言1正文12.1設計目的和意義12.1.1設計目的12.1.2設計意義12.2設計方法1設計內(nèi)容22.3.189C51單片機介紹2內(nèi)容概要3電路分析3程序流程圖3元件清單4程序電路圖5程序運行結果52.4.5Proteus調(diào)試與仿真5結論6總結7參考文獻8前言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域中得到了廣泛的應用。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。早期直流電動機的控制均以模擬電路為根底，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件局部非常復雜．功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術的開展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能到達更高的性能。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)本錢，從而有效的提高工作效率。正文2.1設計目的和意義設計目的作為理工科的學生應該在學習與動手實踐中提高自己的專業(yè)技能知識，通過課程設計使我進一步熟悉了單片機的內(nèi)部結構和工作原理，掌握了單片機應用系統(tǒng)設計的根本方法和步驟；通過利用AT89C52單片機，理解單片機在自動化裝置中的作用以及掌握單片機的編程調(diào)試方法；通過設計一個簡單的實際應用輸入控制及顯示系統(tǒng)，掌握protues和Wave以及各種仿真軟件的使用?，F(xiàn)在的學習都是為以后的開展而做鋪墊，通過課程設計提高自己的動手能力。設計意義加深理解直流電機在單片機上的運用，增進對電路仿真的興趣。2.2設計方法定義輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。本課程設計利用0832D/A轉換，用程序改變0832輸出經(jīng)放大后的方波信號的占空比來控制電機轉速。同時涉及到晶振時鐘電路、上電復位電路、運放轉變電流與電壓轉換電路。本設計中D/A輸出為雙極性輸出，因此電機可以正反向旋轉。DAC0832是8位分辨率的數(shù)-模轉換器芯片。建立時間1μs，單電源供5V～15V。DAC0832的內(nèi)部功能框圖和引腳連線見圖2.1。DAC0832芯片的引腳有20個,芯片內(nèi)部有一個8位輸入鎖存器、一個8位DAC存放器、一個8位的D/A轉換器和控制電路等DAC083輸出是電流型的，但實際應用中往往需要電壓輸出信號，所以電路中采用運算放大器來實現(xiàn)電流轉換為電壓。當數(shù)字量輸入在00H—FFH范圍時電壓輸出量為0--+XV，或0--XV，這種方式稱單極性輸出，假設電壓輸出為XV，那么稱為雙極件輸出。實際應用中需要單極性輸出，也需要雙極性輸出，所以電路中應用一片雙運放NRC4558來實現(xiàn)兩種極性輸出。電路中運放第7端輸出為單極性0—5V，1端輸出為雙極性5V。實驗接口電路如下圖，XFER和WR2同時接DGND，WRl與80C51的WR連接，這樣8位DAC存器始終處于導通狀態(tài)。當CS后8位數(shù)據(jù)輸入存放器時，便直接通過8位AC存放器，并由8位D／A轉換器進行D／A轉換。因此，此電路為異步輸出結構方式。圖DAC0832引腳和內(nèi)部功能框圖圖2.2DAC0832與89C51連接接口電路設計內(nèi)容.189C51單片機介紹89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器〔FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory〕的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。其引腳如下圖。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案.圖AT89C51引腳圖.2內(nèi)容概要完成89C51應用系統(tǒng)設計(晶振電路，上電復位電路等)，掌握直流電機的驅動原理，了解直流電機調(diào)速的方法。編制程序改變0832輸出經(jīng)放大后的方波信號的占空比來控制電機轉速。本實驗中D/A輸出為雙極性輸出，因此電機可以正反向旋轉。并完成主程序的設計及對應的子程序設計。選擇適合的芯片,元件并檢查設計的原理圖。按設計連線將其連接好，完成子程序調(diào)試，再完成總程序的調(diào)試。PWM是單片機常用的模擬量控制方式，本例通過外接的A/D轉換電路，對應外部不同的電壓值，利用AT89C51單片機產(chǎn)生占空比不同的控制脈沖，驅動直流電動機以不同的轉速轉動。并通過外接的單刀雙擲開關，控制電動機的正轉與反轉。電路分析程序流程圖圖程序流程圖2.4.2元件清單元件名稱所屬類所屬子類AT89C51MicroprocessorICs8051FamilyCAPCapacitorsGenericCAP-ELECCapacitorsGenericCRYSTALMiscellaneous－RESResistorsGenericSW-SPDTSwitches&RelaysSwitchesMOTORElectromechanical－ADC0808DataConvertersA/DConvertersPOT-HGResistorsVariable2N5550TransistorsBipolarPNPTransistorsGenericOPTOCOUPLERS-NPNOptoelectronicsoptocouplers圖2.5元件清單元件全部添加后，在ProteusISIS的編輯區(qū)域中按圖所示的原理圖連接硬件電路。2.4.3程序電路圖圖2.6程序電路圖程序運行結果圖程序運行結果圖Proteus調(diào)試與仿真加載目標代碼文件，進入調(diào)試環(huán)境執(zhí)行程序。在ProteusISIS界面中，調(diào)節(jié)電位器RV1，可以看到電機轉速隨著電位器的調(diào)節(jié)相應發(fā)生變化，如圖2.8所示。同時通過示波器觀察單片機輸出的PWM控制脈沖信號，如下圖。切換開關SW1的狀態(tài)可切換電機的正、反轉。直接加工作電壓的直流電機單片機輸出的PWM控制脈沖信號結論本文對單片機用于轉速測量的理論、原理進行了系統(tǒng)的分析、比擬，設計了顯示接口電路和應用程序。以下從四個方面進行總結：1.硬件電路單片機用于轉速測量種類較多，方法各有不同，在硬件設計上根據(jù)使用場合、功能和要求，采用的電路也有差異，單片機有用80c5l系列的80c3l、80c5l等，并對其進行擴展，接口采用8155、8255等用于顯示。本系統(tǒng)采用89c51單片機，充分利用單片機內(nèi)部自帶的兩個16位定時／計數(shù)器進行設計，較完全的開發(fā)了單片機自身的功能，接口利用了89c2．測量方法在測量原理上采用先進的M的測量方法，保證了高轉速的測量中獲得較高的精度。應用范圍廣泛，可通過擴展進行二次開發(fā)。3．程序調(diào)試本系統(tǒng)進行了全面的程序設計，顯示程序、中斷效勞程序和初始化程序，并對這些程序在uvision2軟件上進行編譯和調(diào)試，可以運行和轉換成HEx文件，通過編程器寫入芯片中。根本到達了設計的要求。4．改良方法和進一步的工作轉速的定時時間長、短，其設定值是人為估計的，可以針對具體的應用，根據(jù)轉速的實際惰況來調(diào)整定時時間。下步工作能制作完整電路工作板，即硬件電路，用示波器測量其參數(shù)。更深入的分析其精度和誤差?？偨Y通過該課程設計，我掌握了編譯程序的原理以及步驟，還有編譯程序工作的根本過程及其各階段的根本任務，熟悉了編譯程序總流程框圖，構造工具及其相關的技術。課本上的知識是機械的，抽象的。在本次課程設計，我有很大的收獲，這不僅僅是理論知識上的完善，而且實踐能力和動手能力有了質(zhì)的飛躍!設計中，我自感知識的缺陷，不斷的上網(wǎng)查閱資料，翻閱各類相關書籍，自己動手，自己設計，讓我的思維邏輯更加清晰。在操作中，靠這次設計我熟練掌握了單片機編程，將理論變?yōu)閷嶋H開了一個好頭。在我設計好之后，老師對我進行指導，使得我的課程設計進一步完善,更加完美。本次單片機的課程設計用到了DAC0832數(shù)模轉換電路及運放的電流與電壓的轉換電路，還有復位電路、晶振電路。這些電路都是我們平時學習時常用到的。所以，這次課程設計也讓我對平時的東西做了一下總結。在這次課程設計過程中，我發(fā)現(xiàn)了自己綜合應用能力的欠缺。以后，我會更加重視用軟件編程，應用單片機處理好更多的電路。參考文獻[1]胡漢才．單片機原理與接口技術[M]．北京：清華大學出版社，1995.6．[2]樓然苗等．51系列單片機設計實例[M]．北京：北京航空航天出版社，2003.3．[3]何立民.單片機高級教程[M]．北京：北京航空航天大學出版社，2001．[4]趙曉安.MC