基于51單片機課程設計報告--小直流電機調速控制系統(tǒng)

1、<p>　　《單片機原理及應用》</p><p><b>　　課程設計報告書</b></p><p><b>　　機電與控制工程學院</b></p><p>　　2014 年 6 月 12日</p><p><b>　　任 務 書</b></p>&

2、lt;p><b>　　1.課程設計項目</b></p><p>　　小直流電機調速控制系統(tǒng)</p><p><b>　　2.設計內容</b></p><p>　?。?）以STC89C51單片機為核心器件組成小直流電機調速控制系統(tǒng)；</p><p>　　（2）搭建外圍硬件電路；</p>

3、;<p>　?。?）系統(tǒng)程序編制與調試；</p><p>　?。?）電路系統(tǒng)的綜合調試；</p><p>　?。?）撰寫課程設計論文；</p><p>　?。?）完成課程設計論文答辯。</p><p><b>　　3.設計要求</b></p><p>　　用0809采樣電位器的值，并

4、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)放大后控制電機轉速。</p><p>　　4.設計進度 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義-----------------

5、-----------------------4</p><p>　　1.2國內外電機控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展--------------------------------4</p><p>　　1.3 PWM變頻調速發(fā)展前景-----------------------------------------4</p><p>　　1.3．1PWM調速---------

6、----------------------------------5</p><p>　　2.方案論證（規(guī)劃、選定）------------------------------------5</p><p>　　3.方案說明（設計）-------------------------------------------5</p><p><b>　　4.硬

7、件方案設計</b></p><p>　　4.1電位器采集模塊----------------------------------------------6</p><p>　　4.1.1電位器-------------------------------------------------6</p><p>　　4．1.2數(shù)模轉換及顯示---------

8、-------------------------------6</p><p>　　4.2模數(shù)轉換與單片機的連接--------------------------------------7</p><p>　　4.3數(shù)模轉換模塊及放大驅動模塊----------------------------------9</p><p>　　5.軟件方案設計-------

9、-----------------------------------------9</p><p><b>　　6.調試</b></p><p>　　6.1硬件調試---------------------------------------------------10</p><p>　　6.2軟件調試-------------------

10、--------------------------------10</p><p>　　7.技術小結（結束語）----------------------------------------10</p><p>　　8.參考文獻----------------------------------------------------10</p><p>　　9.附錄

11、（元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等）</p><p>　　9.1元件清單----------------------------------------------------11</p><p>　　9.2電路圖------------------------------------------------------11</p><p>　　9.3源程序

12、代碼--------------------------------------------------12</p><p>　　9.4實物圖片----------------------------------------------------17</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　課題研究的目的及意義<

13、;/p><p>　　直流電機具有良好的啟動性能和調速特性，雖然各種類型的電機層出不窮，然而在自動控制系統(tǒng)、電子儀器設備等方面，直流電機的應用還是占有突出地位。直流電機調速平滑，調速范圍廣，過載能力強，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動、加減速和正反轉。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，從而對直流電機提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調速、改變電壓調速等技術已遠遠不能滿足現(xiàn)代科技的要求，通過PWM方式控制直流

14、電機調速的方法就應用而生。</p><p>　　PWM直流電機調壓調速系統(tǒng)擁有需要的功率元件少、線路簡單、控制方便、開關頻率高、低速性能好。通過學習并熟練掌握這個調速系統(tǒng)，對我們今后的工作有十分重要的意義。 </p><p>　　本課題是以單片機為主要控制核心，針對直流電機的調速系統(tǒng)進行設計，通過本次課程設計培養(yǎng)我們綜合運用所學的知識和技能解決問題的本領，鞏固和加深多所學知識的理解。<

15、;/p><p>　　1. 2 國內外電機控制的研究現(xiàn)狀及發(fā)展</p><p>　　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)字直流調速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產(chǎn)品。</p><p>　　我國從20世紀60年代初試制成功第一只硅晶管以來，晶閘管直流調速系統(tǒng)也得到

16、迅速的發(fā)展和廣泛的應用。目前晶閘管供電的直流調速系統(tǒng)在我國各部門得到運用。還有數(shù)字直流調速系統(tǒng)的研究，隨著PWM技術的發(fā)展，我國直流電機調速也正向著脈寬調制方向發(fā)展。</p><p>　　1.3PWM調速發(fā)展前景</p><p>　　PWM調速作為一項新的調速技術，在西方發(fā)達國家已得到廣泛應用。目前，不論是在同步電機調速方面，還是異步電機調速方面，PWM調速是較好的。</p>

17、<p>　　1.3．1PWM調速</p><p>　　現(xiàn)代的PWM調速采用的是脈寬調制技術，具體一點就是應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，其效果基本相同，沖量即窄脈沖的面積。</p><p>　　方案論證（規(guī)劃、選定）</p><p>　　方案一：以兩塊AT89C51單片機進行通信擴展I/O口為控制中心，

18、采集電位器的值通過A/D轉換器（ADC0809），單片機控制將其轉換成數(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轉換器（DAC0832）轉換成模擬量，進而通過LM324運放和ULN2003放大控制直流電機調速。</p><p>　　方案二：同樣以AT89C51單片機為控制中心，但是只用一塊單片機。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轉換器（

19、ADC0809），單片機控制將其轉換成數(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轉換器（DAC0832）轉換成模擬量，進而通過LM324運放和ULN2003放大控制直流電機調速。</p><p>　　經(jīng)過比較，方案一的硬件電路復雜，而且要用兩塊單片機比較浪費和麻煩。最終選定了硬件電路簡單，需要在程序上進行一定數(shù)據(jù)處理的方案二。</p><p>　　3.方案說明（設計

20、）</p><p>　　本設計以AT89C51單片機為控制中心，運用電位器采集信號，然后經(jīng)過ADC0809進行模擬量到數(shù)字量的轉換，將此作為占空比并將最終數(shù)據(jù)傳輸給單片機，單片機進行進一步處理并將處理的數(shù)據(jù)傳輸給DAC0832將數(shù)字量轉換成模擬量再經(jīng)過LM324和ULN2003放大輸出驅動直流電機，并通過電位器值得改變來改變占空比，從而實現(xiàn)直流電機的調速。整體框圖如下：</p><p>&

21、lt;b>　　4.硬件方案設計</b></p><p>　　4.1電位器采集模塊</p><p><b>　　4.1.1電位器</b></p><p>　　電位器的作用——調節(jié)電壓（含直流電壓與信號電壓）和電流的大小。電位器的電阻體有兩個固定端，通過手動調節(jié)轉軸或滑柄，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

22、間的電阻值，從而改變了電壓與電流的大小。電位器是一種可調的電子元件。它是由一個電阻體和一個轉動或滑動系統(tǒng)組成。當電阻體的兩個固定觸電之間外加一個電壓時，通過轉動或滑動系統(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系的電壓。它大多是用作分壓器，得到模擬量</p><p>　　4.1.2模數(shù)轉換及顯示 </p><p>　　當電位器發(fā)生改變時，阻值發(fā)生相

23、應的變化，通過下圖所示的電路能夠使得電位器兩端的電壓發(fā)生相應的改變。此時的輸出信號為模擬量，單片機無法直接讀取。通過ADC0809轉換成數(shù)字量顯示在數(shù)碼管上（單片機通過兩塊595芯片級聯(lián)控制數(shù)碼管顯示）</p><p><b>　　上圖為模數(shù)轉換模塊</b></p><p>　　上圖為數(shù)碼管顯示模塊</p><p>　　4.2模數(shù)轉換與單片機的

24、連接</p><p>　　89C51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89C51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供

25、高性價比的解決方案。 AT89C51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內程序存儲器，128bytes的隨機存取數(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，內部集成看門狗計時器片內時鐘振蕩器。其工作電壓在4.5－5V,一般我們選用＋5V電壓。</p><p>　　ADC0809是帶有8位A/D轉

26、換器、8路多路開關以及微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉換器，可以和單片機直接接口。ADC0809</p><p>　　由一個8路模擬開關、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用</p><p>　　A/D轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉換完的數(shù)字量，當OE端為高電平時

27、，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù)。下面為ADC0809與單片機的連接電路：</p><p>　　4.3數(shù)模轉換模塊及放大驅動模塊</p><p>　　DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電

28、路構成。</p><p>　　LM324系列由四個獨立的，高增益，內部頻率補償運算放大器，其中專為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營</p><p><b>　　連接圖如下：</b></p><p><b>　　5.軟件方案設計</b></p><p>　　首先處理數(shù)據(jù)的采集程序。其次對數(shù)據(jù)進行處理。最后完

29、善小直流電機的控制函數(shù)。 將數(shù)模轉換模塊作為主要程序，將模數(shù)及放大驅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。</p><p>　　下圖為ADC0809工作時序，知道后才能依據(jù)時序編寫程序</p><p><b>　　6.調試 </b></p><p><b>　　6.1硬件調試</b>&l

30、t;/p><p>　　先把程序下載到單片機，通電，開始調試。旋動電位器，改變電位器的值，數(shù)碼管上顯示數(shù)值變化，電機轉速也有變化，轉速的變化與數(shù)值大小變化趨勢一致。</p><p><b>　　6.2軟件調試</b></p><p>　　軟件調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

31、件電路中的單片機，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，慢慢調試以實現(xiàn)自己想要的效果。</p><p>　　7.技術小結（結束語）</p><p>　　從拿到課題的茫然到漸漸學會接受，開始慢慢自己動手查找資料，詢問很多單片機學的好的同學及學長，再到查找到電路的設計，從程序的編寫到仿真功能的基本實現(xiàn)，最后歷經(jīng)一路坎坷做出實物，效果和功能基本達到。感覺真的很辛苦，但同

32、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，越來越發(fā)覺制作實物相比整體設計要難一些，就算仿真完全沒錯實物運行也會有很多問題。實際制作過程中會遇到多種多樣的問題，剛開始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，做任何事都要細心，要考慮的周全，不能因為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

33、了這樣的精神，才會從問題中學到更多的知識，為我以后更好的發(fā)展奠定了基礎。謝謝學院和老師給予我們這次鍛煉的機會，成長的機會，謝謝！</p><p><b>　　8.參考文獻</b></p><p>　?。?］林立.張俊亮．單片機原理與接口技術[M]． 電子工業(yè)出版社.</p><p>　?。?］汪玉成.直流電機PWM調速系統(tǒng)設計[J].商場現(xiàn)代化

34、.2007 .</p><p>　　［3］吳金戌等編著.8051單片機實踐與應用[M].清華大學出版社 .</p><p>　?。?］李光才，樓然笛.單片機課程設計實例指導[M].北京航空航天大學出版社.</p><p>　　［5］張方.電機及拖動基礎[M].北京：中國電力出版社，2008.</p><p>　　[6] 陳伯時.電力拖動自動控

35、制系統(tǒng)[M].3版.北京:機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　9.附錄（元件清單、電路圖、源程序代碼、實物圖片等）</p><p><b>　　9.1元件清單</b></p><p><b>　　9.2電路圖</b></p><p><b>　　9.3源程序代碼</b&g

36、t;</p><p>　　/********************************************************</p><p>　　小直流電機調速控制系統(tǒng)</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　/

37、********************************************************</p><p>　　74HC595模塊程序寫成頭文件形式</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　#ifndef _74HC595_H&l

38、t;/p><p>　　#define _74HC595_H</p><p>　　#include<intrins.h></p><p>　　#ifndef uchar</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　sbit STcp = P0^2; /

39、/STcp 移位寄存器的時鐘脈沖輸入口</p><p>　　sbit SHcp = P0^0; //SHcp 存儲寄存器的時鐘脈沖輸入口</p><p>　　sbit DS = P0^1; //DS 串行數(shù)據(jù)輸入端</p><p>　　void send_byte(uchar dat)//發(fā)送字節(jié)程序</p><p><

40、b>　　{ </b></p><p>　　uchar i; </p><p>　　for(i=0;i<8;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　SHcp=0;</b></p><p>　　DS=dat

41、&0x80;</p><p><b>　　dat<<=1;</b></p><p><b>　　SHcp=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

42、t;　　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</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　send_byte(dat2); send_byte(dat1); </p><p><b>　　} </

43、b></p><p>　　void out595()//595鎖存程序，發(fā)送數(shù)據(jù)后鎖存有效</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　STcp=0;</b></p><p><b>　　_nop_();</b></p><p&

44、gt;<b>　　STcp=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　#endif</b></p><p>　　/********************************************************</p><p&

45、gt;　　ADC0809主程序塊</p><p>　　********************************************************/</p><p>　　#include <reg52.h></p><p>　　#include "74HC595.h"</p><p>　　#

46、define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　uchar code weima[]={0xf7,0xfb,0xfd,0xfe};</p><p>　　uchar code duanma[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x

47、07,0x7F,0x6F,0x40};</p><p>　　sbit OE = P1^0;</p><p>　　sbit EOC = P1^1;</p><p>　　sbit ST = P1^2;</p><p>　　sbit CLK = P1^3;</p><p>　　sbit cs=P0^3;</p&g

48、t;<p>　　sbit wr=P0^4;</p><p>　　void delayms(uint ms)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while(ms--)</p><p>

49、;<b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display(uchar x) //顯示函數(shù)</p>&

50、lt;p><b>　　{</b></p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++,x=x/10)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　send_2byte(duanma[x%10],

51、weima[i]);</p><p><b>　　out595();</b></p><p>　　delayms(1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void init()</

52、p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD = 0x02;</p><p>　　TH0 = 0x14;</p><p>　　TL0 = 0x00;</p><p>　　IE = 0x82;</p><p><b>　　TR0 = 1;&

53、lt;/b></p><p><b>　　cs=0;</b></p><p><b>　　wr=0;</b></p><p><b>　　OE = 1;</b></p><p><b>　　EOC = 1;</b></p><p

54、><b>　　ST = 0;</b></p><p><b>　　CLK = 0;</b></p><p><b>　　//cs=0;</b></p><p><b>　　//wr=0;</b></p><p><b>　　}</b

55、></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　uchar temp=0;</p><p><b>　　init();</b></p><p><b>　　while(1)</b>&l

56、t;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　display(temp) ;</p><p><b>　　P2=temp;</b></p><p><b>　　ST = 0;</b></p><p><b>　　ST = 1;<

57、;/b></p><p><b>　　ST = 0;</b></p><p>　　while(EOC == 0);</p><p>　　//if(EOC == 1)</p><p><b>　　OE = 1;</b></p><p><b>　　temp=P3

58、;</b></p><p><b>　　OE = 0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p><b