基于mcs_51直流電動機驅(qū)動電路課程設(shè)計

1、<p>　　單片機課程設(shè)計說明書</p><p><b>　　基于MCS 51</b></p><p>　　直流電動機驅(qū)動電路設(shè)計</p><p>　　學(xué)生姓名： 學(xué)號： ------</p><p>　　學(xué) 院：

2、 </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2012年 6月</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p>

3、<p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引言……………………………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 直流電動機的背景………………………………………………………… 2</p><p>　　

4、1.2 課題設(shè)計的目的……………………………………………………………… 2</p><p>　　1.3 課題設(shè)計的意義……………………………………………………………… 2</p><p>　　2 直流電動機原理概述………………………………………………………… 1</p><p>　　2.1 直流電動機驅(qū)動原理………………………………………………………… 2&

5、lt;/p><p>　　2.2 PWM基本原理……………………………………………………………… 2</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ………………………………………………………………… 1</p><p>　　3.1 設(shè)計部分分析……………………………………………………………… 2</p><p>　　3.2 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計……

6、……………………………………………… 2</p><p>　　3.3 應(yīng)用軟件的編制與調(diào)試…………………………………………………… 4 </p><p>　　3.4 元件清單…………………………………………………………………… 2</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………………………………………………………………… 4</p><

7、;p>　　4.1 總體程序流程圖……………………………………………………………… 2</p><p>　　4.2 源程序代碼…………………………………………………………………… 2</p><p>　　5 仿真和調(diào)試……………………………………………………………………… 7</p><p>　　5.1 仿真過程………………………………………………………

8、…………… 7</p><p>　　5.2 仿真結(jié)果…………………………………………………………………… 7 </p><p>　　6 課程設(shè)計體會…………………………………………………………………… 9</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………10</p><p>　　致謝………………………

9、…………………………………………………………10</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　1.1 直流電動機的背景</p><p>　　隨著人們生活水平的提高，產(chǎn)品質(zhì)量、精度、性能、自動化程度、功能以及功耗、價格問題已經(jīng)是選擇家用電器的主要因素。永磁無刷直流電機既具有交流伺服電機的結(jié)構(gòu)簡單、 運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點，又

10、具備直流伺服電機那樣良好的調(diào)速特性而無機械式換向器，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各種調(diào)速驅(qū)動場合。MOTOROLA 第二代電機控制專用芯片的出現(xiàn)，給永磁無刷直流電機調(diào)速裝置的設(shè)計帶來了極大的便利。這些芯片控制功能強，保護(hù)功能完善，工作性能穩(wěn)定，組成的系統(tǒng)所需外圍電路簡單，抗干擾能力強，特別適用于工作環(huán)境惡劣，對控制器體積，價格性能比要求較高的場合。</p><p>　　1.2 課題設(shè)計的目的</p><p

11、>　　作為理工科的學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)和手動實踐中提高自己的專業(yè)技能知識，通過課程設(shè)計使我進(jìn)一步熟悉了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握了單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計的基本方法和步驟；通過利用AT89C51單片機，理解單片機在自動化裝置中得作用以及掌握單片機的編程調(diào)試方法；通過設(shè)計一個簡單的實際應(yīng)用輸入控制及顯示系統(tǒng)，掌握Protuse和Keil 的仿真軟件使用?，F(xiàn)在的學(xué)習(xí)是為以后的發(fā)展而做鋪墊，通過課程設(shè)計提高自己的動手能力</p>

12、<p>　　1.3 課題設(shè)計的意義</p><p>　　加深理解直流電動機在單片機上的運用，增進(jìn)對電路仿真的興趣。</p><p><b>　　直流電動機原理概述</b></p><p>　　2.1 直流電動機驅(qū)動原理</p><p>　　直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生洛倫茲力，當(dāng)

13、轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動</p><p>　　2.2 PWM基本原理</p><p>　　PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制

14、、壓力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。在脈沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為,設(shè)占空比為=/，則電機的平

15、均速度為:</p><p>　　=* （公式 1-2）</p><p>　　式中， —— 電機的平均速度;</p><p>　?。姍C全通電時的速度(最大);</p><p><b>　　=/－－占空比。</b></p><p>　　由公式1-2可見，當(dāng)我們改變占空比時=/，

16、就可以得到不同的電機平均速度 ，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格地講，平均速度與占空比=/并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系[3]。</p><p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　鍵盤向單片機輸入相應(yīng)控制指令，由單片機通過P3.0與P3.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、驅(qū)動電動機

17、控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制，電動機正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速、急停。</p><p>　　總體設(shè)計方案的硬件部分詳細(xì)框圖如圖1所示</p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)硬件框圖</b></p><p>　　3.1 設(shè)計部分分析</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPE

18、ROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051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(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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AT

19、89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C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。如圖2</p><p>　　圖2 AT89C51引腳圖</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器即是將模擬信號(電壓或是電流的形式)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。這種數(shù)字信號可讓儀表,計算機外設(shè)接口或是微處理機來加以操作或勝作使用。A/D轉(zhuǎn)換器與單片機接口具有硬、軟件相依性。

20、一般來說，A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口主要考慮的是數(shù)字量輸出線的連接、ADC啟動方式、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號處理方法以及時鐘連接等。</p><p>　　3.2 直流電機驅(qū)動電路設(shè)計 </p><p>　　由于單片機P3口輸出的電壓最高才有5V，難以直接驅(qū)動直流電機。所以我們需要使用恒壓恒流橋式2A驅(qū)動芯片L298N來驅(qū)動電機。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7V電壓

21、。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V。輸出電流可達(dá)2.5A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本實驗裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。EnA，EnB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。同時需要加四個二極管在電機的兩端，防止電機反轉(zhuǎn)的

22、時候產(chǎn)生強大的沖擊電流燒壞電機[8-9]。具體驅(qū)動電路如下圖</p><p><b>　　圖3 驅(qū)動電路</b></p><p><b>　　圖4 晶振電路</b></p><p><b>　　圖5復(fù)位電路</b></p><p>　　RV1采集到的電壓信息通過ADC0808轉(zhuǎn)

23、換為8位數(shù)字信號，輸入到單片機AT89C51.PWM信號由單片機產(chǎn)生，輸出到電動機驅(qū)動電路，進(jìn)而驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)動，通過改變RV1可以改變PWM信號的占空比。從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)整體硬件電路圖如圖6示</p><p>　　圖6 系統(tǒng)整體硬件電路圖</p><p>　　3.3 應(yīng)用軟件的編制與調(diào)試</p><p>　　使用Keil 軟件工具時，項目開發(fā)流程和其它軟

24、件開發(fā)項目的流程極其相似。</p><p>　　(1) 創(chuàng)建一個項目，從器件庫中選擇目標(biāo)器件，配置工具設(shè)置。</p><p>　　(2) 用C語言或匯編語言創(chuàng)建源程序。</p><p>　　(3) 用項目管理器生成應(yīng)用。</p><p>　　(4) 修改源程序中的錯誤。</p><p>　　(5) 測試，連接應(yīng)用。&l

25、t;/p><p><b>　　3.4 元件清單</b></p><p><b>　　2N2222A</b></p><p><b>　　ADC0808</b></p><p><b>　　CAP</b></p><p><b&g

26、t;　　CAP-ELEC</b></p><p><b>　　MOTOR</b></p><p><b>　　OP07</b></p><p><b>　　POT-HG</b></p><p><b>　　RES</b></p>

27、<p><b>　　AT89C51</b></p><p><b>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　用電位器調(diào)節(jié)AT89C51的PWM占空比，將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為延時常數(shù)，當(dāng)電位器阻值發(fā)生變化。ADC0808輸出的值也會變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)單片機輸出的PWM占空比，控制電動機的轉(zhuǎn)速。</p><p&

28、gt;　　4.1 總體程序流程圖</p><p>　　圖7 總體程序流程圖</p><p>　　4.2 源程序代碼</p><p>　　ADC EQU 35H</p><p>　　CLOCK BIT P2.4 ；定義ADC0808時鐘位</p><p>　　ST BIT P2.5<

29、;/p><p>　　EOC BIT P2.6</p><p>　　OE BIT P2.7</p><p>　　PWM BIT P3.7</p><p><b>　　ORG 00H</b></p><p>　　SJMP START</p><p><b&

30、gt;　　ORG 0BH</b></p><p>　　LJMP INT_T0</p><p>　　START: MOV TMOD,#02H</p><p>　　MOV TH0,#20</p><p>　　MOV TL0,#00H</p><p>　　MOV IE,#82H</p><p&

31、gt;<b>　　SETB TR0</b></p><p>　　WAIT: CLR ST</p><p><b>　　SETB ST</b></p><p>　　CLR ST ；起動A/D轉(zhuǎn)換</p><p>　　JNB EOC,$ ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束</p

32、><p><b>　　SETB OE</b></p><p>　　MOV ADC,P1 ；讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果</p><p><b>　　CLR OE </b></p><p>　　SETB PWM ；PWM輸出</p><p><b>

33、　　MOV A,ADC</b></p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　CLR PWM</b></p><p>　　MOV A,#255</p><p>　　SUBB A,ADC</p><p>　　LCALL DELAY</p><

34、p><b>　　SJMP WAIT</b></p><p>　　INT_T0: CPL CLOCK ；提供ADC0808時鐘信號</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　DELAY: MOV R6,#1</p><p>　　D1: D

35、JNZ R6,D1</p><p>　　DJNZ ACC,D1</p><p><b>　　RET</b></p><p><b>　　END</b></p><p><b>　　5 調(diào)試和仿真</b></p><p><b>　　5.1

36、仿真過程</b></p><p>　　(1)打開Keil vision3，新建Keil項目。選擇AT89C51單片機作為CPU，新建匯編源文件，編寫程序，并將其導(dǎo)入到“Source Group 1”中，在“Options For Target”對話窗口中，選擇“output”選項卡中得“Create HEX File”選項和“Debug”選項卡中得“Use：Proteus VSM Simulator

37、”選項。編譯匯編源程序，改正程序中得錯誤。</p><p>　?。?）在Proteus ISIS中，選中AT89C51并單擊鼠標(biāo)左鍵，打開“Edit Component”對話窗口，設(shè)置單片機晶振頻率為12MHz。在此窗口中得“Program File”欄中，選擇先前用Keil生成的 .HEX 文件。在Proteus ISIS的菜單欄中選擇“File”——“Save Design”選項，保存設(shè)計。在Proteus

38、ISIS的菜單欄中，打開“Debug”下拉菜單，在菜單中選中“Use Remote Debug Monitor”選項，以支持與Keil的聯(lián)合調(diào)試。</p><p>　　（3）在Keil的菜單欄中選擇“Debug”-“Start/Stop Debug Session”選項，進(jìn)入程序調(diào)試環(huán)境。按“F5”鍵，順序運行程序。調(diào)出“Proteus ISIS”界面，調(diào)解電位器，觀察直流電動機轉(zhuǎn)速的變化。</p>

39、<p><b>　　5.2 仿真結(jié)果</b></p><p>　　在Protuse sp3 下進(jìn)行仿真，在Protuse環(huán)境下輸入源程序，把源程序代碼生成目標(biāo)代碼后，將其加載到電路里，設(shè)置單片機時鐘頻率為12MHz，電路即可開始工作。通過改變RV1的阻值，可以看到ADC0808的輸出端相應(yīng)位輸出高低不同的電平。單片機接收到此數(shù)據(jù)后，控制輸出端P3.7 輸出PWM信號。RV1的改

40、變可以控制電動機轉(zhuǎn)速，PWM輸出波形如圖8</p><p><b>　　a高占空比</b></p><p><b>　　b低占空比</b></p><p>　　圖8 PWM輸出波形</p><p><b>　　6 課程設(shè)計體會</b></p><p>

41、;　　經(jīng)過兩星期的努力，終于完成了課程設(shè)計。在 Protuse和Keil c中仿真了出來，同時也做出了實物，基本上實現(xiàn)了直流電機的驅(qū)動電路控制。</p><p>　　本次單片機的課程設(shè)計用戶到了AT89C51數(shù)模轉(zhuǎn)換電路還有復(fù)位、晶振電路。如果說在過去一學(xué)期里，我們的學(xué)習(xí)是一個知識的積累過程，那么現(xiàn)在的課程設(shè)計就是對過去所學(xué)的知識的綜合應(yīng)用，是對理論進(jìn)行深化和重新認(rèn)識的實踐活動。首先，學(xué)習(xí)能力和解決問題的信心都得

42、到了提高。在課程設(shè)計的過程中，遇到了很多困難，但是在查閱了很多有關(guān)書籍和向同學(xué)請教后終于解決了。通過這次課程設(shè)計，我不僅對理論有了更深一步的認(rèn)識，還培養(yǎng)了自學(xué)能力和解決問題的能力，更重要的是，培養(yǎng)了克服困難的勇氣和信心。其次，我們的課程設(shè)計之所以能基本完成，要深深地感謝我們的指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和幫助。。知識固然得到了鞏固和提高，但我相信在實踐中的切身體會將會使我在以后的工作和學(xué)習(xí)中終身受用。</p><p>&l

43、t;b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　李朝青 單片機原理及接口技術(shù)。北京航空航天大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　李群芳 肖看 單片機原理、接口及應(yīng)用。清華大學(xué)出版社，2005年</p><p>　　陳汝全 電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊。機械工業(yè)出版社，2004年</p><p>　　蔣輝平，基

44、于proteus的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真研究，2009年</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在這里首先要感謝我的導(dǎo)師老師。老師平日里工作繁多，但在我做課程設(shè)計的時期，給予了我很大的關(guān)心。然后還要感謝老師為我們打下電氣專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次課程設(shè)計才會順利完成。 </p>