微機原理課程設計單片機控制直流電機

1、微機原理及應用課 程 設 計 題 目： 直流電機控制 專 業(yè)： 數控技術 班 級： 姓 名： 學號： 成 績： 年 月 日 目 錄第一章 概述 1第2章 直流電機硬件電路設計及描述 22.1直流電機的結構 22.2直流電機的工作原理 22.3電磁關系 22.4直流電機主要技術參數 22.5直流電機的類型 32.6直流電機的特點 3第三章 軟件設計流程 33.1程序設計流程圖 33.2總電路功能介紹 43.3直流電機轉速 43.4電機驅動模塊的電路設計 4第4章 源程序 6第5章 總 結12參考文獻12第一章 概述 直流電機就是將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發(fā)

2、電機)的旋轉電機。直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。為了推廣直流電機在化工領域的使用，由于直流電機的功能已得到很大提 高，因此更為人性化的設計勢必在操作和顯示方面。直流電機直流電動機調速控 制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應用比較多。簡單控制是指對電動機進 行啟動，制動，正反轉控制和順序控制。這類控制容易實現(xiàn)

3、，并可通單片機，直 流電機驅動芯片和開關元件來實現(xiàn)，所以本課題采用此法。同時考慮到以前的直 流電機只能通過數碼管來進行簡單地顯示轉速，且不能清楚的了解其轉向，而 lcd 液晶顯示器可以彌補這一點，并且還添加一些更為人性化的提示，這是以 前的數碼管所不能代替的，這必將是一個新的趨勢。直流電機的主要功能非常廣泛，例如：軍事 和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準，慣性導航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得 跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設備，數控機床，工業(yè)機器人，塑料機械，印刷機械，繞線機，紡織機械，工業(yè)縫紉機，泵和壓縮機等設備的控制；計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅動器，各種光盤驅動器，

4、繪圖儀，掃描儀，打印機，傳真機，復印機等設備的控制；音像設備和家用電器中的錄音機，錄像機，數碼相機，洗衣機，冰箱，電扇等的控制。第二章 直流電機硬件電路設計及描述2.1直流電機的結構nsnsee直流電機由定子和轉子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉子由硅鋼片疊壓而成，轉子外圓有槽，槽內嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出。2.2直流電機的工作原理nsnsuu直流電機電路模型，磁極n、s間裝著一個可以轉動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈。當線圈中流過電流時，線圈受到電磁力作用，從而產生旋轉。根據左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈

5、的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向實現(xiàn)改變電機的方向。2.3電磁關系機械負載比較器電磁轉矩（拖動轉矩）交流電流直流電流反電動勢2.4直流電機主要技術參數直流電機的主要額定值有：額定功率pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。額定電壓ue：長期運行的最高電壓。 額定電流ie：長期運行的最大電流。額定轉速n：單位時間內的電機轉動快慢。以r/min為單位。 勵磁電流if：施加到電極線圈上的電流。2.5直流電機的類型直流電機可按其結構、工作原理和用途等進行分類，其中根據直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機（將機械能轉化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉化為機械能）、直流測速發(fā)電機（

6、將機械信號轉換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉換為機械信號）。下面以直流電動機作為研究對象。2.6直流電機的特點通過電刷間的電流與導體電流的性質不同；通過電刷電流為直流電流，導體電流為交變電流；電樞電勢與電流反方向，稱為反電勢。電磁轉矩的方向與電機的轉向相同，為驅動轉矩。作為電動機運行：在直流電機的兩電刷端上加上直流電壓，電樞旋轉，拖動生產機械旋轉，輸出機械能；作為發(fā)動機運行：用原動機拖動直流電機的電樞，電刷端引出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。第三章 軟件設計流程3.1程序設計流程圖 定時中斷服務流程圖3.2總電路功能介紹直流電機pwm調制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉、反轉、停止

7、控制功能。操作開關通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉、反轉、停止控制功能，并通過lcd液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復位電路由80c51單片機內部給出。直流電機轉動速度由lcd液晶顯示。操作開關狀態(tài)由液晶顯示器顯示。3.3直流電機轉速直流電機的數學模型可用下圖表示，由圖可見電機的電樞電動勢ea的正方向與電樞電流ia的方向相反，ea為反電動勢；電磁轉矩t的正方向與轉速n的方向相同，是拖動轉矩；軸上的機械負載轉矩t2及空載轉矩t0均與n相反，是制動轉矩。直流電機的數學模型根據基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動勢平衡方程式1.1： u=ea-ia（ra+rc）式1.1中，ra為電樞回路電阻，電樞回路

8、串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和；rc是外接在電樞回路中的調節(jié)電阻。由此可得到直流電機的轉速公式為： n =ua-ir/ce 式1.2中，ce為電動勢常數，是磁通量。由1.1式和1.2式得 n =ea/ce 由式1.3中可以看出，對于一個已經制造好的電機，當勵磁電壓和負載轉矩恒定時，它的轉速由回在電樞兩端的電壓ea決定，電樞電壓越高，電機轉速就越快，電樞電壓降低到0v時，電機就停止轉動；改變電樞電壓的極性，電機就反轉。3.4電機驅動模塊的電路設計根據直流電機的工作原理，選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地連線，我們參此設計的直流電機驅動模塊電路如圖所示 2sk1058 : cmoss管 74

9、l26 : 三太門 1n4006 : 二極管 vscource : 電源 motor-encoder : 直流電機 res : 電阻 at89c51 : 單片機 (在此并未顯示)直流電機驅動電路 然而考慮市場的行情，既然已有專門地為電機驅動而設計的芯片，就沒必要再從新來設計；選用l298芯片來構成的電路結構基本上跟上圖一樣。所用元器件如下所示： 1n4006 : 二極管 at89c51 : 單片機 (在此并未顯示) res : 電阻 motor-encoder : 直流電機 l298 : 電機驅動芯片 respack-8: 排阻 顯示程序流程圖第四章 源程序org 0000h sjmp dis

10、play org 0003h ljmp button ; 外部0中斷入口地址 org 000bh ljmp dingshi ; 定時中斷t0入口地址 rs equ p3.0 rw equ p3.1 e equ p3.4 org 0030h ; 此次直流電機的設計以lcd字符夜晶的 ; 顯示程序為主程序display: setb ea ; 打開中斷總開關 setb ex0 ; 打開外部中斷0開關 setb it0 ; 打開外部中斷0下降沿觸發(fā) mov tmod,#01h ; 設置定時工作方式 mov tl0,#0ffh ; 設置定時初值 mov th0,#0ffh setb et0 ; 打開定時

11、中斷t0開關 clr p0.5 clr p0.6 clr p0.7 setb tr0 ; 定時器t0開始定時 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的字符個數 mov r3,#00h mov r4,#00h lp9: lcall chushi lp2: acall busy mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a acall datas inc dptr djnz r1,lp2 lp3: cjne r3,#00h,lp4 cjne r4,#00h,lp4

12、 sjmp lp3 lp4: mov r7,#00h ; 中斷的標志 mov r5,#09h ; current : 的字符個數 acall busy mov p1,#0c0h acall enable mov dptr,#mmtab acall busy lp5: mov a,#00h movc a,a+dptr mov p1,a inc dptr acall datas acall busy djnz r5,lp5 mov dptr,#stab mov a,r2 mov p1,a acall datas acall busy mov a,r3 ; 顯示速度的十位 movc a,a+dptr

13、 mov p1,a acall datas acall busy mov a,r4 ; 顯示速度的個位 movc a,a+dptr mov p1,a acall datas ; 使夜晶始終顯示當前電機的速度 lp8: cjne r7,#00h,lp7 ; 速度不變時等待 ljmp lp8 ; 速度變時重新讀入速度 lp7: sjmp lp4 chushi: ; 使夜晶顯示的一些初始設置 acall busy mov p1,#00000001b ; 清屏并光標復位 acall enable acall busy mov p1,#00111000b ; 設置顯示模式:8位2行5x7點陣 acall

14、 enable acall busy mov p1,#00001111b ; 顯示器開、光標開、光標允許閃爍 acall enable acall busy mov p1,#00000110b ; 文字不動，光標自動右移 acall enable acall busy mov p1,#80h ; 寫入顯示起始地址 acall enable ret enable: ; 寫入控制命令的子程序 setb e clr rs clr rw clr e ret datas: ; 寫入數據子程序 setb e setb rs clr rw clr e ret busy: ; 準備寫入數據 clr e mov

15、 p1,#0ffh clr rs setb rw setb e jb p1.7,busy ret org 2000hdingshi: ; 定時中斷服務程序 cpl p0.7 jnb p0.7,z1 ; 周期一定 mov a,#0ffh subb a,r0 mov th0,a setb tr0 reti z1: mov th0,r0 ; 脈寬 setb tr0 reti button: ; 從控制鍵盤中讀取操作命令 push acc clr ex0 clr ea inc r7 ; mov a,#0ffh mov p2,a mov a,p2 jnb acc.0,aa0 jnb acc.1,kk0

16、jnb acc.2,zz jnb acc.3,ff jnb acc.4,ww0 ajmp qq aa0: cjne r0,#0ffh, aa1 ; 加速操作 ajmp qq aa1: mov a,r0 add a,#5 mov r0,a ajmp qq kk0: cjne r0,#00,mm ; 減速操作 ajmp qq mm: mov a,r0 subb a,#5 mov r0,a ajmp qq qq: mov a,r0 mov b,#5 div ab mov b,#10 div ab mov r3,a mov r4,b setb ex0 lcall delay lcall delay l

17、call delay lcall delay setb ea pop acc reti zz: setb p0.5 ; 正轉操作 clr p0.6 mov r2,#2bh ; 正轉標志 + lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti ff: clr p0.5 ; 反轉操作 setb p0.6 mov r2,#2dh ; 反轉標志 - lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti ww0: clr p0.5 ; 停止操作 c

18、lr p0.6 lcall delay lcall delay lcall delay setb ex0 setb ea pop acc reti delay: ; 延時子程序 mov r5,#0e0h mm0: mov r6,#30h mm1: djnz r6,mm1 djnz r5,mm0 ret tab: db 53h,45h,54h,20h db 53h,50h,45h,45h ; set speed please 代碼 db 44h,20h,50h,4ch db 45h,41h,53h,45h stab: db 30h,31h,32h,33h db 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 43h,44h,45h,46h mmtab: db 43h,4fh,52h,52h db 45h,4eh,54h,20h ; current : 代碼 db 3ah end 原理圖 系統(tǒng)仿真第五章 總 結這次課程設計是一次非常好的鍛煉機會,歷時一個星