单片机可调直流电机控制设计精品Word文档格式.docx

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2.7LM324说明6

2.8按键部分原理7

2.9电路总原理图8

3软件设计8

3.1按键控制直流电机流程图8

3.2按键状态检测流程图9

3.3系统程序10

总结12

致谢13

参考文献14

1绪论

1.1课题描述

本直流电机调速系统以单片机系统[1]为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。

本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。

硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。

而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。

2硬件设计

2.1复位电路

单片机的基本复位方式有三种：

手动按钮复位、上电复位、积分型上电复位。

单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低，通电后，5V的电通过电阻给电解电容进行充电，电容两端的电会由0V慢慢的升到4V左右（此时间很短一般小于0.3秒），正因为这样，复位脚的电由低电位升到高电位，引起了内部电路的复位工作，这是单片机的上电复位，也叫初始化复位。

当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到0V了，于是又进行了一次复位工作，这是手动复位原理。

本设计采用的是上复位电路的复位方式。

图1单片机复位电路

2.2晶振电路

本设计采用频率为24MHZ，微调电容C1和C2为22pF的内部时钟方式，电容为瓷片电容。

判断单片机芯片及时钟系统是否正常工作有一个简单的方法，就是用万用表测量单片机晶振引脚（18，19脚）的对地电压，

以正常工作的单片机用数字万用表测量为例：

18脚对地电压约为2.24V，19脚对地电压约为2.09V。

图2晶振电路

2.3PWM原理及优势

脉冲宽度调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。

通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。

PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON）要么完全无（OFF）。

电压或电流源是以一种通（ON）或断（OFF）的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。

通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。

多数负载（无论是电感性负载还是电容性负载）需要的调制频率高于10Hz，通常调制频率为1kHz到200kHz之间。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。

让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小。

噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时，也才能对数字信号产生影响。

对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点，而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。

从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。

在接收端，通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。

总之，PWM既经济、节约空间、抗噪性能强，是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。

2.4DAC0832双极性电压输出控制原理

DAC0832是20引脚双列直插式芯片􀈸

内部结构和引脚信号如图3所示。

图3DAC0832的内部结构和引脚

在AT89C51单片机控制系统[2]中，要求D/A的输出电压是双极性的。

例如要求：

输出（-5——+5）V。

在这种情况下，D/A的输出电路要作相应的变化。

图4就是DA0832双极性输出电路实例。

图中，D/A的输出经运算放大器A1和A2放大和偏移以后，在运算放大器A2的输出端就可得到双极性的（-5——+5）V的输出电压。

这里，Vref为A2提供一个偏移电流，且VREF的极性选择应使偏移电流方向与A1输出的电流方向相反。

再选择R4=R3=2R2，以使偏移电流恰好为A1输出电流的1/2。

从而使A2的输出特性在A1的输出特性基础上，上移1/2的动态范围。

由电路各参数计算可得最后的输出电压表达式为Vout=-2V1–Vref设V1为（0——-5）V，选取Vref为+5V，则Vout=0~10V-5V=-5V~+5V。

图4双极性输出电路

2.5转速控制模块

图5转速控制模块

用0832D/A转换电路后的输出经放大后驱动直流电机。

编制程序改变0832输

出经放大后的方波信号的占空比来控制电机转速。

D/A输出为双极性输出，因此

电机可以正反向旋转。

2.60832与单片机连接电路

图60832与单片机连接示意图

80C51单片机的引脚[3]的封装主要有PDIP40、PLCC44和PQFP/TQFP44。

本此课程设计所采用的80C51封装是40引脚PDIP封装。

电源及电源复位引脚有VCC（40脚），接+5V直流电源。

VSS（20脚），接地端。

RST/VPD（9脚），复位信号输入端。

EA/VPP（31脚）。

始终振荡电路引脚XTAL1（19脚）、XTAL2（18引脚）、ALE/PROG（30脚）、PSEN（29脚），并行双向输入/输出口引脚：

P0口的P0.0~P0.7引脚（39~32脚）、P1口的P1.0~P1.7引脚（1~8脚）、P2口的P2.0~P2.7引脚（28~21脚）、P3口的P3.0~P3.7引脚（10~17脚）。

如图5所示：

图751单片机引脚图

2.7LM324说明

LM324系列器件为价格便宜的带有真差动输入的四运算放大器。

与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。

该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。

共模输入范围包括负电源因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。

每一组运算放大器可用图1所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-􀈶

-􀈷

为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；

Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

图8LM324的内部结构和引脚

2.8按键部分原理

当单片机向ADC0832输入信号改变ADC0832的阻值，从而改变电流。

图9按键部分原理

2.9电路总原理图

图10电路原理图

3软件设计

3.1按键控制直流电机流程

图11电机的程序控制

3.2按键状态检测流程􀈺

图12电机的转速程序控制

3.3系统程序

ORG0740H

START：

MOVSP，#53H；

设置堆栈的栈顶地址

MOVA，P1；

读取P1口的状态到累加器

ANLA，#1FH

JBACC.0，STOP；

最低位P1.0为1则停止

JBACC.1，HSR；

HSR代表HighSpeedRight高速右转，正转

JBACC.2，LSR；

LSR代表LowSpeedRight低速右转，正转

JBACC.3，HSL；

HSL代表HighSpeedLeft高速左转，反转

JBACC.4，LSL；

LSL代表LowSpeedLeft低速左转，反转

STOP:

：

MOVR6，#80H

LJMPZHUAN

HSR：

MOVR6，#0FFH

LSR：

MOVR6，#0C0H

HSL：

MOVR6，#00H

LSL：

MOVR6，#30H

ZHUAN：

MOVDPTR，#8000H；

8位输入寄存器和DAC寄存器受相同信号统一控制，地址为8000H

MOVA，R6

MOVX@DPTR，A；

将R6送至DAC启动转换,转换电压

MOVR2，#0BH；

赋延时参数

LCALLDELAY

LJMPSTART

DELAY：

PUSH02H；

延时子程序

DELAY1：

PUSH02H

DELAY2：

PUSH02H

DELAY3：

DJNZR2,DELAY3

POP02H

DJNZR2，DELAY2

DJNZR2，DELAY1

DJNZR2，DELAY

RET

END

总结

本设计所述的直流电机调速系统是以低价位的单片微机51单片机为核心的，而通过单片机来实现电机调整又有多种途径，相对于其他用硬件或者硬件与软件相结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM软件方法来实现的调速过程具有更大的灵活性和更低的成本，它能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。

而在软件方面，采用PLD算法来确定闭环控制的补偿量也是由数字电路组成的直流电机闭环调速系统所不能及的。

曾经也试过用单片机直接产生PWM波形，但其最终效果并不理想，在使用了少量的硬件后，单片机的压力大大减小，程序中有充足的时间进行闭环控制的测控和计算，使得软件的运行更为合理可靠。

致谢

两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。

学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

在这次设计过程中􀈸

体现出自己单独设计电路的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

在此感谢我们的李姿景老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习中的榜样，老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，这次电路设计的每个实验细节和每个数据，都离不开李老师您的细心指导。

而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。

同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。

参考文献

[1]胡汉才．单片机原理与接口技术[M]．北京：

清华大学出版社，1995.6．

[2]楼然苗等．51系列单片机设计实例[M]．北京：

北京航空航天出版社，2003.3．

[3]何立民.单片机高级教程[M]．北京：

北京航空航天大学出版社，2001．

[4]赵晓安.MCS-51单片机原理及应用[M].天津：

天津大学出版社，2001.3．

[5]肖洪兵.跟我学用单片机[M].北京：

北京航空航天大学出版社,2002.8．

[6]夏继强.单片机实验与实践教程[M].北京：

北京航空航天大学出版社,2001．

[7]于凤明．单片机原理及接口技术[M]．北京：

中国轻工业出版社．1998．