综合实验报告电机.docx

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综合实验报告电机

成 绩：

重庆邮电大学

自动化学院综合实验报告

题  目51系列单片机直流电机闭环调速实验

学生姓名：

     韩    栋     

班  级：

    0841001        

学  号：

   2010213219        

指导教师：

   郭       鹏    

完成时间：

    2013年12月      

一、实验名称：

51系列单片机直流电机闭环调速实验

基本情况：

用电位器上的电压大小通过单片机对0VEN温度的控制

1.学生姓名：

韩栋

2.学  号：

2010213219

3.班  级：

0841001

2、实验内容：

1.主控芯片选择：

51系列单片机单片机的基本组成：

中央处理器（CPU）：

中央处理器是单片机的核心，能完成运算和控制功能。

51系列单片机能处理8位二进制数据和代码。

内部数据存贮器（内部RAM）：

8051共有256个RAM，其中128个被占有寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只有128个单元，简称内部RAM内部程序存贮器（内部ROM）：

8051共有4K掩膜ROM，用于存放程序，原始数据，表格。

称程序存贮器，简称内部ROM定时器/计数器：

8051共有2个16位定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以定时或计数结果对计算机进行控制。

并行I/O口：

8051共有8个I/O口P0、P1、P2、P3以实现数据的并行输出，输入。

串行I/O口：

MCS-51的一个全双工的串行口，以实现单片机与其它设备之间的串行数据传输。

该口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。

中断控制系统：

8051共有5个中断源，外中断2个，定时器/计数中断2个，串行中断1个。

分为高级和低级两个级别。

综上所述，本项目选择应用较为普遍的80C51单片机。

851单片机一些电路的介绍和基本知识

1.时钟电路

图1 时钟电路

在设计时钟电路之前，让我们先了解下51单片机上的时钟管脚：

XTAL1（19脚）：

芯片内部振荡电路输入端。

XTAL2（18脚）：

芯片内部振荡电路输出端。

XTAL1和XTAL2是独立的输入和输出反相放大器，它们可以被配置为使用石英晶振的片内振荡器，或者是器件直接由外部时钟驱动。

图2中采用的是内时钟模式，即采用利用芯片内部的振荡电路，在XTAL1、XTAL2的引脚上外接定时元件（一个石英晶体和两个电容），内部振荡器便能产生自激振荡。

一般来说晶振可以在1.2～12MHz之间任选，甚至可以达到24MHz或者更高，但是频率越高功耗也就越大。

在本实验套件中采用的11.0592M的石英晶振。

和晶振并联的两个电容的大小对振荡频率有微小影响，可以起到频率微调作用。

当采用石英晶振时，电容可以在20～40pF之间选择（本实验套件使用30pF）；当采用陶瓷谐振器件时，电容要适当地增大一些，在30～50pF之间。

通常选取33pF的陶瓷电容就可以了。

2.复位电路

图2 复位电路

在单片机系统中，复位电路是非常关键的，当程序跑飞（运行不正常）或死机（停止运行）时，就需要进行复位。

MCS-5l系列单片机的复位引脚RST（第9管脚）出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。

如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

复位操作通常有两种基本形式：

上电自动复位和开关复位。

图2中所示的复位电路就包括了这两种复位方式。

上电瞬间，电容两端电压不能突变，此时电容的负极和RESET相连，电压全部加在了电阻上，RESET的输入为高，芯片被复位。

随之+5V电源给电容充电，电阻上的电压逐渐减小，最后约等于0，芯片正常工作。

并联在电容的两端为复位按键，当复位按键没有被按下的时候电路实现上电复位，在芯片正常工作后，通过按下按键使RST管脚出现高电平达到手动复位的效果。

一般来说，只要RST管脚上保持10ms以上的高电平，就能使单片机有效的复位。

图中所示的复位电阻和电容为经典值，实际制作是可以用同一数量级的电阻和电容代替，读者也可自行计算RC充电时间或在工作环境实际测量，以确保单片机的复位电路可靠。

3.EA/VPP（31脚）的功能和接法

51单片机的EA/VPP（31脚）是内部和外部程序存储器的选择管脚。

当EA保持高电平时，单片机访问内部程序存储器；当EA保持低电平时，则不管是否有内部程序存储器，只访问外部存储器。

对于现今的绝大部分单片机来说，其内部的程序存储器（一般为flash）容量都很大，因此基本上不需要外接程序存储器，而是直接使用内部的存储器。

在本实验套件中，EA管脚接到了VCC上，只使用内部的程序存储器。

这一点一定要注意，很多初学者常常将EA管脚悬空，从而导致程序执行不正常。

4.P0口外接上拉电阻

51单片机的P0端口为开漏输出，内部无上拉电阻（见图3）。

所以在当做普通I/O输出数据时，由于V2截止，输出级是漏极开路电路，要使“1”信号（即高电平）正常输出，必须外接上拉电阻。

图3P0端口的1位结构

另外，避免输入时读取数据出错，也需外接上拉电阻。

在这里简要的说下其原因：

在输入状态下，从锁存器和从引脚上读来的信号一般是一致的，但也有例外。

例如，当从内部总线输出低电平后，锁存器Q＝0，Q＝1，场效应管V1开通，端口线呈低电平状态。

此时无论端口线上外接的信号是低电平还是高电平，从引脚读入单片机的信号都是低电平，因而不能正确地读入端口引脚上的信号。

又如，当从内部总线输出高电平后，锁存器Q＝1,Q＝0,场效应管V1截止。

如外接引脚信号为低电平，从引脚上读入的信号就与从锁存器读入的信号不同。

所以当P0口作为通用I/O接口输入使用时，在输入数据前，应先向P0口写“1”，此时锁存器的Q端为“0”，使输出级的两个场效应管V1、V2均截止，引脚处于悬浮状态，才可作高阻输入。

总结来说：

为了能使P0口在输出时能驱动NMOS电路和避免输入时读取数据出错，需外接上拉电阻。

在本实验套件中采用的是外加一个10K排阻。

此外，51单片机在对端口P0—P3的输入操作上，为避免读错，应先向电路中的锁存器写入“1”，使场效应管截止，以避免锁存器为“0”状态时对引脚读入的干扰。

2.AD转换器的选择：

由于考虑到单片机的I/O口的数量有限，所以本实验选择应用广泛的串行AD转换芯片TLC2543。

TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。

由于是串行输入结构，能够节省51系列单片机I/O资源；且价格适中，分辨率较高，因此在仪器仪表中有较为广泛的应用。

2TLC2543的特点：

（1）12位分辩率A/D转换器；

（2）在工作温度范围内10μs转换时间；

（3）11个模拟输入通道；

（4）3路内置自测试方式；

（5）采样率为66kbps；

（6）线性误差±1LSBmax；

（7）有转换结束输出EOC；

（8）具有单、双极性输出；

（9）可编程的MSB或LSB前导；

（10）可编程输出数据长度。

TLC2543的引脚排列及说明

TLC2543有两种封装形式：

DB、DW或N封装以及FN封装，这两种封装的引脚排列如图1，引脚说明见表1。

图4 TLC2543的封装

接口时序:

可以用四种传输方法使TLC2543得到全12位分辩率，每次转换和数据传递可以使用12或16个时钟周期。

一个片选脉冲要插到每次转换的开始处，或是在转换时序的开始处变化一次后保持为低，直到时序结束。

图2显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期和在每次传递周期之间插入的时序，图3显示每次转换和数据传递使用16个时钟周期，仅在每次转换序列开始处插入一次时序。

图5  TLC2543引脚说明

图6  TLC2543工作时序图

3、显示模块选择：

实验选择LCD1602液晶显示器。

LCD1602液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点，在袖珍式仪表和低功耗应用系统中得到越来越广泛的应用。

1602采用标准的16脚接口，其中:

第1脚：

VSS为地电源

第2脚：

VDD接5V正电源

第3脚：

V0为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地电源时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度

第4脚：

RS为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。

第5脚：

RW为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。

当

RS和RW共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平RW为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平RW为低电平时可以写入数据。

第6脚：

E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令。

第7～14脚：

D0～D7为8位双向数据线。

第15～16脚：

空脚

4、电机驱动模块选择：

L298N为SGS-THOMSONMicroelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片（DualFull-BridgeDriver），内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。

L298与单片机的线路图：

图7 驱动电路L298

图8  单片机线路图

5.键盘输入模块选择：

本实验选择简易广泛的4X4矩阵键盘输入参数。

图9 4X4矩阵键盘

6.工作原理：

实验启动后，通过调节滑动变阻器得到一个电压值，AD转换器转换电压换算成速度，即设定的速度值；输入PID参数；单片机通过外部中断检测直流电机编码器所产生的脉冲数；再通过PID算法所计算出的值来计算驱动直流电机的占空比；从而可以调节直流电机的速度。