单片机课程设计直流电机控制.docx

1、单片机课程设计直流电机控制单片机原理及应用 课程设计说明书设计题目：基于单片机的直流电机控制学 院：工学院专 业：电气工程及其自动化（1 ）班设 计 者：王浩 学 号：09177021指导老师：周平 吴敏设计时间：2012年5月21日2012年6月2日目 录摘要21 引言32总体设计方案32.1计原理及相关说明32.2总体设计框图33各芯片设计及对其的调用43.1 STC90C516RD+单片机主控模块43.2 DAC0832模块53.2.1DAC0832工作原理引脚功能及结构63.3 UA741电流电压转换7 3.3.1 UA741的主要参数8 3.3.2 UA741的外形和内部结构93.4

2、 电流放大模块94 系统软件设计9 结论13参考文献13基于单片机的直流电机控制作者：王浩 指导老师：吴敏 周平（安徽农业大学工学院 电气工程及自动化 ）摘要：该设计是基于STC90C516RD+单片机，DAC0832，UA741的直流电机控制系统，该系统所用的直流电机的额定电压为1.5V,额定电流为0.2A的小功率的直流有刷电机。通过单片机的外部中断0和外部中断1来控制DA转化器输出不同的电流值,通过集成运放器UA741将电流信号转化成电压信号。该电压信号通过电流放大直接加在直流电机，可以实现电机的无极调速。该系统还有可以显示电机的转速的模块，通过开关霍尔传感器，4位七段数码管显示电机的速度

3、。 关键词：直流电机调速 单片机 电机速度显示1 引言本设计实现对直流电机的速度控制并且显示直流电机的速度，8位的DA转换器的8个输入口分别与单片机的P1口相连。通过与单片机的外部中断0和外部中断1，对应的P3.2，P3.3口相连的按键控制使DA转换器输出不同的控制信号，该控制信号通过晶体管电流放大驱动直流电机。直流电机的速度显示通过霍尔传感器将电机的转换成脉冲信号，通过单片机的定时器中断对脉冲进行计数，计数值通过译码器使数码管译码显示速度值。2 总体设计方案2.1设计原理及相关说明设计原理：利用DA0832将单片机P1口输出的数字信号转换电流信号，利用UA741集成运放器将DA转换器输出的电

4、流信号转换电压信号，并分别利用P3.0端口和P3.1端口与DA0832的选通端口WR2和XFER上，控制DA转换器的转换方式。集成运放输出的电压信号同过S8050组成的复合管将电流信号进行放大以驱动直流电机。速度显示通过开关霍尔传感器3144E，将边缘吸附有小磁片的圆盘固定在电机的转轴上，当电机转动时，小磁片随着圆盘一起转动。当小磁片的S极靠近霍尔传感器的正面时，霍尔传感器输出一个脉冲。通过单片机的定时器T0对直流电机的转速进行计数。计数值通过单片机的P1口和P2口输出，译码器CD4543驱动七段数码管译码显示。2.2总体设计框图直流电机调速系统设计框图如图1所示： 图1 直流电机调速系统设计

5、框图 3 各芯片的设计及其调用3.1 STC90C516RD+单片机主控模块单片机的主控模块如图2，它以单片机STC90C516RD+为核心，STC90C516RD+系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机，是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051系列单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。针对电机控制，强干扰场合。其主要性能特点如下：增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，指令代码完全兼容传统8051；工作电压：5.5V-3.5V；工作频率范围：0-35MHz，相当于普通8051的0-420MHz；用户应用程序空间64K字节；片上集成256字节RA

6、M；通用I/O口（32个），复位后为：准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）；可设置成4种模式：准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均能达到20mA,但整个芯片最大不要超过120mA；ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿真器，可通过串口（P3.0/P3.1）直接下载应用程序，数秒即可完成一片；有EEPROM功能；看门狗；具备双串口；工作温度范围：-40 - +85oC（工业级），0 75oC（商业级）；40管脚封装由图2可知，单片机的18和19管脚接时钟电路，19管脚接外部晶振和微调电容的一端，在片内它是振荡器

7、倒相放大器的输入，18管脚接外部晶振和微调电容的另一端，在片内它是振荡器倒相放大器的输出，9引脚是复位输入端，接上电容、电阻及开关后构成上电复位电路。31管脚，当只访问内部程序存储器时该管脚直接接高电平。端口P0，P1，P2，P3为单片机的输入和输出端口，特别的当P0输出高电平时，必须接上拉电阻。其中P0端口可以做8位的数据总线和地址总线，P2端口可以作为8位的地址总线。P3端口还可以作为中断的输入端口复用。29引脚为程序存储器允许输出控制端，当单片机访问外部程序存储器时，此引脚输出的低电平作为读外部程序存储器的选通信号。30引脚ALE，为地址锁存允许信号，当单片机上电正常工作时，ALE引脚不

8、断地输出正脉冲信号。图2 主控制器 STC90C516RD+3.2 DAC0832数模转换模块图3 DAC0832数模转换模块DAC0832数模转换器，是八位并口输入，转换速度是中速其建立时间为1us,转换一次数据总共需要约36us。将数字信号转换成模拟的电流信号，转换电流的大小取决于从单片机并口输入的数字量的大小（）。集成芯片内部有两级输入的寄存器，分别为输入寄存器和数据寄存器。DAC0832芯片具备双缓冲，单缓冲，直通三种的输入方式，以便于适用各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入，同步转换等）。并且该芯片价格低廉，由于它体积小，兼容性，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，其目前已经有

9、很高的普及率。3.2.1 DAC0832的结构及工作原理及引脚功能美国国家半导体公司生产的一种8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。下图为其内部的结构图。此系统中DAC0832的寄存器工作方式，输入寄存器直通（直接接低电平），而数据寄存器通过和单片机的P3.6，P3.7口相连，通过程序使单片机控制其选通。当单片机的P0口分别输出0256的数字量时，（二进制数0000000011111111）通过上式可知，DA转换器输出端Iout1输出的电流值范围（）。CS_ 片选使能，低电平芯片使能。 Iout1 模拟输出通道0。 Iout2 模拟输出通道1。 AGND,DGND ,GNN芯片参考0 电位（地）

10、。 DI 数据信号输入，选择通道控制。 DO 数据信号输出，转换数据输出。Rfb为接集成运放的输出内有15k的反馈电阻。 Vcc/VREF 电源输入及参考电压输入（复用） WR1，WR2，XFER分别控制输入寄存器和数据寄存器的选通，从而使芯片有三种输入方式且低电平有效。3.2 UA741电流电压转换模块集成运放对DA转换器的输出电流的转换过程，理想的集成运放的电压增益和输入电阻可以看成无穷大，因此可以用虚断和虚短来分析此转换电路。有下图可知，UA741集成运放器才用双电源供电，DAC0832的Iout1和Iout2分别与集成运放的反向输入端和同向输入端相接。同向输入端和Iout2直接接地，集

11、成运放的输出端直接接DAC0832的9引脚Rfb端。由于Rfb端口有一个15K的电阻直接DA转换器的AGND。因此由集成运放组成的反向比例放大电路，又深度负反馈的原理可知。集成运放的输出电压。3.3.1 UA741集成运放的主要参数 741系列集成运放代表有UA741M，UA741I,UA741C(单运放)是高增益运算放大器，应用范围很广，既可以工业，商业也可以用于军事。这类单片硅集成电路器件可以提供输出短路保护和闭锁自由运作。工作温度最大范围为-55c 125c。下图为其参数3.3.2 UA741 的外形和内部结构 3.3 电流放大模块电流放大电路就是由两个NPN(8050)三极管构成的复合

12、管以驱动直流电机。4 电机控制系统的软件设计#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned intsbit WR2 =P36;sbit XRFR =P37;uchar code a=0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1f,0x20,0x21,0x22,

13、0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28,0x29,0x2a,0x2b,0x2c,0x2d,0x2e,0x2f,0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3a,0x3b,0x3c,0x3d,0x3e,0x3f,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4a,0x4b,0x4c,0x4d,0x4e,0x4f,0x50,0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5a,0x5b,0x5c,0x5d,0x5e,

14、0x5f,0x60,0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6a,0x6b,0x6c,0x6d,0x6e,0x6f,0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7a,0x7b,0x7c,0x7d,0x7e,0x7f,0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9a,

15、0x9b,0x9c,0x9d,0x9e,0x9f,0xa0,0xa1,0xa2,0xa3,0xa4,0xa5,0xa6,0xa7,0xa8,0xa9,0xaa,0xab,0xac,0xad,0xae,0xaf,0xb0,0xb1,0xb2,0xb3,0xb4,0xb5,0xb6,0xb7,0xb8,0xb9,0xba,0xbb,0xbc,0xbd,0xbe,0xbf,0xc0,0xc1,0xc2,0xc3,0xc4,0xc5,0xc6,0xc7,0xc8,0xc9,0xca,0xcb,0xcc,0xcd,0xce,0xcf,0xd0,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0xd5,0xd6,

16、0xd7,0xd8,0xd9,0xda,0xdb,0xdc,0xdd,0xde,0xdf,0xe0,0xe1,0xe2,0xe3,0xe4,0xe5,0xe6,0xe7,0xe8,0xe9,0xea,0xeb,0xec,0xed,0xee,0xef,0xf0,0xf1,0xf2,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfe,0xff ;uchar j=255;void delay(uint m) uchar i; while(m-) for(i=0;i255) j=0;EX1=1;void INT_1()interrup

17、t 2 P0=aj; EX0=0; WR2=0; XRFR=0;delay(5000); j-=20; if(j0) j=255;EX0=1;void main() P2=0x00; P1=0x00; IE=0x85; IT0=1; IT1=1; while(1) 5 直流电机控制系统的PROTELL电路图6 直流电机控制系统的PROTEUS仿真结 论在做这次课程设计的整个过程中，我明白了很多东西，同时也锻炼了动手能力。也许我们理论知识学的还不错，但真正的动起手来，却常常力不从心。从对课题很茫然不知所措，到查阅资料才了解一些。最终在老师的指导下才完成了任务。参 考 文 献1 黄友锐,编著.单片机原理及应用.合肥工业大学出版社.2006.102 彭伟，编著。C语言程序设计实训100例基于8051+proteus仿真3 童诗白，华成英，编著。模拟电子技术基础。高等教育出版社4 阎石 编著。 数字电子技术基础。高等教育出版社。