微机原理课程设计电机调速系统设计.docx

1、微机原理课程设计 电机调速系统设计北华大学课程设计报告 课程名称：微型计算机原理与接口技术 课设题目：微机控制直流脉宽调速系统设计 班 级：通信 10-1 学 号：16 姓 名：孙 鹏 指导教师：张 锡 鹤目 录一、设计题目介绍 1二、调速系统框图设计 3三、系统相关芯片介绍 4四、A/D转换设计 5五、显示和报警设计 6六、系统软件设计 8七、实习心得 13参考文献 14一、设计题目介绍 设计题目：微机控制直流脉宽调速系统设计 设计目的1) 掌握8088CPU最小总线模式下设计“计算机控制系统”软件的方法；2) 掌握微机控制直流脉宽调速系统的设计方法和思想；3) 掌握一般性系统的设计流程与调

2、试技巧。 设计要求1) 根据设计的技术要求，制定总体设计方案；2) 绘制软件流程图总图；3) 绘制软件各模块流程图；4) 编写源程序；5) 上机用Emu8086软件调试程序；6) 编写设计报告。 设计数据1) 微机直流电动机参数a. 额定工作电压12Vb. 额定工作电流2Ac. 额定转速500V/mind. 内电阻1欧姆e. 过载倍数2.5f. 电动机单向运行（无符号运算）2) 转速给定电压05V3) 三位LED数码管显示实际转速4) 主电路采用脉宽电路设计，要求脉宽调制周期为10ms5) 当电机电流5A时，自动关闭主电路电源，同时发出声光报警信号 设计原理脉宽调制技术是利用数字输出对模拟电路

3、进行控制的一种有效技术，尤其是在对电机的转速控制方面，可大大节省能量，PWM控制技术的理论基础为：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。二、调速系统框图设计图2.1技术参数：1) ADC0809芯片的起始地址为00H，使用IN0、IN1通道，最大输入电压为+5V；2) 8255芯片的起始地址为08H，PA口、PB0、PB1、PB2用于控制三位数码管显示电动机的转速。PC0为PWM输出控制；PC1

4、用于电动机过电流报警，PC2为使能端，低电平有效；PC3为电动机的启动/停止运行的控制。PC3低电平停止运行，高电平启动电动机运行。数码管采用动态显示方式工作，最大显示循环周期为30ms；3) PWM调制信号的变化范围为20%80%，PWM信号的工作周期时间为10ms；4) LED显示器为三只共阴极绿色数码管，驱动器为“同相驱动”；5) 计算机内存地址分为两大部分：00000H01FFFH、FF800HFFFFFH；6) 8088CPU时钟频率为4MHz。补充知识：电动机转速计算公式： 式中：UPWM电压变换器输出电压（V）；I电枢电流（A）；R电机内阻（1）；Ce常数大约为0.25。3、系统

5、相关芯片介绍第三代CPU8088微处理器，8088为40条引线、双列直插式封装，8088有最小组态（单微处理器组成的小系统）和最大组态（多处理器系统）两种工作模式，大部分引脚在两种组态下功能是一样的，只有8根引脚的名称及功能不同（24脚31脚）。由于在本次课程设计中，8088工作于最小组态，所以在引脚功能介绍时，为了突出重点我们只介绍最小模式的引脚功能。1) 引脚功能a. AD7AD0：8位地址/数据总线，分时复用、双向、三态。b. A15A8：地址线，三态输出。c. A19/S6A16/S3：地址/状态线，分时复用、输出、三态。d. NMI：不可屏蔽中断申请信号，输入、上升沿有效。不可屏蔽中

6、断申请不受中断允许标志IF的影响。e. INTR：可屏蔽中断申请信号，输入、高电平有效。受CPU内部中断允许标志位的控制。f. RESET：复位信号，输入、高电平有效。g. READY：准备就绪信号，输入、高电平有效。h. TEST：测试信号，输入、低电平有效。i. MN/MX：最小/最大工作模式控制信号，输入。当MN/MX接高电平时，则CPU工作在最小模式。当MN/MX接低电平时，则CPU工作在最大模式。j. IO/M：输入/输出/存储器控制信号，三态。k. WR：写信号输出，三态。l. DT/R：数据传送方向控制信号，三态。m. DEN：数据允许信号，三态。n. ALE：地址锁存信号，三态

7、输出，高电平有效。o. RD：读选通信号，三态输出，高电平有效。p. INTA：中断响应信号输出，低电平有效。q. HOLD：总线保持请求信号，输入。当8088系统中CPU之外的另一个主模块要求选用总线时，通过该信号向CPU发出一个高电平的总线保持请求信号。r. HLDA：总线保持响应信号，输出。当CPU接收到HOLD信号后，便发出高电平有效的HLDA信号给以响应，此时，CPU让出总线控制板，发出HOLD请求总线主设备获得总线的控制权。2) 8088最小总线模式如下图2所示：图3.1 8088最小模式典型的系统主要由8088CPU时钟发生器8284、地址锁存器8282及数据总线收发器8286组

8、成。由于地址与数据、状态线分时复用，系统中需要地址锁存器。地址锁存信号ALE控制8282的STB，用8282锁存器产生地址总线；用8286收发器产生缓冲的数据总线。8088的DEN信号作为8286的输出允许信号面，仅当DEN为低电平时，允许数据经8286进行传送；8088的DT/R信号用来控制数据传送的方向，接至8286的引脚T。当DT/R1时，CPU向数据总线发送数据，当DT/R0时，则CPU接收来自系统总线上的数据。数据线连至内存及I/O接口，需用数据总线收发器作驱动。在最小组态时，系统总线可分为几个基本部分：地址总线、数据总线、控制与状态信号、中断与DMA信号。四、A/D转换设计ADC0

9、809 为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应一般的模拟量转换要求。8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，图3为通道选择表。内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟电压输入在05V之间。 图4.1 转换通道 图4.2 引脚说明IN7IN0 模拟量输入通道。ALE 地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入地址锁存器中。START 转换启动信号。START

10、上升沿时，复位ADC0809；START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换。A、B、C 地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA，ADDB和ADDC。CLK 时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。EOC 转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0 数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D0为最低位，D7为最高OE 输出允许信号。用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输出数据线呈高

11、阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。Vref 参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V)。5、显示和报警设计8255是Intel公司生产的可编程并行I/O接口芯片，有3个8位并行I/O口。具有3个通道3种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。8255作为主机与外设的连接芯片，必须提供与主机相连的3个总线接口，即数据线、地址线、控制线接口。同时必须具有与外设连接的接口A、B、C口。由于8255可编程,所以必须具有逻辑控制部分，因而8255内部结构分为3个部分：与CPU连接部分、与外设

12、连接部分、控制部分。1) 引脚功能说明a. RESET:复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。b. CS:芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯;/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输.c. RD:读信号线，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/RD产生一个低脉冲且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。d. WR:写入信号，当这个输入引脚为低跳变沿时,即/WR产生一个低脉冲且/CS=0时,允许CPU将

13、数据或控制字写入8255。e. D0D7:三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU 执行输入输出令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。 2) 8255三种方式下工作a. 方式0基本输入输出方式；b. 方式1选通输入/出方式；c. 方式2双向选通输入/输出方式。3) 8255的A1、A0选择a. 当A1=0,A0=0时，PA口被选择；b. 当A1=0,A0=1时，PB口被选择；c. 当A1=1,A0=0时，PC口被选择；d. 当A1=1.A0=1时，控制寄存器被选择。4) 8255接线图 图5.15) 数码管显示由74LS244根据控制信号的

14、状态，将总线上地址代码暂存起来。74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS244没有锁存的功能。A口控制段选，74LS244驱动三位一体数码管显示输出电机实际转速；B口控制位选，使数码管工作。如下图所示：图5.2 当电流超过额定电流时，8088软件编程控制8255C口工作输出，三极管导通，进而使蜂鸣器发出声响，发光二极管工作发光。利用8255的A口作为输出口，接74LS244控制数码管段选，B口输出控制三个数码管位选，来实现电机转速的大小显示。利用C口控制报警电路，由74LS244根据控制信号的状态，将总线上地址代码暂存起来。74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器

15、。74LS244没有锁存的功能。A口控制段选，74LS244驱动三位一体数码管显示输出电机实际转速；B口控制位选，数码管显示电机转速；而当电流大于额定电流时，蜂鸣器响，发光二极管发光，完成报警工作。6) 电流检测器电流检测模块由LEM检测电流信号是否大于给定的5A，如果电流大于5A，则向0809传输信号，经过模数转换，给处理器传送信号，继而通知8255做出报警动作。六、系统软件设计 软件流程图 编写源程序DSEG SEGMENT ;数据段定义TABLE DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H, 7FH, 6FH ;数码管的显示数表0-9DSEG EN

16、DSCSEG SEGMENT ;代码段定义 ASSUME CS:CSEG DS:DSEGSTART: MOV AX, DSEG MOV DS, AX MOV AX, 0FF80H ;设置内存的基地址 MOV ES, AX LEA SI, TABLE ;取数据段偏移地址 MOV CX, 03H ;定义数码管循环显示 MOV AL, 88H ;8255初始化 OUT 0BH, AL ;写8255控制寄存器L1: IN AL, 0AH ;判断PC6、PC7是否有效 MOV BL, C0H AND AL, BL CMP AL, BL JNE L1 MOV AL, 80H ;ADC0809IN0输入 O

17、UT 00H, AL CALL DELAY0 IN AX, 00H MOV BX, 320 ;占空比计算 CWD DIV BX MOV DX, AX MOV AL, 00000001B ;PC0输出高电平 OUT 0BH, AL CALL DELAY_DUTY MOV AL, 00000000B OUT 0BH, AL IN AL, 0AH ;判断PC6、PC7是否有效 MOV BL, C0H AND AL, BL CMP AL, BL JNE L1 MOV AL, 80H ;ADC0809IN1输入 OUT 01H, AL CALL DELAY0 IN AX, 01H XCHG AX, BX

18、 MOV AX, 2 CMP BX, AX ;比较IN1的输入值 JNC L2 MOV AL, 00000010B ;PC1 = 0 OUT 0BH, ALL2: MOV AL, 00000011B ;PC1 = 1 报警 OUT 0BH, AL XCHG AX, BX IN1 ;输入的值转换为转速n XCHG AX, DX MOV BL, 12 MUL BL SUB AX, DX SHL AX, 2 MOV BL, 10 DIV BL MOV DI, 0 MOV ES:DI, AH ;取n的个位 MOV AH, 0 DIV BL MOV ES:DI+1, AH ;取n的十位 MOV AH,

19、0 DIV BL MOV ES:DI+2, AH ;取n的百位 MOV BL, 03H ;判断显示循环是否为三次 CMP BL, CL MOV AL ,CL JE L3 OUT 09H, ALL3: MOV AL, 04H OUT 09H, AL ADD DI, CX ;显示第i位 MOV BX, ES:DI ADD SI, BX MOV AL, SI OUT 08H, AL DEC CX JNE L4 MOV CL, 03HL4: CALL DELAY_ADJ JMP L1DELAY0 PROC ;延时大约500us PUSH CX MOV CX, 0800HL5: LOOP L5 POP

20、CX RETDELAY0 ENDPDELAY_DUTY PROC ;高电平持续时间 PUSH CX MOV BL, DL MOV AX, 0FA0H CWD MUL BL MOV CX, AXL6: LOOP L6 POP CX RETDELAY_DUTY ENDPDELAY_ADJ PROC ;调节延时使程序执行周期大约为10ms PUSH CX MOV CX, L7: LOOP L7 POP CX RETDELAY_ADJ ENDP MOV AH, 4CH INT 21HCSEG ENDS END START七、实习心得通过本次微机电机调速控制系统课程设计，对微机原理与接口技术有了更深层次

21、的理解，进一步加强了微机8088指令系统的学习。设计过程中遇到很多问题，通过老师的指导和同学之间的交流，解决了很多问题以及扩展了思路。同时，更加全面的了解ADC0809的应用和8255可编程并行接口，对以后课程的学习起到承上启下的作用。最后，感谢老师的一直陪伴，谢谢老师的指导！参考文献1冯博琴，吴宁. 微型计算机原理与接口技术. 北京：清华大学出版社，20112 康华光. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，20073 康华光. 模拟电子技术基础. 北京：高等教育出版社，20084 姜学军. 计算机控制系统. 北京：清华大学出版社，20035 杨小川. Protel DXP设计指导教程. 北京：清华大学出版社，2003