計算機控制技術(shù)課程設(shè)計---直流電機pwm調(diào)速系統(tǒng)

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文檔簡介

1、　　計算機控制技術(shù)課程設(shè)計　　題目：直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)　　專業(yè)： 08自動化01班　　姓名： 　　學(xué) 號： <b

2、>　　指導(dǎo)老師： 　　2011年12月27日　　目錄　　目錄- 1 -　　摘要- 2 -　　1、設(shè)計目的1&

3、lt;/p>　　2、設(shè)計功能、要求1　　3、硬件設(shè)計1　　3.1、原理圖設(shè)計1　　3.2、器件清單2　　3.3、各元器件作用說明2　　3.4、工作過程說明

4、2　　4、軟件設(shè)計3　　4.1、設(shè)計思路3　　4.2、工作原理圖4　　4.3、流程圖4　　4.4、程序清單4<p

5、>　　5、仿真結(jié)果9　　5.1、仿真環(huán)境說明9　　5.2、程序編譯結(jié)果9　　5.3、軟件仿真結(jié)果9　　5.4、仿真結(jié)果說明12　　6、設(shè)計總結(jié)12</

6、b>　　7、參考文獻12　　摘要　　本設(shè)計主要是利用AT89C51單片機設(shè)計直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)(脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator)，系統(tǒng)同時帶有模擬測速功能。利用匯編語言編寫程序，通過Proteu

7、s軟件進行仿真驗證設(shè)計。設(shè)計中還用到了外部晶振、六位LED數(shù)碼管作為速度顯示，外接四個按鍵作為功能設(shè)定。按下啟動按鍵進入啟動顯示、調(diào)速系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，按下正轉(zhuǎn)功能鍵，電機正轉(zhuǎn)；按下反轉(zhuǎn)功能鍵，電機反轉(zhuǎn)；按下停止功能鍵，電機由自身阻力減速到停止，這時會停止顯示，顯示屏熄滅，系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，如果按下啟動按鍵將重新啟動。經(jīng)過一系列的測試驗證，設(shè)計能滿足各項要求，經(jīng)過長時間的運行測試程序都能正常地運行，沒出現(xiàn)錯誤?？蓱?yīng)在實際中應(yīng)用，能滿足日

8、常直流電機的調(diào)速。　　關(guān)鍵字單片機；直流電機；PWM調(diào)速；　　直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)　　1、設(shè)計目的　　利用單片機設(shè)計直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)，加深對以單片機為代表的計算機控制技術(shù)的熟悉程度，把學(xué)習(xí)到的理論知識應(yīng)用到實際中，把單片機

9、的知識系統(tǒng)地聯(lián)系起來，增強動手能力，為以后的設(shè)計、工作做準備。也是對這學(xué)期計算機控制的學(xué)習(xí)的一次檢驗。　　2、設(shè)計功能、要求　　占空比采用可調(diào)電阻輸入模擬電壓，或撥碼開關(guān)的方式輸入；驅(qū)動電路可用達林頓晶體管驅(qū)動器ULN2803；檢測電機轉(zhuǎn)速，并顯示（用壓控振蕩器（可用555電路構(gòu)成）來模擬直流電機的運行, 對壓控振蕩

10、器輸出的脈沖進行計數(shù)，可換算出轉(zhuǎn)速）；在Proteus下仿真。　　3、硬件設(shè)計　　3.1、原理圖設(shè)計　　原理圖的設(shè)計主要的問題是一些器件的選用，其中以振蕩器的選用最為繁瑣，因為對很多器件不時十分熟悉，接硬件電路的時候會遇到很多的小問題，一

11、般只能從網(wǎng)上查找答案，或者是不斷地嘗試，嘗試每個接口應(yīng)該怎樣接，結(jié)合平時的經(jīng)驗以及器件的一些共通點。硬件原理圖如下：　　3.2、器件清單　　3.3、各元器件作用說明　　電容C2, C3以及晶振CRYSTAL用來為單片機提供外部晶振。

12、　撥碼開關(guān)用于輸入占空比，可以提供8位二進制精度的輸入。　　電機驅(qū)動電路上的晶體管用于控制電機的正反轉(zhuǎn)通電方向。　　顯示屏D1用于顯示模擬測量的電機轉(zhuǎn)速，與占空比輸入成一定的關(guān)系。　　“啟動”按鍵用來啟動系統(tǒng)，使系統(tǒng)進入等待狀態(tài)，顯示屏顯示“0000P”，等待“正轉(zhuǎn)”或者“反轉(zhuǎn)”按鍵按下；按下“正轉(zhuǎn)”按鍵后，電機

13、開始以占空比設(shè)定的正脈沖時間進行正向轉(zhuǎn)動，占空比設(shè)定越大轉(zhuǎn)速越快，反之，則越?。话聪隆胺崔D(zhuǎn)”即電機反方向轉(zhuǎn)動。 “停止”按鍵用來停止電機的通電以及顯示屏的顯示，按下“停止”按鍵后，電機將按自身慣性滑行，顯示屏則熄滅，無顯示內(nèi)容。　　3.4、工作過程說明　　正轉(zhuǎn)：啟動系統(tǒng)，按下“啟動”按鍵后，顯示屏顯示“0000P”，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，電機未通電；按下“正

14、轉(zhuǎn)”按鍵后，電機開始正向轉(zhuǎn)動，顯示屏也會顯示采集到的脈沖對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，但由于電機啟動到設(shè)定的轉(zhuǎn)速需要一定的時間，所以電機上自帶的轉(zhuǎn)速表并不會馬上顯示到設(shè)定速度，但顯示屏由于是測量輸出脈沖的，所以一開始顯示的就是設(shè)定速度。　　反轉(zhuǎn)：啟動系統(tǒng)，按下“啟動”按鍵后，顯示屏顯示“0000P”，系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，電機未通電；按下“反轉(zhuǎn)”按鍵后，電機開始反方向轉(zhuǎn)動，情況基本上和正轉(zhuǎn)的一樣，就是電機速度顯示會是

15、負的。　　停止：系統(tǒng)處于“等待”、“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”狀態(tài)時按下“停止”按鍵，電機即停止通電、顯示屏熄滅，電機自由滑動到停止。　　占空比調(diào)整：只需將撥碼開關(guān)撥到高電平或者低電平一側(cè)上，即能組成8位二進制精度的占空比輸入，調(diào)節(jié)可在任何時候，只要啟動電機即可生效。　　4、軟件設(shè)計&

16、lt;/p>　　4.1、設(shè)計思路　　總思路是利用功能性子程序的方法，將系統(tǒng)分開不同的功能，分別利用子程序來完成，這樣可以方便調(diào)試，思路也可以很清晰。　　主程序主要是判斷“啟動”、“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”功能鍵的按下與否，其它的事務(wù)調(diào)用子程序完成即可，主程序大部分都是在調(diào)用子程序。<

17、;/p>　　初始化子程序完成初始化功能，將各數(shù)據(jù)寄存器清零，將顯示碼表的首地址賦給DPTR指針，開定時器0、外中斷1以及計數(shù)器1，設(shè)定相應(yīng)的設(shè)置。　　速度脈沖采集子程序完成速度的采集，此程序是參考書本上第九章的速度測量表設(shè)計的，通過探測P3.3的脈沖周期，在一個周期內(nèi)讀入外中斷1口上的脈沖個數(shù)，用來作為速度顯示。　　速度計算子

18、程序完成速度數(shù)據(jù)的存儲以及0速度時的賦值，原本想利用一除法程序來完成速度的計算的，但由于比較復(fù)雜，而且時間上也不允許，所以最后唯有用比較簡單的模擬方法模擬速度的測量，其原理是一樣的，只是沒對采集到的脈沖進行處理，直接用來顯示，基本能滿足模擬的要求。　　顯示子程序?qū)崿F(xiàn)速度數(shù)值的顯示，由于是動態(tài)顯示，所以要不斷地執(zhí)行顯示程序，而且很容易就會出現(xiàn)閃爍，一開始想用靜態(tài)顯示的，但由于靜態(tài)顯示用到的鎖存器較

19、多，而且對動態(tài)顯示已經(jīng)非常熟悉，所以最后就用了動態(tài)顯示，也是對以前學(xué)單片機的復(fù)習(xí)吧。　　定時器0中斷子程序起到最主要的作用——電機控制脈沖的輸出，定時時間為1ms，將這1ms分成255個時間段，按占空比設(shè)定的比值輸出相應(yīng)時間的正脈沖、負脈沖，控制電機的速度，由于電機的速度只是與占空比有關(guān)系，定時器的定時時間長短并不影響電機轉(zhuǎn)速的控制。　　延時子程序用于顯

20、示子程序的位與位之間的顯示延時，讓每一位都顯示一定的時間，以讓人眼能察覺。　　4.2、工作原理圖　　4.3、流程圖　　啟動鍵按下？ &

21、lt;p>　　是 　　正轉(zhuǎn)按鍵按下？ 　　否

22、 　　反轉(zhuǎn)按鍵按下？ 　　否

23、 　　停止按鍵按下？ 　　否 　　4.4、程序

24、清單　　SPEED1 EQU 0031H ;速度高位　　SPEED EQU 0032H ;速度低位　　DUTY EQU 0033H ;占空比存儲數(shù)據(jù)，正脈沖時間　　DUTYN EQU 0034H

25、;占空比存儲數(shù)據(jù)，負脈沖時間　　DISDATA EQU 0035H ;高八位顯示數(shù)存儲　　DISDATA2 EQU 0036H ;低八位顯示數(shù)存儲　　ORG 0000H　　AJMP MAIN　　OR

26、G 000BH ;定時器0中斷入口　　AJMP SBR1　　;====================主程序========================================　　ORG 0100H　　MAIN: CL

27、R EA ;停止按鍵按下后關(guān)所有中斷　　MOV P3,#0FFH ;輸出停止控制字　　MOV P2,#0　　WAIT: JNB P2.4,WAIT ;等待啟動按鍵按下　　BEGIN: ACALL START

28、 ;初始化　　LOOP: DJNZ 37H,SPE　　MOV 37H,#50　　ACALL GET ;速度脈沖采集　　ACALL CAL ;速度計算　　SPE:

29、ACALL DIS ;速度顯示　　JNB P2.5,M1 ;正轉(zhuǎn)按鍵轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)　　SETB 01H ;置正轉(zhuǎn)標志位　　CLR 02H ;清反轉(zhuǎn)標志位　　AJMP HERE

30、　　M1: JNB P2.6,HERE ;　　SETB 02H ;置反轉(zhuǎn)標志位　　CLR 01H ;清正轉(zhuǎn)標志位　　HERE: JB P2.7,MAIN ;停止按鍵按下，返回判斷啟動是否按下

31、　　AJMP LOOP　　;==========初始化子程序=============================================　　START: MOV DPTR,#TAB ;　　MOV DUTY,#0　　MOV DUT

32、YN,#0　　MOV A,#0　　MOV R0,#0　　MOV R1,#0　　MOV R2,#0　　MOV R3,#0　　MOV R4,#

33、0　　MOV 20H,#0　　MOV 37H,#50　　MOV SPEED,#0　　MOV SPEED1,#0　　MOV DISDATA,#0　　MOV DISDATA2,#0

34、　　MOV IE,#82H ;定時器0允許，中斷允許　　MOV TMOD,#11010001B ;設(shè)定時器0為定時，計數(shù)器1計數(shù)，門控位為1　　MOV TL0,#0CH ;定時1ms　　MOV TH0,#0FEH</p

35、>　　SETB TR0　　SETB PT0　　SETB ET1 ;開定時器1　　SETB PT1 ;設(shè)優(yōu)先級<

36、b>　　RET　　;===========速度脈沖采集子程序=======================================　　GET: MOV TL1,#0　　MOV TH1,#0　　JB P3.3,GE1<

37、/p>　　AJMP GRE　　GE1: JB P3.3,GE1 ;　　SETB TR1 ;　　GE2: JNB P3.3,GE2　　GE3: JB

38、 P3.3,GE3　　CLR TR1 ;　　MOV SPEED,TL1 ;低位　　MOV SPEED1,TH1 ;高位 　　GRE: RET&

39、lt;p>　　;==========速度計算子程序============================================　　CAL: MOV R6,SPEED ;速度脈沖數(shù)低位　　MOV R7,SPEED1 ;速度脈沖數(shù)高位　　CJNE R6,#0,CAL

40、3 ;速度為零時　　CAL3: CJNE R7,#0,CAL1 ;　　MOV DISDATA,#0 ;存儲顯示高位，賦零　　MOV DISDATA2,#0 ;存顯示低位　　AJMP CRE&l

41、t;/p>　　CAL1: MOV DISDATA,SPEED1 ;存儲顯示高位　　MOV DISDATA2,SPEED ;存顯示低位 　　CRE: RET　　;=============顯示子程序===========

42、=================================　　DIS: MOV R2,#8 ;位選碼　　MOV A,DISDATA　　SWAP A ;顯示高八位數(shù)據(jù)的高四位　　ANL A,#0FH

43、;　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV P2,R2　　MOV P0,A　　ACALL DELAY　　INC R2　　MO

44、V A,DISDATA ;顯示高八位的低四位　　ANL A,#0FH　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV P2,R2　　MOV P0,A　　ACALL DELAY<

45、/p>　　INC R2　　MOV A,DISDATA2 ;　　SWAP A ;顯示低八位數(shù)據(jù)的高四位　　ANL A,#0FH　　MOVC A,@A+DPTR</p&

46、gt;　　MOV P2,R2　　MOV P0,A　　ACALL DELAY　　INC R2　　MOV A,DISDATA2 ;顯示低八位的低四位</p&

47、gt;　　ANL A,#0FH　　MOVC A,@A+DPTR　　MOV P2,R2　　MOV P0,A　　ACALL DELAY　　INC R

48、2　　MOV P2,R2　　MOV P0,#73H ;顯示P　　ACALL DELAY　　DRE: RET　　;=============定時器0中斷子程序================

49、====================== 　　SBR1: JB 01H,RIGHT ;正轉(zhuǎn)標志位置一轉(zhuǎn)到正轉(zhuǎn)　　JB 02H,LEFT　　AJMP SRE ;如果正反轉(zhuǎn)都沒按下，即無動作返回　　RIGHT: MOV A,R0 ;

50、正轉(zhuǎn)　　JZ RIS1　　SETB P3.0 ;輸出反轉(zhuǎn)正脈沖控制字　　CLR P3.1　　DJNZ R0,SRE ;定時次數(shù)未夠轉(zhuǎn)到S2<

51、p>　　RIS1: MOV A,R1　　JZ RS5　　SETB P3.1 ;輸出反轉(zhuǎn)負脈沖控制字 　　DJNZ R1,SRE ;輸出負脈沖次數(shù)未夠轉(zhuǎn)S2繼續(xù)輸出，夠即重新賦值到R0,R1

52、　RS5: MOV P1,#0FFH　　MOV A,P1　　CJNE A,DUTY,RS4 ;判斷讀入數(shù)據(jù)與上一次是否相同　　AJMP RS3　　RS4: MOV DUTY,A

53、 ;存正脈沖數(shù)值　　MOV A,#0FFH　　CLR C　　SUBB A,DUTY　　MOV DUTYN,A ;存負脈沖數(shù)值 　　RS3: MOV R0,DUTY&l

54、t;/p>　　MOV R1,DUTYN　　AJMP SRE　　LEFT: MOV A,R0 ;反轉(zhuǎn)　　JZ LS1　　SETB P3.1

55、 ;輸出反轉(zhuǎn)正脈沖控制字　　CLR P3.0　　DJNZ R0,SRE ;定時次數(shù)未夠轉(zhuǎn)到S2　　LS1: MOV A,R1　　JZ LS5<p

56、>　　SETB P3.0 ;輸出反轉(zhuǎn)負脈沖控制字 　　DJNZ R1,SRE ;輸出負脈沖次數(shù)未夠轉(zhuǎn)S2繼續(xù)輸出，夠即重新賦值到R0,R1　　LS5: MOV P1,#0FFH　　MOV A,P1<p&

57、gt;　　CJNE A,DUTY,LS4 ;判斷讀入數(shù)據(jù)與上一次是否相同　　AJMP LS3　　LS4: MOV DUTY,A ;存正脈沖數(shù)值　　MOV A,#0FFH　　CLR C</b&g

58、t;　　SUBB A,DUTY　　MOV DUTYN,A ;存負脈沖數(shù)值 　　LS3: MOV R0,DUTY　　MOV R1,DUTYN　　SRE: MOV TL0,#0CH ;重新賦初值，定時1m

59、s　　MOV TH0,#0FEH　　RETI　　;=========延時子程序================================================　　DELAY:MOV 60H,#30

60、;　　D2: MOV 61H,#20　　D1: DJNZ 61H,D1　　DJNZ 60H,D2　　RET　　;=============共陽八段顯示碼=========================

61、================　　TAB:　　DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H ; [0-7]共陰　　DB 7FH,6FH,77H,7FH,39H,3FH,79H,71H

62、 ; [8-F]　　DB 73H ; P　　END　　5、仿真結(jié)果　　5.1、仿真環(huán)境說明&

63、lt;/p>　　仿真環(huán)境為：Microsoft windows XP操作系統(tǒng)下利用PROTEUS軟件中的智能原理圖輸入系統(tǒng)進行仿真。　　5.2、程序編譯結(jié)果　　程序編譯直接利用PROTEUS軟件自帶的編譯器，編譯結(jié)果如下圖：　　5.3、軟件仿真結(jié)果<p&g

64、t;　　在單片機中裝入編譯好的程序后開始仿真。 　　啟動狀態(tài)：　　正轉(zhuǎn)狀態(tài)：　　正轉(zhuǎn)狀態(tài)　　反轉(zhuǎn)狀態(tài)：

65、;　　停止狀態(tài)：　　5.4、仿真結(jié)果說明　　按鍵的識別需要一定的時間，尤其是“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”三個按鍵，需要等待系統(tǒng)識別后再松開，否則可能會導(dǎo)致不能實現(xiàn)該功能。　　由于顯示屏沒設(shè)定符號顯示標志，所以正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速顯示都是一個樣，當然，可以通過電機

66、自帶的轉(zhuǎn)速表去驗證正反轉(zhuǎn)功能是否實現(xiàn)。　　6、設(shè)計總結(jié)　　本次設(shè)計是對這一學(xué)期來微型計算機控制技術(shù)的學(xué)習(xí)的一次總體應(yīng)用，本次設(shè)計的實用性很強，設(shè)計成果只需稍作完善就可以在生活實際中應(yīng)用，當然社會上這方面的技術(shù)已經(jīng)很成熟。本設(shè)計使我獲益良多，對以后在實際中的應(yīng)用提供了很好的經(jīng)驗。

67、;　　7、參考文獻　　[1]周美娟、肖來勝.《單片機技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計》 [M].清華大學(xué)出版社.2007.　　[2]潘新民、王燕芳.《微型計算機控制技術(shù)》 [M].電子工業(yè)出版社.2010.　　[3]于海生等.《微型計算機控制技術(shù)》[M].清華大學(xué)出版社.1999.3<

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