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1、微机原理及应用课 程 设 计 题 目： 直流电机控制 专 业： 数控技术 班 级： 姓 名： 学号： 成 绩： 年 月 日 目 录第一章 概述 1第二章 直流电机硬件电路设计及描述 22.1直流电机的结构 22.2直流电机的工作原理 22.3电磁关系 22.4直流电机主要技术参数 22.5直流电机的类型 32.6直流电机的特点 3第三章 软件设计流程 33.1程序设计流程图 33.2总电路功能介绍 43.3直流电机转速 43.4电机驱动模块的电路设计 4第四章 源程序 6第五章 总 结12参考文献12第一章 概述 直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发
2、电机)的旋转电机。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。为了推广直流电机在化工领域的使用，由于直流电机的功能已得到很大提 高，因此更为人性化的设计势必在操作和显示方面。直流电机直流电动机调速控 制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进 行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制容易实现
3、，并可通单片机，直 流电机驱动芯片和开关元件来实现，所以本课题采用此法。同时考虑到以前的直 流电机只能通过数码管来进行简单地显示转速，且不能清楚的了解其转向，而 LCD 液晶显示器可以弥补这一点，并且还添加一些更为人性化的提示，这是以 前的数码管所不能代替的，这必将是一个新的趋势。直流电机的主要功能非常广泛，例如：军事 和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得 跟踪等控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，
4、绘图仪，扫描仪，打印机，传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。第二章 直流电机硬件电路设计及描述2.1直流电机的结构NSNSEE直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。2.2直流电机的工作原理NSNSUU直流电机电路模型，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈
5、的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。2.3电磁关系机械负载比较器电磁转矩（拖动转矩）交流电流直流电流反电动势2.4直流电机主要技术参数直流电机的主要额定值有：额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。额定电压Ue：长期运行的最高电压。 额定电流Ie：长期运行的最大电流。额定转速n：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位。 励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。2.5直流电机的类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（
6、将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。2.6直流电机的特点通过电刷间的电流与导体电流的性质不同；通过电刷电流为直流电流，导体电流为交变电流；电枢电势与电流反方向，称为反电势。电磁转矩的方向与电机的转向相同，为驱动转矩。作为电动机运行：在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行：用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。第三章 软件设计流程3.1程序设计流程图 定时中断服务流程图3.2总电路功能介绍直流电机PWM调制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止
7、控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。3.3直流电机转速直流电机的数学模型可用下图表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反，是制动转矩。直流电机的数学模型根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1.1： U=Ea-Ia（Ra+Rc）式1.1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路
8、串联保绕阻与电刷接触电阻的总和；Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。由此可得到直流电机的转速公式为： n =Ua-IR/Ce 式1.2中，Ce为电动势常数，是磁通量。由1.1式和1.2式得 n =Ea/Ce 由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。3.4电机驱动模块的电路设计根据直流电机的工作原理，选取元器件如下，放置元器件、放置电源和地连线，我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图所示 2SK1058 : CMOSS管 74
9、L26 : 三太门 1N4006 : 二极管 VSCOURCE : 电源 MOTOR-ENCODER : 直流电机 RES : 电阻 AT89C51 : 单片机 (在此并未显示)直流电机驱动电路 然而考虑市场的行情，既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片，就没必要再从新来设计；选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟上图一样。所用元器件如下所示： 1N4006 : 二极管 AT89C51 : 单片机 (在此并未显示) RES : 电阻 MOTOR-ENCODER : 直流电机 L298 : 电机驱动芯片 RESPACK-8: 排阻 显示程序流程图第四章 源程序ORG 0000H SJMP DIS
10、PLAY ORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中断入口地址 ORG 000BH LJMP DINGSHI ; 定时中断T0入口地址 RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.4 ORG 0030H ; 此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的 ; 显示程序为主程序DISPLAY: SETB EA ; 打开中断总开关 SETB EX0 ; 打开外部中断0开关 SETB IT0 ; 打开外部中断0下降沿触发 MOV TMOD,#01H ; 设置定时工作方式 MOV TL0,#0FFH ; 设置定时初值 MOV TH0,#0FFH SETB ET0 ; 打开定时
11、中断T0开关 CLR P0.5 CLR P0.6 CLR P0.7 SETB TR0 ; 定时器T0开始定时 MOV DPTR,#TAB ; 夜晶显示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脉宽的初值 MOV R1,#16 ; SET SPEED PLEASE的字符个数 MOV R3,#00H MOV R4,#00H LP9: LCALL CHUSHI LP2: ACALL BUSY MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS INC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4 CJNE R4,#00H,LP4
12、 SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中断的标志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符个数 ACALL BUSY MOV P1,#0C0H ACALL ENABLE MOV DPTR,#MMTAB ACALL BUSY LP5: MOV A,#00H MOVC A,A+DPTR MOV P1,A INC DPTR ACALL DATAS ACALL BUSY DJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STAB MOV A,R2 MOV P1,A ACALL DATAS ACALL BUSY MOV A,R3 ; 显示速度的十位 MOVC A,A+DPTR
13、 MOV P1,A ACALL DATAS ACALL BUSY MOV A,R4 ; 显示速度的个位 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS ; 使夜晶始终显示当前电机的速度 LP8: CJNE R7,#00H,LP7 ; 速度不变时等待 LJMP LP8 ; 速度变时重新读入速度 LP7: SJMP LP4 CHUSHI: ; 使夜晶显示的一些初始设置 ACALL BUSY MOV P1,#00000001B ; 清屏并光标复位 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00111000B ; 设置显示模式:8位2行5x7点阵 ACALL
14、 ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00001111B ; 显示器开、光标开、光标允许闪烁 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00000110B ; 文字不动，光标自动右移 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#80H ; 写入显示起始地址 ACALL ENABLE RET ENABLE: ; 写入控制命令的子程序 SETB E CLR RS CLR RW CLR E RET DATAS: ; 写入数据子程序 SETB E SETB RS CLR RW CLR E RET BUSY: ; 准备写入数据 CLR E MOV
15、 P1,#0FFH CLR RS SETB RW SETB E JB P1.7,BUSY RET ORG 2000HDINGSHI: ; 定时中断服务程序 CPL P0.7 JNB P0.7,Z1 ; 周期一定 MOV A,#0FFH SUBB A,R0 MOV TH0,A SETB TR0 RETI Z1: MOV TH0,R0 ; 脉宽 SETB TR0 RETI BUTTON: ; 从控制键盘中读取操作命令 PUSH ACC CLR EX0 CLR EA INC R7 ; MOV A,#0FFH MOV P2,A MOV A,P2 JNB ACC.0,AA0 JNB ACC.1,KK0
16、JNB ACC.2,ZZ JNB ACC.3,FF JNB ACC.4,WW0 AJMP QQ AA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作 AJMP QQ AA1: MOV A,R0 ADD A,#5 MOV R0,A AJMP QQ KK0: CJNE R0,#00,MM ; 减速操作 AJMP QQ MM: MOV A,R0 SUBB A,#5 MOV R0,A AJMP QQ QQ: MOV A,R0 MOV B,#5 DIV AB MOV B,#10 DIV AB MOV R3,A MOV R4,B SETB EX0 LCALL DELAY LCALL DELAY L
17、CALL DELAY LCALL DELAY SETB EA POP ACC RETI ZZ: SETB P0.5 ; 正转操作 CLR P0.6 MOV R2,#2BH ; 正转标志 + LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI FF: CLR P0.5 ; 反转操作 SETB P0.6 MOV R2,#2DH ; 反转标志 - LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI WW0: CLR P0.5 ; 停止操作 C
18、LR P0.6 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI DELAY: ; 延时子程序 MOV R5,#0E0H MM0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1 DJNZ R5,MM0 RET TAB: DB 53H,45H,54H,20H DB 53H,50H,45H,45H ; SET SPEED PLEASE 代码 DB 44H,20H,50H,4CH DB 45H,41H,53H,45H STAB: DB 30H,31H,32H,33H DB 34H,35H,36H,37H ;
19、 0,1,2,3,4,5,6,7 代码 DB 38H,39H,41H,42H ; 8,9,A,B,C,D,E,F DB 43H,44H,45H,46H MMTAB: DB 43H,4FH,52H,52H DB 45H,4EH,54H,20H ; CURRENT : 代码 DB 3AH END 原理图 系统仿真第五章 总 结这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的不怎么牢固，看到了自己的实践经验更是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节
20、,是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程. 此次拔河游戏机课程设计，我仍体会颇深。从中学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们不少的心血。无论如何，就当它是一次数电的复习课吧！同时也作了一次很好的复习！感激学校让我有这次学习设计的机会，让我受益匪浅，这次学习对于我们没有真正实践经验的同学来说，绝对是一次成长的机会。参考文献1 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社；2 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；3 51系列单片机及C51程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社；4 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社
