1、廣東工業(yè)大學華立學院 課 程 設 計（論文）課程名稱微機原理與單片機技術綜合設計與實踐 題目名稱 基于7290單片機的直流電機控制 學生系部 機電與信息工程學部 專業(yè)班級 11自動化1班 學號 12041101015 學生姓名 林子杰 指導教師 王 赟 2014年06月8日廣東工業(yè)大學華立學院課程設計（論文）任務書題目名稱基于7290單片機的直流電機控制學系學部機電與信息工程學部專業(yè)班級11自動化1班姓 名林子杰學 號12041101015一、課程設計（論文）的內(nèi)容 直流電機就是將直流電能轉(zhuǎn)換成機械能(直流電動機)或?qū)C械能轉(zhuǎn)換成直流電能(直流發(fā)電機)的旋轉(zhuǎn)電機。直流電機的結(jié)構(gòu)應由定子和轉(zhuǎn)子兩

2、大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。為了推廣直流電機在化工領域的使用，由于直流電機的功能已得到很大提 高，因此更為人性化的設計勢必在操作和顯示方面。直流電機直流電動機調(diào)速控 制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應用比較多。簡單控制是指對電動機進 行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類控制容易實現(xiàn)，并可通單片機，直 流電機驅(qū)動芯片和開關元件來實

3、現(xiàn)，所以本課題采用此法。同時考慮到以前的直 流電機只能通過數(shù)碼管來進行簡單地顯示轉(zhuǎn)速，且不能清楚的了解其轉(zhuǎn)向，而 LCD 液晶顯示器可以彌補這一點，并且還添加一些更為人性化的提示，這是以 前的數(shù)碼管所不能代替的，這必將是一個新的趨勢。直流電機的主要功能非常廣泛，例如：軍事 和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準，慣性導航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得 跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設備，數(shù)控機床，工業(yè)機器人，塑料機械，印刷機械，繞線機，紡織機械，工業(yè)縫紉機，泵和壓縮機等設備的控制；計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅(qū)動器，各種光盤驅(qū)動器，繪圖儀，掃描儀，打印機，傳真機，復印機等設備的控

4、制；音像設備和家用電器中的錄音機，錄像機，數(shù)碼相機，洗衣機，冰箱，電扇等的控制。二、課程設計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、方案論證；2、系統(tǒng)原理圖或各功能模塊的硬件電路原理框圖；3、主程序流程圖；4、系統(tǒng)調(diào)試與分析；5、源程序清單。三、課程設計（論文）應完成的工作6. 完成課程設計報告的撰寫。四、課程設計（論文）進程安排序號設計（論文）各階段內(nèi)容地點起止日期1明確設計要求，方案論證、系統(tǒng)總體設計校內(nèi)6.82硬件電路原理圖設計校內(nèi)6.96.103程序流程圖設計、源程序的編制及調(diào)試校內(nèi)6.116.124系統(tǒng)調(diào)試及分析校內(nèi)6.135課程設計報告的撰寫校內(nèi)6.146.15五、應收集的資料及主要參考文獻1 單

5、片微型計算機與接口技術，李群芳、黃建編著，電子工業(yè)出版社；2 單片機原理及應用，張毅剛編著，高等教育出版社；3 51系列單片機及C51程序設計，王建校，楊建國等編著，科學出版社；4 單片機原理及接口技術，李朝青編著，北京航空航天大學出版社袁節(jié)膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈發(fā)出任務書日期： 2014年 06月8 日 指導教師簽名：計劃完成日期： 2014年 06 月16 日 教學單位責任人簽章目錄第一章 概述 1第2章 直流電機硬件電路設計及描述 22.1直流電機的結(jié)構(gòu) 22.2直流電機的工作原理 22.3電磁關系 22.4直流電機

6、主要技術參數(shù) 22.5直流電機的類型 32.6直流電機的特點 3第三章 軟件設計流程 33.1程序設計流程圖 33.2總電路功能介紹 43.3直流電機轉(zhuǎn)速 43.4電機驅(qū)動模塊的電路設計 4第4章 源程序 6參考文獻12一 設計分析及系統(tǒng)方案設計1.1直流電機的結(jié)構(gòu)NSNSEE直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。在定子上裝有磁極（電磁式直流電機磁極由繞在定子上的磁繞提供），其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷引出。1.2直流電機的工作原理NSNSUU直流電機電路模型，磁極N、S間裝著一個可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個線圈。當線圈中流過電流時，

7、線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的受方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機的方向。1.3電磁關系機械負載比較器電磁轉(zhuǎn)矩（拖動轉(zhuǎn)矩）交流電流直流電流反電動勢1.4直流電機主要技術參數(shù)直流電機的主要額定值有：額定功率Pn：在額定電流和電壓下，電機的負載能力。額定電壓Ue：長期運行的最高電壓。 額定電流Ie：長期運行的最大電流。額定轉(zhuǎn)速n：單位時間內(nèi)的電機轉(zhuǎn)動快慢。以r/min為單位。 勵磁電流If：施加到電極線圈上的電流。1.5直流電機的類型直流電機可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進行分類，其中根據(jù)直流電機的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電

8、機（將機械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動機（將直流電能轉(zhuǎn)化為機械能）、直流測速發(fā)電機（將機械信號轉(zhuǎn)換為電信號）、直流伺服電動機（將控制信號轉(zhuǎn)換為機械信號）。下面以直流電動機作為研究對象。1.6直流電機的特點通過電刷間的電流與導體電流的性質(zhì)不同；通過電刷電流為直流電流，導體電流為交變電流；電樞電勢與電流反方向，稱為反電勢。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電機的轉(zhuǎn)向相同，為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。作為電動機運行：在直流電機的兩電刷端上加上直流電壓，電樞旋轉(zhuǎn)，拖動生產(chǎn)機械旋轉(zhuǎn)，輸出機械能；作為發(fā)動機運行：用原動機拖動直流電機的電樞，電刷端引出直流電動勢，作為直流電源，輸出電能。第二章 軟件設計流程2.1程序設計流程圖 定時中斷服務

9、流程圖2.2總電路功能介紹直流電機PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能。操作開關通過中斷控制直流電機的加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制功能，并通過LCD液晶顯示。振蕩、時鐘電路和復位電路由80C51單片機內(nèi)部給出。直流電機轉(zhuǎn)動速度由LCD液晶顯示。操作開關狀態(tài)由液晶顯示器顯示。2.3直流電機轉(zhuǎn)速直流電機的數(shù)學模型可用下圖表示，由圖可見電機的電樞電動勢Ea的正方向與電樞電流Ia的方向相反，Ea為反電動勢；電磁轉(zhuǎn)矩T的正方向與轉(zhuǎn)速n的方向相同，是拖動轉(zhuǎn)矩；軸上的機械負載轉(zhuǎn)矩T2及空載轉(zhuǎn)矩T0均與n相反，是制動轉(zhuǎn)矩。直流電機的數(shù)學模型根據(jù)基爾霍夫第二定律，得到電樞電壓電動勢平衡

10、方程式1.1： U=Ea-Ia（Ra+Rc）式1.1中，Ra為電樞回路電阻，電樞回路串聯(lián)保繞阻與電刷接觸電阻的總和；Rc是外接在電樞回路中的調(diào)節(jié)電阻。由此可得到直流電機的轉(zhuǎn)速公式為： n =Ua-IR/Ce 式1.2中，Ce為電動勢常數(shù)，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，對于一個已經(jīng)制造好的電機，當勵磁電壓和負載轉(zhuǎn)矩恒定時，它的轉(zhuǎn)速由回在電樞兩端的電壓Ea決定，電樞電壓越高，電機轉(zhuǎn)速就越快，電樞電壓降低到0V時，電機就停止轉(zhuǎn)動；改變電樞電壓的極性，電機就反轉(zhuǎn)。2.4電機驅(qū)動模塊的電路設計根據(jù)直流電機的工作原理，選取元器件如下，放置元器件、放置電源和地連線

11、，我們參此設計的直流電機驅(qū)動模塊電路如圖所示 2SK1058 : CMOSS管 74L26 : 三太門 1N4006 : 二極管 VSCOURCE : 電源 MOTOR-ENCODER : 直流電機 RES : 電阻 AT89C51 : 單片機 (在此并未顯示)直流電機驅(qū)動電路 然而考慮市場的行情，既然已有專門地為電機驅(qū)動而設計的芯片，就沒必要再從新來設計；選用L298芯片來構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)基本上跟上圖一樣。所用元器件如下所示： 1N4006 : 二極管 AT89C51 : 單片機 (在此并未顯示) RES : 電阻 MOTOR-ENCODER : 直流電機 L298 : 電機驅(qū)動芯片 RESP

12、ACK-8: 排阻 顯示程序流程圖第三章 源程序ORG 0000H SJMP DISPLAY ORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中斷入口地址 ORG 000BH LJMP DINGSHI ; 定時中斷T0入口地址 RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.4 ORG 0030H ; 此次直流電機的設計以LCD字符夜晶的 ; 顯示程序為主程序DISPLAY: SETB EA ; 打開中斷總開關 SETB EX0 ; 打開外部中斷0開關 SETB IT0 ; 打開外部中斷0下降沿觸發(fā) MOV TMOD,#01H ; 設置定時工作方式 MOV TL0,#0

13、FFH ; 設置定時初值 MOV TH0,#0FFH SETB ET0 ; 打開定時中斷T0開關 CLR P0.5 CLR P0.6 CLR P0.7 SETB TR0 ; 定時器T0開始定時 MOV DPTR,#TAB ; 夜晶顯示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脈寬的初值 MOV R1,#16 ; SET SPEED PLEASE的字符個數(shù) 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,

14、LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4 CJNE R4,#00H,LP4 SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中斷的標志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符個數(shù) 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 A

15、CALL BUSY MOV A,R3 ; 顯示速度的十位 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS ACALL BUSY MOV A,R4 ; 顯示速度的個位 MOVC A,A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS ; 使夜晶始終顯示當前電機的速度 LP8: CJNE R7,#00H,LP7 ; 速度不變時等待 LJMP LP8 ; 速度變時重新讀入速度 LP7: SJMP LP4 CHUSHI: ; 使夜晶顯示的一些初始設置 ACALL BUSY MOV P1,#00000001B ; 清屏并光標復位 ACALL ENABLE ACALL BUSY

16、MOV P1,#00111000B ; 設置顯示模式:8位2行5x7點陣 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00001111B ; 顯示器開、光標開、光標允許閃爍 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#00000110B ; 文字不動，光標自動右移 ACALL ENABLE ACALL BUSY MOV P1,#80H ; 寫入顯示起始地址 ACALL ENABLE RET ENABLE: ; 寫入控制命令的子程序 SETB E CLR RS CLR RW CLR E RET DATAS: ; 寫入數(shù)據(jù)子程序 SETB E SETB RS

17、 CLR RW CLR E RET BUSY: ; 準備寫入數(shù)據(jù) CLR E MOV P1,#0FFH CLR RS SETB RW SETB E JB P1.7,BUSY RET ORG 2000HDINGSHI: ; 定時中斷服務程序 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 ; 脈寬 SETB TR0 RETI BUTTON: ; 從控制鍵盤中讀取操作命令 PUSH ACC CLR EX0 CLR EA INC R7 ; MOV A,#0FFH MOV

18、P2,A MOV A,P2 JNB ACC.0,AA0 JNB ACC.1,KK0 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 ; 減速操作 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 M

19、OV R4,B SETB EX0 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EA POP ACC RETI ZZ: SETB P0.5 ; 正轉(zhuǎn)操作 CLR P0.6 MOV R2,#2BH ; 正轉(zhuǎn)標志 + LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI FF: CLR P0.5 ; 反轉(zhuǎn)操作 SETB P0.6 MOV R2,#2DH ; 反轉(zhuǎn)標志 - LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 S

20、ETB EA POP ACC RETI WW0: CLR P0.5 ; 停止操作 CLR P0.6 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI DELAY: ; 延時子程序 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 代碼 DB 44H,20H,50H,4CH DB 45H,41H,53H,45H STAB: DB 30H,31H,32H,33H DB 34H,35H,36H,37H ; 0,1,2,3,4,5,6,7 代碼 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 : 代碼 DB 3AH END 原理圖參考文獻1 單片微型計算機與接口技術，李群芳、黃建編著，電子工業(yè)出版社；2 單片機原理及