單片機直流電機調速系統(tǒng)實訓報告

1、單片機綜合實訓報告專 業(yè)：汽車電子技術學 號：08341-12姓 名：指導教師：柳 銘時 間：2010年5月30日7月10日摘要在電氣時代的今天，電動機在工農業(yè)生產與人們日常生活中都起著十分重要的作用。直流電機作為最常見的一種電機，具有非常優(yōu)秀的線性機械特性、較寬的調速范圍、良好的起動性以及簡單的控制電路等優(yōu)點，因此在社會的各個領域中都得到了十分廣泛的應用。直流電動機具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內平滑調速，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動領域中得到了廣泛的應用。從控制的角度來看，直流調速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎。早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎，采用運算放大器、非線性集成電路

2、以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調試困難，阻礙了直流電動機控制技術的發(fā)展和應用范圍的推廣。隨著單片機技術的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。本文設計了直流電機控制系統(tǒng)的基本方案，闡述了該系統(tǒng)的基本結構、工作原理、運行特性及其設計方法。主要研究直流電機的控制和測量方法，從而對電機的控制精度、響應速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。本設計系統(tǒng)以單片機AT80C52為核心，附以外圍電路，實

3、現(xiàn)直流電機調速的系統(tǒng)；運用單片機的運算和處理能力和L293D電機驅動芯片來實現(xiàn)電機的手動加速、減速調速等智能控制系統(tǒng)，并運用軟件Proteus進行仿真來得到實驗結果。關鍵詞單片機 L293電機驅動 直流電機 PWM目 錄一、 實訓目的與要求11.1實訓目的11.2實訓要求1二、 實訓題目及總方案12.1實訓題目12.2設計方案12.3主要元件介紹22.3.1 AT89C5222.3.2 L293D32.4電路原理42.5原理圖及原理框圖4三、 設計過程53.1籌備過程53.2制作過程53.3調試過程63.4顯示結果73.5元件清單7四、總結84.1個人實訓小課題84.1.1題目84.1.2原理

4、及調試84.1.3秒表原件清單94.2結論總結104.3心得體會10五、 參考文獻11附錄12附圖12開關控制電路12驅動電路13程序14單片機綜合實訓報告一、 實訓目的與要求1.1實訓目的學習知道單片機的性能與功能，在現(xiàn)實生活中的應用。并且設計并制作一采用PWM調制方式實現(xiàn)直流電機斬波調速系統(tǒng)。并熟練對單片機編程及Proteus仿真軟件的實際應用。1.2實訓要求（1）采用PWM調制方式實現(xiàn)直流電機斬波調速（2）轉速從100-3000rad/min（3）具有手動速度調整按鍵（速度+速度）二、 實訓題目及總方案2.1實訓題目 單片機直流電機調速系統(tǒng)設計2.2設計方案本設計通過AT89S52單片機

5、的I/O口對L293D電機驅動芯片賦值來控制電機，并通過單片機的定時器來控制L293D的EN1口來進行調速，通過中斷來實現(xiàn)按鈕式控制過程。 PWM控制波形的實現(xiàn)可以通過模擬 電路或數(shù)字電路實現(xiàn)，例如用555搭成的觸發(fā)電路，但是，這種電路的占空比不能自動調節(jié)，不能用于自動控制電機的調速。而目前使用的大多數(shù)單片機都可以直接輸出這種PWM波形，或通過時序模擬輸出，最適合直流電機的調速。2.3主要元件介紹2.3.1 AT89C52AT89C52（如圖1所示）是51單片機系列的一個型號，它是ATMEL公司生產的。 AT89C52是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫

6、的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可為您提供許多較復雜系統(tǒng)控制應用場合。 AT89C52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進行編程,但不可以在線編程(S系列的才支持在線編程)。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可

7、有效地降低開發(fā)成本。 AT89C52有PDIP、PQFP/TQFP及PLCC等三種封裝形式，以適應不同產品的需求。AT89C52為40 腳雙列直插封裝的8 位通用微處理器，采用工業(yè)標準的C51內核，在內部功能及管腳排布上與通用的8xc52 相同，其主要用于會聚調整時的功能控制。功能包括對會聚主IC 內部寄存器、數(shù)據(jù)RAM及外部接口等功能部件的初始化，會聚調整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19 腳）和XTAL2（18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 腳）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。

8、VCC（40 腳）和VSS（20 腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0P3 為可編程通用I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，P0 端口（3239 腳）被定義為N1 功能控制端口，分別與N1的相應功能管腳相連接，13 腳定義為IR輸入端，10 腳和11腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12 腳、27 腳及28 腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調整狀態(tài)進入的控制功能。圖1 AT89C52引腳圖2.3.2 L293D L293D是步進電機驅動芯片。L293D采用16引腳DIP封裝，

9、其內部集成了雙極型H-橋電路，所有的開量都做成n型。這種雙極型脈沖調寬方式具有很多優(yōu)點，如電流連續(xù)；電機可四角限運行；電機停止時有微振電流，起到“動力潤滑”作用，消除正反向時的靜摩擦死區(qū)：低速平穩(wěn)性好等。L293D通過內部邏輯生成使能信號。H-橋電路的輸入量可以用來設置馬達轉動方向，使能信號可以用于脈寬調整（PWM）。另外，L293D將2個H-橋電路集成到1片芯片上，這就意味著用1片芯片可以同時控制2個電機。每1個電機需要3個控制信號EN12、IN1、IN2，其中EN12是使能信號，IN1、IN2為電機轉動方向控制信號，IN1、IN2分別為1，0時，電機正轉，反之，電機反轉。選用一路PWM連接

10、EN12引腳，通過調整PWM的占空比可以調整電機的轉速。選擇一路I/O口，經反向器74HC14分別接IN1和IN2引腳，控制電機的正反轉。其控制邏輯如下:電機運行情況 EN A（B） IN1（IN3） IN2（IN4） 正轉 H H L 反轉 H L H 快速停止 H 同IN2（IN4） 同IN1（IN3） 停止 L X X即：通過用單片機對L293D的相應管腳寫0或者1，即可實現(xiàn)。2.4電路原理AT89C52是集成40個I/O口的單片機，擁有12MHZ的晶振周期，電路擁有可控復位電路，INT0口外接一個BUTTON使其外中斷0獲得高低電平。L293D電機驅動電路可以實現(xiàn)電機的速度調整。本電路

11、實現(xiàn)電機調速主要利用了L293D的EN1引腳的電平控制，讓其電平的高低變化可以跟據(jù)單片機的定時器來進行調節(jié)，本電路分別進行了設置，當BUTTON按下一次時，單片機定時器T0被啟用，并且設定為65.468ms，此延時可以控制電機一定速度的減速，當BUTTON第二次按下時，單片機定時器T1被啟用，并且設定為33.069ms此時電機為第一次按下電機速度的2倍，第三次按下時為最快速度，第四次電機停止。前后電機3次變速，速度逐漸遞增。2.5原理圖及原理框圖圖2單片機直流調速系統(tǒng)原理總圖（部分圖見附錄） 系統(tǒng)供電A89c52開關控制電路L293D電機驅動電機圖3 單片機直流調速系統(tǒng)原理框圖直流電機調速系統(tǒng)

12、硬件原理圖和原理框圖如圖2和圖3所示，以AT89C52單片機為控制核心，包括開關控制電路、系統(tǒng)供電電源電路、L293D電機驅動電路、電機電路。三、 設計過程3.1籌備過程上網及到圖書館查找關于直流電機調速系統(tǒng)的資料，查找調速方案，確定方案。在在查找關于AT89C52的相關書籍及其控制電機調速系統(tǒng)的方案，查找電機驅動L293D的相關資料，同時學習軟件Proteus仿真的使用教程及編程語言編程技巧。3.2制作過程安裝完Proteus仿真軟件后，根據(jù)設計原理圖從庫文件Library中調用相應的器件，在新建的制作圖紙上設計電路、連接電路、標注器件，檢查完畢后導入寫好的程序文件，然后進行調試，在出現(xiàn)錯誤

13、提示后進行修改電路完善電路并同時進行相應程序的修改直至完成準確無誤的設計電路。在完成設計電路后進行設計報告內容的填寫及修改。3.3調試過程本設計在調試過程中主要式控制電機驅動L293D的EN1端口的電平高低中斷周期，通過調整定時器的中斷周期來實現(xiàn)對電機速度的調整通過計算和程序的多次調整實現(xiàn)了合理的電機調速控制系統(tǒng)。在調試時不能直接用L293D電機驅動和電機，可以直接用二極管實現(xiàn)調試。圖4 調試原理圖圖5 調試成功圖3.4顯示結果表1 顯示結果中斷次數(shù)一次二次三次四次定時時間65.468ms33.069ms0sSTOP3.5元件清單表2 元件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量 單片機AT89C521電機驅動L

14、293D1 直流電機 1開關按式2電解電容100uf1 電阻R1 10K1導線 若干四、總結4.1個人實訓小課題在本次實訓當中我還用AT89C51完成了秒表的電路設計與調試并且獲得了成功，是我對單片機的功能有了進一步的了解，其具體情況如下：4.1.1題目秒表的設計4.1.2原理及調試圖6秒表原理圖根據(jù)相關的單片機材料，利用所學的單片機知識，結合單片機微機仿真實驗系統(tǒng)中的軟件和硬件（七段數(shù)碼管，開關電路及時鐘信號電路等），編寫能夠實現(xiàn)該項目的軟件程序，最后將軟、硬件有機的結合起來，進行有效的調試，最后達到完成該實驗課程設計的目的要求。圖7秒表調試成功圖4.1.3秒表原件清單器件名稱規(guī)格數(shù)量 單片

15、機AT89C511晶振1電容3開關撥式2七位斷碼管7SEG-COM-ANODE1電阻10K3導線若干表3 秒表原件表此課題能夠將單片機軟硬件結合起來，對程序進行編輯，校驗。使我加深了對單片機課程的全面認識復習和掌握，對單片機課程的應用進一步的了解。掌握了定時器、外部中斷的設置和編程的一些原理。4.2結論總結設計中單片機AT89C52在工作時，調整定時器TO,T1來達到合適的定時時間來調整L293D電機驅動芯片的EN1引腳的電平高低切換，使周期上有所變化來達到速度上的調整，實驗過程中調試電機速度的過程是一難點，要通過單片機的計算公式來計算相應所需的定時時間使其電機的速度變化有明顯的改變。同時IN

16、T0口的控制也使實驗結果又更加明朗的變化過程。由于設計中使用的是單片機作為核心的控制元件，附以外圍電路使本本設計具有功能強、性能可靠、電路簡單、成本低的特點，加上經過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。但是在我們設計和調試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，譬如程序設計水平有限，實際的速度很難確切控制，會超出我們的設計需求范圍。4.3心得體會時光飛逝，一轉眼，一個學期又進尾聲了，本學期的單片機綜合課程設計也在一周內完成了。 俗話說“好的開始是成功的一半”。說起課程實訓，我認為最重要的就是做好設計的預習，認真的研究老師給的題目，選一個自己有興趣的題目。其次，老師對實驗的講解要一絲不茍的去聽去想，因為只有

17、都明白了，做起設計就會事半功倍，如果沒弄明白，就迷迷糊糊的去選題目做設計，到頭來一點收獲也沒有。最后，要重視程序的模塊化，修改的方便，也要注重程序的調試，掌握其方法。 在這次難得的課程設計過程中我鍛煉了自己的思考能力和動手能力。通過題目選擇和設計電路的過程中，加強了我思考問題的完整性. 在實訓過程中要注意增加的功能寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎上，根據(jù)芯片的功能寫出相應的程序。然后再進行程序調試和相應的修改，以達到能夠實現(xiàn)所要求的功能的目的。五、 參考文獻1.電子技術基礎(模擬部分) 高等教育出版社 康華光著2.C程序設計題解與上機指導 清華大學出版社 譚浩強著3.單片機應用的C語言應用程

18、序設計 北京航空航天大學出版社 周航慈著4.8051單片機徹底研究基礎篇 人民郵電出版社 林伸茂著5.單片機原理及應用 高等教育出版社 張毅剛著6.C程序設計 清華大學出版社 譚浩強著7. 單片機應用系統(tǒng)設計與產品開發(fā) 人民郵電出版社 趙亮編著附錄附圖開關控制電路附圖一附圖二驅動電路附圖三程序ORG 0000H;主程序及終端入口LJMPSTARTORG 0003HLJMPINTEX0;跳轉到第78行，外中斷0入口ORG 000BHLJMPINTOORG 001BHLJMPINTO1ORG 0023H RETI ORG 002BH RETIORG 0100HCLEARMEMIO: MOVTMOD

19、,#10H MOVR2,#14H MOVTL1,#0B0H MOVTH1,#3CH MOV32H,#00HSETBEX1SETBIT1SETBEX0SETBIT0RETCAT:CLR P1.0RETSTART:MOVSP,#70H;主程序 LCALLCLEARMEMIO SETBP1.3CLR P1.2 SETBTR1 SETBEA SETBP1.1MAIN: LCALL CAT LCALLCAT AJMPMAIN NOP NOP LJMPSTARTINTEX0:PUSHACC;外中斷0入口PUSHPSW CLRTR0 CLREX0JBP3.2,IN0RET INC32H MOVA,32H CJNEA,#06H,J1 CLRP1.1 ;停車程序 CLRET1 CLRTR1J1:CJNEA,#01H,J2LCALL STOPSLOWLJMPIN0RETJ2:CJNEA,#02H,J3LCALL STOPSL