单片机应用课程设计任务书2013-2014学年第一学期第16周-16周题目直流电机控制系统容及要求结合微机原理、单片机技术知识,查阅有关资料,设计一个能够控制直流电机定时正反转的自动控制系统,通过仿真实现。
要求电机采用PWM无级调速,定时时间通过拨码开关设置,转速通过电位器设置,采用发光二极管显示电机旋转状态。
进度安排1、查找资料,提出总体方案1天2、分析、设计、调试、实现3天3、检查、整理、写设计报告、小结1天学生姓名:指导时间:指导地点:任务下达任务完成考核方式 1.评阅√ 2.答辩√ 3.实际操作√ 4.其它□指导教师系(部)主任摘要本文是对直流电机PWM调速器设计的研究主要实现对电机的控制。
本课程设计主要是实现PWM调速器的加速、减速、停止等操作。
并实现电路的仿真。
为实现系统的微机控制在设计中采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分配以各种显示、驱动模块实现对电动机转速参数的显示和测量,利用ADC0809进行模数转换,由命令输入模块及H型驱动模块组成。
采用带中断的独立式键盘作为命令的输入单片机在程序控制下,利用H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中采用PWM调速方式通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,就是通过调节电位器的位置,进而实现对电动机的调速。
然后通过拨码开关设置定时正反转的时间。
设计的整个控制系统在硬件结构上采用了大量的集成电路模块大大简化了硬件电路提高了系统的稳定性和可靠性使整个系统的性能得到提高。
关键词:AT89C51单片机L298直流电机ADC0809[Abstract]Motor plays an important role in all walks of life,and the motor speed motor is o ne of the important performance,thus measuring the rotational speed of the motor and the motor speed,to make it meet the needs of people.With the development of science and technology,PWM control of motor speed in a way to become.This desi gn is a single chip AT89S52and L298control of DC motor PWM speed control syste m,using AT89S52chip for low cost DC motor control system design,using PWM control mode,by changing the PWM duty ratio so as tochange the motor armature voltage,and then the motor speed control.Design of th e whole control system,the hardware structure using a large number of integrated ci rcuit module,greatly simplifying the hardware circuit,improves the stability and relia bility of the system,so that the performance of the whole system is improved.Realiza tion of the motor is transferred,reverse,acceleration,deceleration control[Key Words]AT89S52、DC motor、PWM Speed Autormatic、L298、ADC0809目录1 、课程设计概述 (5)1.1课程设计目的61.2课程设计小组成员61.3电机在国民经济中的作用61.4电机的发展史61.5单片机的概述71.6单片机的发展趋势72、总体方案设计92.1设计思路93、硬件设计103.1设计框图3.2基本工作原理103.2.1直流电机工作原理103.2.2PWM调速工作原理113.3、芯片和模块分析123.3.1AT89S52芯片123.3.2 L298153.4 ADC0809模数转换芯片173.5 模块介绍193.5.1 震荡电路193.5.2 AT89S52最小系统203.5.3拨码开关203.5.4 L298驱动电路213.5.5 系统电路图224 软件设计224.1 软件流程图224.2 C语言程序225. 仿真调试266.设计总结277.参考文献278.心得体会271.概述1.1课程设计目的通过本次课程设计,加强对单片机等一系列只是的巩固与理解,结合微机原理、单片机技术知识,查阅有关资料,设计一个能够控制直流电机定时正反转的自动控制系统,通过仿真实现。
要求电机采用PWM无级调速,定时时间通过拨码开关设置,转速通过电位器设置,采用发光二极管显示电机旋转状态。
1.2课程设计小组成员11044230嘉琛11044231周彦章11044232邹地长11044233王琦文1.3、电机在国民经济中的作用电机是将电能从最初的能源形式转换过来的重要桥梁,又是再将大部分电能转换为机械能的装置,电机在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备,在电力工业中,将机械能转换为电能的发电机以及将电网电压升高或降低的变压器,都是电力系统中的关键设备。
在工矿企业中,各种机床电机、轧钢机、压缩机、起重机、风机,交通运输中的汽车电器、电力机车、磁悬浮列车、城市轨道列车,农业中的电力排蘸、农产品加工,日常生活中汽车、办公设备、电冰箱、空调、洗衣机,航海和航空领域中的航船推进电源、航空电机,还有国防、文教、医疗等领域都需要不同特性的电机来驱动和控制。
随着工业企业电气化、自动化、电脑化的发展,还需要众多的各种容量的精密控制电机,作为整个自动控制系统中的重要元件。
1.4、电机的发展史电机的历史可追溯到1831年迈克尔.法拉第发明的盘式电机,这是一种真正的直流电机。
此后,人们对电机的兴趣一直停留在实验室阶段和处于好奇的状态。
直到19世纪70年代,托马斯.爱迪生为实验真正意义上的电功率分配,以便使电灯进入千家万户,开始了商业目的的直流发电机的研制。
在此项工作中,爱迪生提出将电能从集中的发电站输出,然后对用户进行分配这个全新概念。
他作为领路人,倡导广泛地运用电动机,并引入电网的基本框架这个概念。
电机历史上主要的里程碑是:1888年尼古拉.特斯拉发明了三相感应电动机并申请了专利。
特斯拉的交流电的理论领先于查理斯.施泰因梅茨十年来,1900年可靠的卷铁芯式变压器问世,从而开创了长距离输电的新纪元。
当时,美国为完成电气化的进程又花了30年的时间,而且直到20世纪30年代,美国的农村配电系统还没有完成。
但是无论如何,在此期间美国的电气化进程进展得还是很顺利的。
电机的推广应用,紧紧跟随着电网扩的脚步。
尽管今天运用的电机学的理论可追溯到100年以前,但是其更新和提高的脚步从来没有停止过。
1.5、单片机的概述单片机是大规模集成电路技术发展的产物。
所谓单片机,通俗地说就是把中央处理器CPU(Contral Processing Unit)、存储器(memorry)、定时/计数器和I/O(Input/Output)接口电路等一些计算机的主要功能部件集成在一块电路芯片上的微型计算机。
单片机又称为微控制器MCU。
中文“单片机”是由英文名称Singlc Chip Microcomputer直接翻译而来。
目前,单片机是计算机家族中重要的一员,配上适当的外围设备和软件便可构成一个单片机应用系统。
单片机具有功能强、价格低和抗干扰能力强等特点,广泛应用于工农业生产、国防、科研及日常生活等各个领域。
1.6、单片机的发展趋势随着大规模集成电路及超大规模集成电路的发展,单片机将向着更深层次发展,主要体现在以下几个方面:第一:高集成度。
一片单片机部集成的RAM/ROM容量增大,增加了电闪存储器,具有掉电保护功能,并且集成了A/D和D/A转换器、定时/计数器、系统故障检测及DMA电路等。
第二:引脚多功能,随着芯片部功能的增强和资源的丰富,一脚多用的设计方案显示出其重要地位。
第三:高性能。
这是单片机发展所追求的一个目标,更高的性能将会使单片机应用系统设计变得更加简单、可靠。
第四:低功耗。
这将是未来单片机发展所追求的一个目标,随着单片机集成度的不断提高,由单片机构成的系统体积越来越小,低功耗将是设计单片机产品时首先考虑的指标。
2、总体方案设计2.1设计思路直流电机PWM控制系统的主要功能包括:实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和启停,能够很方便的实现电机的智能控制。
主体电路:即直流电机PWM控制模块。
这部分电路主要由AT89S52单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展、adc809数模转换、拨码开关等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转以及定时时间,能够很方便的实现电机的智能控制。
其间是通过AT89S52单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。
该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成:设计输入部分:这一模块主要是利用带数模转换的电位器和ADC0809进行数模转换来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和启停控制,以及对电机的定时旋转。
设计控制部分:主要由AT89S52单片机的外部中断扩展电路组成。
直流电机PWM控制实现部分主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。
设计定时部分:通过对拨码开关以及中断进行对电机定时时间进行控制。
3、硬件设计3.1设计框图3.2基本工作原理 3.2.1 直流电机工作原理图3.3.1直流电机的基本工作原理图对图3.3.1所示的直流电机,如果去掉原动机,并给两个电刷加上直流电源,拨码开关设置时间 AT89C52单片机 L298驱动芯片 直流电机ADC0809模数转换如上图(a)所示,则有直流电流从电刷A流入,经过线圈abcd,从电刷B流出,根据电磁力定律,载流导体ab和cd收到电磁力的作用,其方向可由左手定则判定,两段导体受到的力形成了一个转矩,使得转子逆时针转动。
如果转子转到如上图(b)所示的位置,电刷A和换向片2接触,电刷B和换向片1接触,直流电流从电刷A 流入,在线圈中的流动方向是dcba,从电刷B流出。