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1、XIAN TECHNOLOGICAL UNIVERSITY 课程名称 直流电机测速调速实验 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 秦刚 成 绩： 2016 年 7 月 11 日 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 1 - 计算机控制系统课程设计计算机控制系统课程设计 直流电机测速调速系统直流电机测速调速系统 1、选定题目：电机速度控制系统选定题目：电机速度控制系统 二、设计目的和要求：二、设计目的和要求： 计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程，它不仅需要微型 机控制理论、程序设计方面的基础知识，而且还需要具备一定的生产工艺知识。 课程设计包括确定
2、控制任务、系统总体方案设计、硬件系统设计、控制软件的 设计等，以便使学生掌握计算机控制系统设计的总体思路和方法。 三、功能需求：、功能需求： 1、基本功能： （1）该系统使用实验箱的直流电机、1602 液晶、DA、键盘等模块完成设 计； （2）直流电机通过 DA 模块使用 PWM 方式进行驱动及调速； （3）能够通过 1602 液晶显示当前转速及 PWM 占空比； （4）通过按键控制电机的启动和停止。 2、扩展功能： （1）能够通过按键手动输入目标转速（转/秒） ，启动电机后控制电机稳 定在目标转速； （2）使用 1602 液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态（on/off） 。 4 4、
3、实验思路：实验思路： 本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据 PWM 调速的基本原理，控 制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的 变化。本设计的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部 分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 2 - 件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制 器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。 用 51 来产生 PWM 波就必须要用软件编程的方法来模拟。方法大概可以分 为软件延时和定时器产生两种方法。本次课程设计
4、我们采用定时器产生 PWM 方 波。 定时器产生 PWM:这种方法利用了定时器溢出中断，在中断服务程序改变电 平的高低，在程序较复杂、多操作时仍能输出较准确的 pwm 波形。 五、实验设备：五、实验设备： 单片机开发实验仪一台； AT89C51； LCD1602； DA 数模转换； 按键； 光电开关 六、实验原理：六、实验原理： 1 1、硬件框图：、硬件框图： 硬件部分主要由电位器、模数转换模块、 51 单片机、显示模块、驱动电 路和无刷直流电机组成。其功能框图如下： 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 3 - 2 2、硬件介绍：、硬件介绍： 1)1602 液晶显示模块电路 1602C 字符
5、型液晶：CS：片选信号，低电平有效；RS：选择读写的是 指令或数据，L：指令，H：为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读 操作。 12864J 图形点阵液晶：CS：片选信号，低电平有效；CS1/2：左右半屏使 能选择，H：左半屏，L：右半屏；RS：选择读写的是指令或数据，L：指令， H：为数据。RW：读写控制端，L：写操作，H：读操作。 12864M 图形点阵液晶：JP6 的 16 脚是空脚，JP6 的 15 脚是 PSB：PSB 接高 电平，CPU 与液晶使用并行接口连接，连接方法与 12864J 完全相同；PSB 接低 电平，CPU 与液晶使用串行接口连接，此时，RS、RW、E 与
6、CPU 的 I/O 管脚相连 （STAR ES59PA 才有该功能） 。 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 4 - 10K W2 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW 5 6 4 U3B 1 2 3 U5A WR RD 1 2 JP9 CS VSS 1 VDD 2 V0 3 RS 4 RW 5 E 6 DB0 7 DB1 8 DB2 9 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 LED+ 15 LED- 16 JP6 1602C VCC 10K R31 470 R4 DS1 (1602C 字符型液晶字符型液晶) 10K W2 D0 D1 D
7、2 D3 D4 D5 D6 D7 RS RW 2 3 1 U3A 5 6 4 U3B 1 2 3 U5A WR RD 1 2 JP9 CS VSS 1 VDD 2 V0 3 RS 4 RW 5 E 6 DB0 7 DB1 8 DB2 9 DB3 10 DB4 11 DB5 12 DB6 13 DB7 14 CS1 15 CS2 16 RST 17 VOUT 18 LED+ 19 LED- 20 JP6 12864J VCC CS1/2 10K R31 470 R4 DS1 (1602C 字符型液晶字符型液晶) 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 5 - （12864J 图形点阵液晶）图形点阵
8、液晶） 2）DAC0832 数模转换 VREF 8 RFB 9 DGND 10 IOUT1 11 IOUT2 12 DI7 13 DI6 14 DI5 15 DI4 16 DI0 7 CS 1 WR1 2 AGND 3 DI3 4 DI2 5 DI1 6 XFER 17 WR2 18 ILE 19 VDD 20 U20 DAC0832LCN 1K W5 510 R78 0.1uF C33 2 3 6 47 1 8 5 U23 LM741CN 10K W6 4.7K R79 -12V VCC D5 +12V -12V OUT D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 DS23 470 R7
9、1 -12V WR CS 10 9 8 C 411 U26C LM324N R150 R151 R162 Q7 C2655 VCC OUT1 R149 CS：片选，低有效； OUT：转换电压输出； OUT1：经功放电路的电压输出； 电位器 W5：调整基准电压。 3）发光管、按键、开关 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 6 - 1 1 2 2 3 3 4 4 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A4 Date:2006-7-4Sheet of File:F:InovationSheet1.SchDocDrawn By: DS35 DS36 DS37 DS
10、38 DS39 DS40 DS41 DS42 1 2 3 4 5 6 7 8 JP65 1 2 JP63 510R118 510R117 510R116 510R115 510R114 510R113 510R112 510R111 DS32 470 R107 VCC LED1 LED2 LED3 LED4 JP65：发光管控制接口，0灯亮，1灯灭 第 页 1 1 2 2 3 3 4 4 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A4 Date:2006-7-4Sheet of File:F:InovationSheet1.SchDocDrawn By: S29
11、S30S31S32S33S34S35S36 1 2 3 4 5 6 7 8 JP74 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10KR119 VCC 按键电路原理图 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 7 - 1 1 2 2 3 3 4 4 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A4 Date:2006-7-4Sheet of File:F:InovationSheet1.SchDocDrawn By: 1 2 3 4 5 6 7 8 JP80 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10KR124 S21S22S23S24S25S26S27S28 VCC K5
12、K6 K7 K8 开关电路原理图 JP74：按键控制接口；按下0 信号，松开1 信号 JP80：开关控制接口；闭合0 信号，断开1 信号 4） AT89C51 本课题中控制芯片的作用主要是与 ADC0809 相连接，采集模数转换后得到 的 8 位二进制码，过公式计算后得到电压值，同时连接四位数码管进行显示。 综合考虑，选用 AT89C51 即满足要求。 简介： AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器的低电压、高性能 CMOS 8 位微处 理器。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 1000 次。该器件采用 ATMEL 高 密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 MCS-5
13、1 指令集和输出管脚相兼 容。由于将多功能 8 位 CPU 和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微控制器。AT89C 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性 高且价廉的方案。 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 8 - AT89C51 引脚图如下： 主要特性：与 MCS-51 兼容；4K 字节可编程 FLASH 存储器；寿命：1000 写/擦循环； 数据保留时间：10 年 全静态工作：0Hz-24MHz ； 三级程序存 储器锁定；1288 位内部 RAM ；32 可编程 I/O 线；两个 16 位定时器/计数器； 5 个中断源；可编程串行通道； 低功耗
14、的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟 电路；直流电机转速测量/控制 5）使用光电开关测速 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 10 10 11 11 12 12 13 13 14 14 15 15 16 16 DD CC BB AA Title NumberRevisionSize A0 Date:2005-12-19Sheet of File:F:InovationSTAR.SCHDOCDrawn By: 8550 Q4 4.7K R28 VCC REV 1 2 3 4 GP2S05 OP1330 R16 4.7K R20 1 2 JP4 470 R8 D
15、S4 VCC 12 SN74LS14N U7A 34 SN74LS14N U7B M 机机机机 CTRL DS8 DS9 DS10 330 R19 330 R17 330 R18 LIGHT CTRL：控制电压(DAC0832 经功放电路提供)输入； REV：光电开关脉冲输出(用于转速测量)； LIGHT：低电平点亮发光管。 第 页 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 9 - 3 3、 软件设计软件设计 主程序设计： 主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度初始值，这个初始 值与测速电路送来的值相比较得到一个误差值，然后用 PID 增量式算法输出控 制系数给 PWM 发生电路改变波形
16、的占空比，进而控制电机的转速。 主程序流程图如下： 第 页 西安工业大学课程设计（论文）用纸 - 10 - 五、实验总结：五、实验总结： 计算机控制技术的课程设计相比硬件的课程设计，简直难了不止一个档次， 作为主要的编程人员，当我实际要去控制一个物体的时候，我才知道自己以前 学的知识有多么的不牢固，不过真真正正的去做一个实物控制程序的时候，才 能真切的体会到以前书本上学的知识是如何运用到实际的，我基本上可以说是 为了应付考试勉勉强强学了一些，这次实际做到项目设计后，才理解其真正的 含义。 还有本次项目，我们采用了 LCD 显示屏作为显示单元，比 LED 数码管复杂， LCD 液晶显示屏这也是以前没有运用到过的，所以总体来说，这次课程设计带 给我的不仅仅是旧知识的复习，还有新的探索。 本课程设计得以完成，首先要感谢秦刚老师，因为课程设计在他的悉心指 导下才能顺利完
