《单片机课程设计 用单片机控制直流电动机并测其转速》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机课程设计 用单片机控制直流电动机并测其转速（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单片机原理及应用课程设计报告书课题名称 用单片机控制直流电动机并测其转速姓 名学 号专 业指导教师机电与控制工程学院年月日任务书用单片机控制直流电动机并测其转速主要硬件：A/D转换芯片ADC0809 ； AT89C51芯片设计要求：(1) 通过改变 A/D 输入端可变电阻来改变 A/D 的输入电压 ，D/A 输入检测量大小，进而改变直流电动机的转速；(2) 手动控制：在键盘上设置两个按键 直流电动机加速 键；直流电动机减速键。在手动状态下，每按一次键，电动机的转 速均按照约定的速率改变；(3) 用显示器显示的数码移动的速度，来及时的形象的跟踪直流电 动机转速的变化情况；(4) 直流电动机双极性
2、控制：00H逆时针转最快，80H停止, FFH 顺时针转最快；(6)键盘列扫描(4x6)。目录1、绪论12、方案论证23方案说明54、硬件方案设计55、软件方案设计86、调试107、结论. 118、参考文献129、附录131、绪论在现代工业自动化高度发展的时期，几乎所有的工业设备都离不开电 机，形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题 是，如何更好地控制电机，对于不同的场合，对电机的控制要求是不同 的，但大部分都会涉及到直流电机的转速测量，从而利用转速来实施对 直流电机的控制。直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标，在各个应用场合都 有重要的研究价值，例如在发动机，电动机
3、，机床主轴等旋转设备的试 验运转和控制中，常需要分时或连续测量，显示其转速及瞬时速度等， 转速是其他大部分技术参数的计算来源，因此，准确测量直流电动机的 转速具有重要的研究意义和理论价值。目前，对直流电动机的速度检测方法很多，从整体上可分为模拟检测 和数字检测方法。模拟检测：即利用测速电机作为发电机，通过检测反电势 E 的大小和 极性可得到转速 N 和电机转向，采用这种方法直接可以得到转速 N 和输 出电压的特性曲线，直观，但也有很多不足，比如在高速和低速情况下 实际输出偏离理想特性。数字检测技术：即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机 转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三
4、个同心圆，最外 环和次外环分别用等距的黑白条纹分开，且最外环和次外环的缝隙位置 相位差为 90 度，用于判断电机的转速，最内环只有一个黑条纹，用作定 位脉冲或者是复位脉冲，利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速，具 体的又可分为M法，T法和MT法。此外，市场上已经有了技术成熟的电机测速装置，如利用霍尔元件设 计制作的直流电机测速仪等，凭借其精度高，稳定性好等优势占有重要 的一席之地。而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。 主要要求是通过测速直流发电机作为传感器，检测直流电机的转速，并 输出与转速相关的电压，通过 ADC0809 芯片将测速发电机输出电压转 换成电压的数字信号
5、。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号 进行处理，得到转速，并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从 转速检测到数据处理到显示的一整套功能。2、方案论证1.1 控制芯片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，经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。 一简介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
6、的 MCS-51 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。二 AT89C51 引脚图如下：U1S_L_XTAL1XTAL2尺STPSFIJALE武PO.O/ADO PO.irADI P0.2/AD2 PO.37AD3 P0.4rAD4 P0.5/AD5 PO.e/ADBP0.7rAD7F2Q/A8P2.VA9 P2:2JA1 0 P 逍A11 P2.4/A12 P2：5/A1, P 2.61 4 P2:7/A1 5.Q1.23.4.5.6
7、P3.QXDP3.1/TXE：P3.2/1NKTP3.3/1NT1P3.4/TOP3.:5fJ_Pa.6/WFP3.7D_AT89C51图 1-1AT89C51 引脚图三.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128x8位内部RAM32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的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路1.2 测速直流发电机一简介直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电 压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和 计算机
8、技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出 电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影 响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3）不灵敏区要 小。二分类直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕 组接成他励，永磁式采用矫顽力高的磁钢制成磁极。由于永磁式不 需另加励磁电源，也不因励磁绕组温度变化而影响输出电压，故应 用较广。三输出特性根据已经学过的直流发电机的工作原理知，电刷两端的感应电 势：E C 6i=K n（21）a= e e（2-1）由上可知：1.电刷两端的感应电势与电机的转速成正比； 2.直 流发电机能够把转速信号换成电势信号，从而用来
9、测速。他励测速发电机接线图如下：图 1-2 他励测速发电机接线图在上图正方向得：Ua=Ea-IaRa2-2)Ia=Ua/RL2-3)负载时测速发电机的输出电压为：（2-4）本课题选用 55CY61 系列他励测速发电机，主要参数如下：最大输出电压V最大转速r/min负载电阻Q重量kg40200020000.95根据负载时测速发电机的输出电压公式知，直流测速发电机的输出电压与转速成正比，即Ua=Cn。采用55CY61时，最大转速2000r/min a时最大输出电压为40v,因此C=50.由于 ADC0809 要求输入模拟电压信号在 05v 之间，因此需要有 滑动变阻器进行电压范围调整，调整后输入到
10、 ADC0809 的电压值缩小 倍数为K=8。例如，当检测到电压值为U=1V时，对应的转速为： n =U*K*C=1*8*50=400r/min再将运算后的 n 值用数码管显示出来即可。1.3模数转化器件ADC0809一简介ADC0809 是美国国家半导体公司生产的 CMOS 工艺8 通道，8 位逐 次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据 地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D 转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。二引脚图图1-3 ADC0809 引脚图ADC0809各脚功能如下：D7-D0： 8位数字量输出引脚。IN0-IN7:
11、 8位模拟量输入引脚。VCC： +5V工作电压。GND :地。VREF（ +）：参考电压正端。VREF（-）：参考电压负端。START： A/D转换启动信号输入端。ALE：地址锁存允许信号输入端。（以上两种信号用于启动A/D转换）.EOC：转换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结 束时为高电平。OE：输出允许控制端，用以打开三态数据输出锁存器。 CLK：时钟信号输入端（一般为500KHz）。A、B、C：地址输入线。三.主要特性1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。2）具有转换起停控制端。3）转换时间为lOOps（时钟为640kHz时），130ys （时钟为500kHz
12、时）4）单个+5V电源供电5）模拟输入电压范围0+5V,不需零点和满刻度校准。6）工作温度范围为-40+85摄氏度7）低功耗，约15mW。四分辨率ADC 的分辨率是指使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电 压的变化量。常用二进制的位数表示。 A/D 转换器的位数决定着信号采 集的精度和分辨率。8为A/D转换器的精度为：1/28=0.39%因此，输入为 05v 时，分辨率为：5/（28-1） =0.0196V五工作时序图 4 所示是 ADC0809 的工作时序图。从该时序图可以看出，地址锁存信号ALE在上升沿将三位通道地址锁存，相应通道的模拟量经 过多路模拟开关送到A/D转换器。启动信号ST
13、ART上升沿复位内部电 路，START的下降沿启动转换，此时转换结束信号EOC呈低电平状态, 由于逐位逼近需要一定过程，所以，在此期间，模拟输入量应维持不变， 比较器要一次次比较，直到转换结束，此时变为高电平。若 CPU 发出输 出允许信号OE（输出允许为高电平），则可读出数据。另外，ADC0809 具有较高的转换速度和精度，同时受温度影响也较小。X曙 JTHLrLrLTLrm厂LTLTLTLSTABLEmsTAM斗 LTPLTS 魏褶谶出M3.-CTNFlT iLlZkSQEEWH fttfi 图 1-4 ADC0809 的工作时序图六.A/D转换器的其他技术指标1.量化误差ADC 把模拟量
14、变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过 程称为量化。量化误差是 ADC 的有限位数对模拟量进行量化而 引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚 至无穷大。一个分辨率有限的 ADC 的阶梯状转换特性曲线与具 有无限分辨率的 ADC 转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即 是量化误差。2. 偏移误差偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有 时又称为零值误差。假定 ADC 没有非线性误差，则其转换特性 曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对 应的输入电压值就是偏移误差。3. 满刻度误差满刻度误差又称为增益误差。 ADC 的满刻度误差是指满刻度输 出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差。4.线性度 线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的转换特性与 理想直线的最大偏差。5. 绝对精度在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模 拟输入之差的最大值，称为绝对精度。对于 ADC 而言，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。6. 转换速率ADC 的转换速率是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。 而完成一次 A/D 转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒 数。第 2章 系统设计2.1 系统方框图测速直流发电机检测速度coAD809模数转换AT89C51四位数码管
