直流電機(jī)調(diào)速仿真課程設(shè)計報告及單片機(jī)匯編程序

ID:222820 · 發(fā)表于 2017-7-27 17:15

電氣工程學(xué)院

單片機(jī)課程設(shè)計報告

班級：電134

姓名：王*旭

學(xué) 號：1312021108

設(shè)計題目：直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

設(shè)計時間：12.22~12.28

評定成績：

評定教師：

摘要：

近年來，隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣；需要能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的放大應(yīng)運而生。

本課程設(shè)計主要是通過按鍵調(diào)整PWM信號實現(xiàn)直流電機(jī)的調(diào)速。并實現(xiàn)電路仿真。設(shè)計中，采用了AT89C51單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動模塊，實現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算和顯示。

設(shè)計要求 ……………………………………………………… 4

總體方案 ……………………………………………………… 5

硬件設(shè)計 ……………………………………………………… 7

軟件設(shè)計 ……………………………………………………… 8

調(diào)試過程 ……………………………………………………… 11

設(shè)計總結(jié) ……………………………………………………… 13

其他 ……………………………………………………… 14

設(shè)計要求

直流電機(jī)調(diào)速控制

實現(xiàn)具有電機(jī)速度設(shè)定、控制及顯示的調(diào)速系統(tǒng)，功能及指標(biāo)如下：

電機(jī)控制

要求電機(jī)能進(jìn)行速度設(shè)定，速度調(diào)控以及正反轉(zhuǎn)功能

數(shù)碼管顯示

數(shù)碼管的顯示要準(zhǔn)確，不可出現(xiàn)異常符號

鍵盤的輸入

本設(shè)計方案中采用鍵盤輸入，要求繪圖連線準(zhǔn)確，按鍵無異常響應(yīng)

程序要求

程序應(yīng)盡可能的模塊化，對每個模塊的功能及作用進(jìn)行標(biāo)注

繪圖

繪圖的功能要全面，連線盡量少交叉，整體美觀。

總體方案

2.1 文獻(xiàn)綜述

直流電機(jī)的調(diào)速方法

電樞回路串電阻調(diào)速：調(diào)速平滑性差，低速時損耗大、效率低，串入電阻值越大穩(wěn)定性越差
降低電源電壓調(diào)速：調(diào)速平滑性好，調(diào)速前后機(jī)械斜率不變穩(wěn)定性好調(diào)速范圍廣，調(diào)速損耗小調(diào)速經(jīng)濟(jì)性好。
改變勵磁磁通調(diào)速：調(diào)節(jié)平滑，勵磁電流小能量損耗小經(jīng)濟(jì)性好，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。

芯片選擇：DA芯片、mc1413芯片、uln2003芯片等等

分析：在直流電機(jī)調(diào)速方法中，從性能上選擇，應(yīng)選降低電樞電壓調(diào)速和改變勵磁磁通調(diào)速。但從實行的難易程度上看應(yīng)選擇降低電源電壓調(diào)速。

在芯片的選擇上，DA芯片、mc1413芯片和uln2003芯片。前者為數(shù)字模擬量轉(zhuǎn)換芯片，后兩者功能均為放大電壓和電流。這三個芯片均可以設(shè)計直流電機(jī)的調(diào)速控制。從成本上考慮，DA芯片價格超后者，后兩者功能都較為相似，但ULN2003便宜少許所以選擇ULN2003芯片。

2.2 方案設(shè)計

本方案基于性價比高的原則來設(shè)計。通過按鍵控制PWM信號占空比控制輸入電壓的幅值來控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使用ULN2003芯片來驅(qū)動電機(jī)。

按鍵：按鍵分為停止鍵，1~10檔位調(diào)節(jié)，正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)及每個檔位上的轉(zhuǎn)速微調(diào)

數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速：由占空比計算得轉(zhuǎn)速并加以顯示在數(shù)碼管上

PWM信號：PWM信號占空比控制輸入電壓的幅值

ULN2003驅(qū)動電路：ULN2003 放大信號通過H橋電路來驅(qū)動電機(jī)可正反轉(zhuǎn)

直流電機(jī)：被控制對象

單片機(jī)：用于接收按鍵值處理并發(fā)出相應(yīng)的PWM信號以及顯示轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上

三、硬件設(shè)計

3.1 電路原理圖

3.2 器件選擇

考慮單片機(jī)無法驅(qū)動直流電機(jī)所以用了ULN2003這個放大電壓的芯片，因為ULN2003最高輸出電壓為50V完全可以滿足所選擇電機(jī)。且在設(shè)計中需要正反轉(zhuǎn)，所以電路選擇了H橋電路通過切換輸出PWM信號的端口可實現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。

F0為輸出高電平還是低電平的標(biāo)志位

JG為定義的數(shù)組

JG與JG+1里面分別存儲了PWM信號高電平與低電平的次數(shù)

FLAG 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志位

IS_BUFF數(shù)碼管緩沖顯示單元首地址

鍵盤主要是用線反轉(zhuǎn)法，先給列線全賦0，行線全賦1.有行按下，對應(yīng)行為0,。同理再給列線全賦1，行線全賦0。哪一列為0則為該列按下。由此可得是哪一個鍵按下

ULN2003：

ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003 采用DIP—16 或SOP—16 塑料封裝。

它是雙列16腳封裝,NPN晶體管矩陣,最大驅(qū)動電壓=50V,電流=500mA,輸入電壓=5V,適用于TTL COMS,由達(dá)林頓管組成驅(qū)動電路。 ULN是集成達(dá)林頓管IC,內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE 約1V左右，耐壓BVCEO 約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動ULN2003時，上拉2K的電阻較為合適，同時，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。

五、調(diào)試過程

5.1 軟硬件調(diào)試

用Proteus跟Keil聯(lián)調(diào)。將Proteus跟Keil設(shè)置好以后，先運行寫的程序，沒有錯誤后進(jìn)入DEBUG模式，點擊運行Proteus做出響應(yīng)。

遇到的問題：

在仿真過程中我發(fā)現(xiàn)按鍵電機(jī)轉(zhuǎn)速并未有變化。在進(jìn)行聯(lián)調(diào)后，按下按鍵，單步運行發(fā)現(xiàn)鍵盤程序始終在按鍵掃描部分跳轉(zhuǎn)，修改了程序，解決了問題。

5.2 運行效果

電機(jī)停轉(zhuǎn)

電機(jī)正60轉(zhuǎn)

電機(jī)反轉(zhuǎn)150轉(zhuǎn)

六、設(shè)計總結(jié)

通過本次設(shè)計，加強了我對知識的掌握，使我對設(shè)計過程有了全面的了解。為了完成這次設(shè)計，我查閱了相關(guān)資料，學(xué)會了許多知識，培養(yǎng)了我獨立解決問題的能力。同時在對電路設(shè)計的過程中，鞏固了我的專業(yè)知識，使我受益匪淺。

這次的設(shè)計也有不足之處。在測量轉(zhuǎn)速上，我并未用反饋的方法來顯示轉(zhuǎn)速，而是通過計算得到轉(zhuǎn)速。這使得轉(zhuǎn)速與真實值有一定的偏差。這主要是因為我一開始所做的準(zhǔn)備工作不充分。并未注意到這一部分。這是本次設(shè)計給我教訓(xùn)，在以后的工作中一定要對課題做好充分的了解以及準(zhǔn)備工作。