【正文】 一章 設(shè)計(jì)的總體思想 本設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)是利用單片機(jī)來控制直流電動(dòng)機(jī) , 并設(shè)計(jì)其硬件電路，包括直流電機(jī)雙向控制電路，轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路，波形整形電路、轉(zhuǎn)速 顯示電路、 RS232通信電路。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題 目： 基于 CVI 可視界面的直流電機(jī) 測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 二級(jí)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 I 目 錄 摘要 ........................................... III ABSTRACT ......................................... IV 第一章 設(shè)計(jì)的總體思想 .............................. 5 第二章 直流電動(dòng)機(jī) ................................ 2 直流電機(jī)的概述 .................................... 2 第三章 LABWINDOWS/CVI 的簡(jiǎn)介 ........................ 5 虛擬儀器的簡(jiǎn)介 ................................... 5 虛擬儀器的結(jié)構(gòu) ................................... 5 LABWINDOWS/CVI 編程語言 ............................. 7 第四章 硬件設(shè)計(jì) .................................... 8 硬件的簡(jiǎn)介 ....................................... 8 設(shè)計(jì)原理圖各部分的說明 ........................... 11 直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn) .................. 11 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法 ....................... 11 直流電動(dòng)機(jī)的控制方法 ......................... 13 RS232 通信電路 .................................. 14 串行通信與 并行通信 ........................... 14 異步串行通信的數(shù)據(jù)傳送格式 ................... 15 RS232接口電路圖及其功能說明 .................. 16 第五章 直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與檢測(cè)的軟件的設(shè)計(jì) ............ 19 直流電動(dòng)機(jī)的 PWM程序設(shè)計(jì) ......................... 19 直流電動(dòng)機(jī)的檢測(cè)子程序 ........................... 21 串口通信的程序 ................................... 22 第六章 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) ........................... 25 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 目錄 II CVI 界面的設(shè)計(jì) .................................. 25 串口參數(shù)選擇 .................................... 25 電機(jī)的控制 ...................................... 29 調(diào)試好的 CVI 界面 ................................ 31 結(jié)論 ............................................ 32 參考文獻(xiàn) ......................................... 33 致謝 ............................................ 35 附錄 ............................................ 36 附錄一 直流電動(dòng)機(jī)控 制的總體原理圖 .................... 36 附錄二 直流電動(dòng)機(jī)控制的程序 ......................... 36 附錄二： CVI 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) ......................... 40 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 摘要 III 基于 CVI 可視界面的直流電機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要 直流電動(dòng)機(jī)由于具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性 能，適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速等特點(diǎn)，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。其中單片機(jī)負(fù)責(zé)底層的對(duì)電機(jī)的 PWM 控制，分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速分為低速、中速、高速。 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示： 圖 1 設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖 PWM 輸出 89S52 單片機(jī) 功率驅(qū)動(dòng)器 整形電路 顯示波形 直流電機(jī) 轉(zhuǎn)速的控制 光電 傳感器 CVI上位機(jī) RS232 方向的控制 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第二章 直流電動(dòng)機(jī) 2 第二章 直流電動(dòng)機(jī) 直流電機(jī)的概述 在現(xiàn)實(shí)生活中，直流電動(dòng)機(jī)較為常見，因?yàn)榇蟛糠值碾妱?dòng)玩具 中使用的都是直流電動(dòng)機(jī)，這一類直流電動(dòng)機(jī)體積小、功率低、轉(zhuǎn)速高，在一些比較小的場(chǎng)合十分適用，但它的特性與大型直流電動(dòng)機(jī)十分相似。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異。電樞由漆包線纏繞在特殊形狀的鐵氧體上構(gòu)成，換向器是電樞繞組的線圈引出端，通常情況下，直流電動(dòng)機(jī) 有 3個(gè)繞組，那么換向器就有 3個(gè)，由于換向器的存在，使得電樞繞組內(nèi)的電流在不同 的磁極下電流的方向不同，從而保證直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。i為導(dǎo)體中流過的電流。因?yàn)橹绷麟?動(dòng) 機(jī)本身的機(jī)械摩擦（例如軸承的摩擦、電刷和換向器的摩擦等）和電樞鐵芯中的渦流、磁滯損耗都要引起阻轉(zhuǎn)矩，此轉(zhuǎn)矩用 T0表示。 當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)及負(fù)載具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，將產(chǎn)生慣性轉(zhuǎn)矩 Tj，即： Tj=Jdω /dt 式中， J為負(fù)載和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ω 為電動(dòng)機(jī)的角速度； dω /dt為電動(dòng)機(jī)的角加速度。出現(xiàn) N=0的情況有兩種：一種是直流電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的瞬間；另一種情況是電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，即當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，如果外加阻轉(zhuǎn)矩過大，造成直流電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。虛擬儀器的目的是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大資源使硬件技術(shù)軟件化，分立元件模塊化，降低程序開發(fā)的復(fù)雜程度，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能和靈活性。 虛擬儀器通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理 能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能 力結(jié)合在一起，大大降低了儀器硬件的成本，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理功能。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn) ，符合國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì)。近年來，由于多層電路板、可編程儀器放大器、即插即用、系統(tǒng)定時(shí)控制器、多數(shù)據(jù)采集板實(shí)時(shí)系統(tǒng)集成總線、高速數(shù)據(jù)采集的金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 Labwindows/CVI 的簡(jiǎn)介 6 雙緩沖區(qū)以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳送的中斷、 DMA（直接存儲(chǔ)器存?。┑燃夹g(shù)的應(yīng)用，使得最新的數(shù)據(jù)采集卡能保證儀器級(jí)的高準(zhǔn)確度與可靠性。驅(qū)動(dòng)軟件有如下的基本功能。 ④ 在磁盤上存取數(shù)據(jù)流。 虛擬儀器硬件系統(tǒng)包括 GPIB()、 VXI、插入式數(shù)據(jù) /圖像采集板、串行通信與網(wǎng)絡(luò)等幾類 I/O接口。 Labwindows/CVI的一般特性： ① 提供了標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)庫(kù)和交互式函數(shù)面板。 ⑤ 可創(chuàng)建和編輯 NIDAQmx任務(wù)。片上 Flash存儲(chǔ)器允許程序存儲(chǔ)器 ISP可編程，亦適于常規(guī)編程器?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作；掉電保護(hù)模式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時(shí) ,被定義為高阻輸入。 P1口管腳寫入 1后 ,被內(nèi)部上拉為高 ,可用作輸入 ,P1口被外部下拉為低電平時(shí) ,將輸出電流 ,這是由于內(nèi)部上拉的緣故。這是由 于內(nèi)部上拉的緣故。 P3口： P3口管腳是 8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口 ,可接收輸出 4個(gè) TTL門電流。 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四 章 硬件設(shè)計(jì) 10 TXD（串行輸出口） 。 T1（記時(shí)器 1外部輸入） 。 RST：復(fù)位輸入。當(dāng) 89C51 上電正常工作后， ALE 引腳不斷向外輸出正脈沖信號(hào)，此頻率位振蕩器頻率 fosc 的 1/ CPU 訪問 片外 存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位 地址 的控制信號(hào) 。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行 MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。此引腳的第二功能 /PROG 在對(duì)片內(nèi)帶有 4KBFLASH ROM 的 89C51編程寫入（固化程序）時(shí)，作為編程脈沖輸入端。 /EA/VPP： 外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓 輸入端。 當(dāng) /EA 端保持高電平時(shí)， CPU 則執(zhí)行 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 中的程序 。在采用外部時(shí)鐘時(shí)，則該引腳輸入外部時(shí)鐘脈沖。 設(shè)計(jì)原理圖各部分的說明 直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn) 本設(shè)計(jì)采用晶體三極管來控制直流電動(dòng)機(jī)的正、反 轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)，原理圖如 圖 6所示： 圖 6 直流電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及停轉(zhuǎn)的原理圖 當(dāng) PWM1為高電平 ,PWM2為低電平時(shí)，三 極管 Q Q Q6均導(dǎo)通 ， 使得直流電動(dòng)機(jī)正 轉(zhuǎn)，同理，當(dāng) PWM1為低電平 ,PWM2為高電平時(shí)，直流電動(dòng)機(jī)反 轉(zhuǎn)。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速檢測(cè)方法 在應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行部件時(shí)，如果要很好地控制直流電動(dòng)機(jī)，首先要知道直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 透射式光電傳感器是將砷化鎵紅外發(fā)光管和硅光敏三極管等，以相對(duì)的方向裝在中間帶槽的支架上。為了能夠讓單片機(jī)準(zhǔn)確識(shí)別光電傳感器輸出的信號(hào)，可以在傳感器的輸出端連接一個(gè)具有施密特觸發(fā)特性的器件或是連接一個(gè)比較器。 電壓調(diào)節(jié)的兩種方法 ： D/A轉(zhuǎn)換器輸出法和 PWM輸出法。當(dāng) PWM的周期較長(zhǎng)，占空比較小時(shí)，在一個(gè)周期內(nèi)加載 在直流電動(dòng)機(jī)兩端電壓的時(shí)間為100ms，而電動(dòng)機(jī)失去電壓的時(shí)間為 900ms，在這段時(shí)間內(nèi)，電動(dòng)機(jī)線圈繞組內(nèi)的電流已經(jīng)釋放完畢（當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，線圈繞組的性質(zhì)顯現(xiàn)為阻性，感性較少），電動(dòng)機(jī)在內(nèi)部繞組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 下將繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)，如果負(fù)載的轉(zhuǎn)矩較大，那么此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速跌落很快，甚至出現(xiàn)停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象， 只有下一個(gè) PWM周期到來 時(shí)，電動(dòng)機(jī)才能重新轉(zhuǎn)動(dòng)起來，如此循環(huán)。 A/D采樣電路 就是串行通信的一個(gè)應(yīng)用，當(dāng)然串行通信還包括許多其他的通信形 MCU MCU 或 外圍電路 D1 D2 Dn 狀態(tài) 控制 D0 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四 章 硬件設(shè)計(jì) 15 式，比如 RS23 CAN總線等。同步串行通信應(yīng)用在傳輸速度要求較高的場(chǎng)合，通信開始時(shí)需要同步信息，對(duì)收發(fā)兩端時(shí)間要求嚴(yán)格，這些條件局限了同步串行通信的應(yīng)用。 空閑位和起始位：當(dāng)通信線上沒有數(shù)據(jù)傳送時(shí)就處于空閑狀態(tài)，通信線上保持邏輯電平“ 1”，即相當(dāng)于發(fā)送端不斷發(fā)送空閑位“ 1”，當(dāng)發(fā)送端要發(fā)送一個(gè)字符數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)出一個(gè)邏輯“ 0”信號(hào)，這個(gè)低電平就是起始位，接收端檢測(cè)到這個(gè)邏輯低電平后，就開始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位信號(hào)，所以起始位就表示字符傳送開始，起始位