【正文】 ....................................................... 1 課題研究背景 ......................................................................................................... 1 課題研究方法 ......................................................................................................... 2 第二章 8051 單片機(jī)簡(jiǎn)介 ........................................................................................................ 3 單片機(jī)概述 ............................................................................................................. 3 8051 單片機(jī)引腳圖及引腳功能 ............................................................................ 4 8051 單片機(jī)的特點(diǎn)及基本組成 ............................................................................ 5 8051 單片機(jī)中央處理器模塊及內(nèi)部結(jié)構(gòu) ............................................................ 7 8051 單片機(jī)的片外總線結(jié)構(gòu)及并行 I/O 口 ....................................................... 10 第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ................................................................................................... 13 總體方案設(shè)計(jì) ......................................................................................................... 13 直流電機(jī)的工作原理和調(diào)速方法 ......................................................................... 14 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................................. 16 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 ......................................................................................................... 18 數(shù)碼管顯示電路 ..................................................................................................... 19 第四章 PWM 信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì) ......................................................................................... 20 脈寬調(diào)制 (PWM)的基本原理 ............................................................................... 20 PWM 波形發(fā)生電路 ............................................................................................. 22 PWM 脈沖波的產(chǎn)生 ............................................................................................. 23 干擾問(wèn)題的處理 ................................................................................................... 23 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 25 主程序設(shè)計(jì) ........................................................................................................... 25 PID 算法 ................................................................................................................ 26 源程序 ................................................................................................................... 27 結(jié)論 ......................................................................................................................................... 36 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 37 致謝 ......................................................................................................................................... 38 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 課題研究背景 在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔谩? 本設(shè)計(jì) 分析了 對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行速度測(cè)量的原理， 采用了 PWM 技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)對(duì)占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。 關(guān)鍵詞 單片 機(jī) ； 直流電機(jī)； PWM； PID 算法 Abstract This paper introduces the DC motor speed control system based on 8051 single chip puter, and determines the basis scheme of this system. The system takes 8051 single chip puter as a core device,DC motor as a plant,4*4 keyboard matrix as an input device, LED as an output device ,then this system can achieve the operation of the startstop, speed and direction. This design analyzes to carry on the principle of the speed measures to the DC motor, uses the PWM technology to control the motor, and through the putation of dutyfactor to achieve the precise velocity modulation to get the goal. Measured the motor39。 以后又出現(xiàn)了晶閘管、 MOSFET， IGBT 等為主 控元件的調(diào)速裝置 。 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 2 當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，一個(gè)以微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為先導(dǎo)的，以信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)為中心的信息革命方興未艾。 沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，可靠性高，靈活性好，開(kāi)發(fā)較為容易。 單片機(jī)按照其用途可分為通用型和專(zhuān)用型兩大類(lèi)。MCS48 的推出是在工控領(lǐng)域的探索，參與這一探索的公司還有 Motorola、 Zilog 等都基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 4 取得了滿意的效果。隨著單片機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域全面、深入地發(fā)展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強(qiáng)運(yùn)算能力的 8 位 /16 位 /32 位通用型單片機(jī)，以及小型廉價(jià)的專(zhuān)用型單片機(jī)。 地址鎖存允許 ALE： 系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制地址鎖存器鎖存 P0 口輸出的低 8 位地址，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)與低位地址的復(fù)用。（ 2）片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 和特殊功能寄存器 SFR。執(zhí)行一條指令需要多長(zhǎng)時(shí)間則以機(jī)器周期為單位。 2) 單片機(jī)時(shí)鐘電路通常有兩種形式 ， 如圖 25 所示 。運(yùn)算部件的功能是 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的算術(shù)邏輯運(yùn)算、位變址處理和數(shù)據(jù)傳送操作。從功能上看，它與一般微機(jī)的累加器相比沒(méi)有什么特別之處，但需要說(shuō)明的是 ACC 的進(jìn)位標(biāo)志 Cy 就是布爾處理器進(jìn)行位操作的一個(gè)累加器。 3)程序存儲(chǔ)器 ROM 。 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM： 當(dāng)片 內(nèi) RAM 不能滿足數(shù)量上的要求時(shí)，可通過(guò)總線端口和其他 I/O 口擴(kuò)展外部 RAM，其最大容量可達(dá) 64KB 字節(jié)。 系統(tǒng)總線 是 指同一臺(tái)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部各部件之間進(jìn)行通信的總線 。 （ 3）控制總線（ CB）： 用來(lái)傳輸全機(jī)的控制信號(hào) 。 圖 28 P0口的結(jié)構(gòu)圖 P1 口 （ ～ ） 是一個(gè)準(zhǔn)雙向 I/O 口，它只能作為通用 I/O 口使用，沒(méi)有第二功能。 P3 端口和 Pl端口的結(jié)構(gòu)相似，區(qū)別僅在于P3 端口的各端口線有兩種功能選擇。由于受單片機(jī) I/O 口的限制。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)起來(lái)。例如在機(jī)組供電調(diào)速系統(tǒng)中，只要改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流場(chǎng)，便可改變發(fā)電機(jī)的輸出電壓 dU ，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 。在這種調(diào)速方法中，由于電動(dòng)機(jī)在任何轉(zhuǎn)速下磁通和等效電阻都不變，只是改變電動(dòng)機(jī)的供電電壓，因而在額定電流下，如果不考慮低速通風(fēng)惡化的影響 (也就是說(shuō)假定電動(dòng)機(jī)是強(qiáng)迫通風(fēng)或?yàn)榉忾]的自冷式 )，則不論在高速還是低速下，電動(dòng)機(jī)都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，故稱(chēng)這種調(diào)速方法為恒定轉(zhuǎn)矩調(diào)速，這是它的一個(gè)極為重要的特點(diǎn)。轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)據(jù)送三態(tài)緩沖鎖存器，同時(shí)發(fā)出 EOC 信號(hào)。 （ 2） D/A 轉(zhuǎn)換接口電路的設(shè)計(jì) D/A 轉(zhuǎn)換 采用 DAC0832 芯片 來(lái)實(shí)現(xiàn)。 圖 39 轉(zhuǎn)速測(cè)量電路 原理圖 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 19 當(dāng)紅外發(fā)射管與紅外接收管之間被直流電機(jī)光柵轉(zhuǎn)盤(pán)的不透明部分遮擋時(shí)，紅外接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時(shí)圖中的 SPEED 輸出高電平。 PWM 脈寬調(diào)制，是靠改變脈沖寬度來(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期來(lái)控制其輸出頻率。 圖 42 沖量相同的各種 窄脈沖的響應(yīng)波形 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 21 面積等效原理： 分別將 圖 42 所示 電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（ RL 電路）上，其輸出電流 ??ti 對(duì)不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖 43 所示。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開(kāi)的時(shí)候。 圖 46 PWM波形產(chǎn)生電路 基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 23 在 圖 46 中 ， 1U 和 2U 為兩片 4 位比較器 74LS85， 3U 為 8 位的計(jì)數(shù)器。它是最早期的方式，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰了。 (4)利用 單片機(jī)的 PWM 接 口 。如有可能，接地線寬在 2mm 以上為好。 PID 控制算法簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可靈活 改變，技術(shù)成熟，可靠性高，在線性連續(xù)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用