微机原理及应用 课 程 设 计
题 目：专 业：班 级：姓 名：成 绩：
直流电机控制 数控技术 学号：
年 月 日
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[目 录]
第一章 概述………………………………………………………………… 1
第二章 直流电机硬件电路设计及描述…………………………… 2
2.1直流电机的结构…………………………………………………… 2 2.2直流电机的工作原理……………………………………………… 2 2.3电磁关系…………………………………………………………… 2 2.4直流电机主要技术参数…………………………………………… 2 2.5直流电机的类型…………………………………………………… 3 2.6直流电机的特点…………………………………………………… 3
第三章 软件设计流程 ………………………………………………… 3
3.1程序设计流程图…………………………………………………… 3 3.2总电路功能介绍…………………………………………………… 4 3.3直流电机转速……………………………………………………… 4 3.4电机驱动模块的电路设计………………………………………… 4
第四章 源程序…………………………………………………………… 6
第五章 总 结……………………………………………………………12
参考文献………………………………………………………………………12
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第一章 概述
直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流
发电机)的旋转电机。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。
为了推广直流电机在化工领域的使用，由于直流电机的功能已得到很大提 高，因此更为人性化的设计势必在操作和显示方面。直流电机直流电动机调速控 制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进 行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制容易实现，并可通单片机，直 流电机驱动芯片和开关元件来实现，所以本课题采用此法。同时考虑到以前的直 流电机只能通过数码管来进行简单地显示转速，且不能清楚的了解其转向，而 LCD 液晶显示器可以弥补这一点，并且还添加一些更为人性化的提示，这是以 前的数码管所不能代替的，这必将是一个新的趋势。
直流电机的主要功能非常广泛，例如：军事 和宇航方面的雷达天线，火炮瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得 跟踪等控制；工业方面的各种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械，绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机，传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。
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第二章 直流电机硬件电路设计及描述
2.1直流电机的结构
直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。
N － E ＋ S － E ＋ N S 2.2直流电机的工作原理 直流电机电路模型，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。 ＋ U 2.3电磁关系
直流电 流 交流电流 电磁转矩 （拖动转矩） 机械负 载 N ＋ S U N S
反电动势 第 - 4 - 页 共 15 页
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2.4直流电机主要技术参数
直流电机的主要额定值有：
额定功率Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。 额定电压Ue：长期运行的最高电压。 额定电流Ie：长期运行的最大电流。 励磁电流If：施加到电极线圈上的电流。
额定转速n：单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位。
2.5直流电机的类型
直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。下面以直流电动机作为研究对象。
2.6直流电机的特点
通过电刷间的电流与导体电流的性质不同；通过电刷电流为直流电流，导体电流为交变电流；电枢电势与电流反方向，称为反电势。电磁转矩的方向与电机的转向相同，为驱动转矩。作为电动机运行：在直流电机的两电刷端上加上直流电压，电枢旋转，拖动生产机械旋转，输出机械能；作为发动机运行：用原动机拖动直流电机的电枢，电刷端引出直流电动势，作为直流电源，输出电能。
第三章 软件设计流程
3.1程序设计流程图
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定时中断服务初始设置 设置一定的周期0FF00H将从键盘(中断)读取的数据送到TH0中,从而设置脉宽通过定时中断不停给电机驱动芯片输出脉冲 RETI 定时中断服务流程图
3.2总电路功能介绍
直流电机PWM调制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能，并通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。
3.3直流电机转速
直流电机的数学模型可用下图表示，由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反，Ea为反电动势；电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同，是拖动转矩；轴上的机械负载转矩T2及空载转矩 T0均与n相反，是制动转矩。 U
I T1 n Ea T2 T0 Rc ra Φ
直流电机的数学模型
根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式1.1：
说明: U ………………> 电压 Ea ……… >电枢电动势 n …………………>转速 I………………>电枢电流 ra ……… >电枢回路电阻 Rc……… >外在电枢电阻 T1，T2………>负载转矩 T0………… > 空载转矩 Φ………………> 磁通量 第 - 6 - 页 共 15 页
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U=Ea-Ia（Ra+Rc）
式1.1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和； Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。 由此可得到直流电机的转速公式为：
n =Ua-IR/CeΦ
式1.2中，Ce为电动势常数，Φ是磁通量。 由1.1式和1.2式得
n =Ea/CeΦ
由式1.3中可以看出，对于一个已经制造好的电机，当励磁电压和负载转矩恒定时，它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定，电枢电压越高，电机转速就越快，电枢电压降低到0V时，电机就停止转动；改变电枢电压的极性，电机就反转。
3.4电机驱动模块的电路设计
根据直流电机的工作原理，选取元器件如下，放置元器件、放置电源和地]连线，我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图所示
● 2SK1058 : CMOSS管 ● 74L26 : 三太门 ● 1N4006 : 二极管 ● VSCOURCE : 电源
● MOTOR-ENCODER : 直流电机 ● RES : 电阻
● AT89C51 : 单片机 (在此并未显示) R11K直流电机驱动电路V1U1741263A+9V 主程序D21N4006Q1AIN12Q32SK1058D11N4006开始直流电机对LCD进行一些初始化操作+88.812SK1058ENA IN221Q23B U274126Q42SK1058BD31N4006D41N40062SK1058 将已知要提示的内容送入LCD中并使其显示在第一行判断设置电机的速度是否为0，若是，一直等待直流电机驱动电路 然而考虑市场的行情，既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片，就没必要再从新来设计；选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟上图一样。所用元器件如下所示： 判断是否有命令输入，若没，一直等待● 1N4006 : 二极管 ● AT89C51 : 单片机 (在此并未显示) ● RES : 电阻 ● MOTOR-ENCODER : 直流电机 ● L298 : 电机驱动芯片
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将从键盘读取的速度和转向送入LCD中并使其在第二行显示LJMP 单片机课程设计
● RESPACK-8: 排阻
ORG 0000H
SJMP DISPLAY ORG 0003H
LJMP BUTTON ; ORG 000BH
LJMP DINGSHI ; RS EQU P3.0 RW EQU P3.1 E EQU P3.4
ORG 0030H ; ; DISPLAY:
SETB EA ; SETB EX0 ; SETB IT0 ; MOV TMOD,#01H ; MOV TL0,#0FFH ; MOV TH0,#0FFH
SETB ET0 ; CLR P0.5
显示程序流程图
第四章 源程序
外部0中断入口地址 定时中断T0入口地址 此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的显示程序为主程序 打开中断总开关 打开外部中断0开关 打开外部中断0下降沿触发 设置定时工作方式 设置定时初值 打开定时中断T0开关 第 - 8 - 页 共 15 页
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CLR P0.6 CLR P0.7
SETB TR0 ; 定时器T0开始定时 MOV DPTR,#TAB ; 夜晶显示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脉宽的初值
MOV R1,#16 ; \"SET SPEED PLEASE\"的字符个数 MOV R3,#00H MOV R4,#00H LP9:
LCALL CHUSHI LP2:
ACALL BUSY MOV A,#00H MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS INC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3:
CJNE R3,#00H,LP4 CJNE R4,#00H,LP4 SJMP LP3
LP4: MOV R7,#00H ; MOV R5,#09H ; CURRENT : ACALL BUSY MOV P1,#0C0H ACALL ENABLE MOV DPTR,#MMTAB ACALL BUSY
LP5:
MOV A,#00H MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A INC DPTR ACALL DATAS ACALL BUSY DJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STAB MOV A,R2
中断的标志
的字符个数 第 - 9 - 页 共 15 页
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MOV P1,A ACALL DATAS ACALL BUSY
MOV A,R3 ; 显示速度的十位 MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS ACALL BUSY
MOV A,R4 ; MOVC A,@A+DPTR MOV P1,A ACALL DATAS
; LP8:
CJNE R7,#00H,LP7 ;
LJMP LP8 ; LP7:
SJMP LP4
CHUSHI: ; ACALL BUSY
MOV P1,#00000001B ; ACALL ENABLE ACALL BUSY
MOV P1,#00111000B ; ACALL ENABLE ACALL BUSY
MOV P1,#00001111B ; ACALL ENABLE ACALL BUSY
MOV P1,#00000110B ; ACALL ENABLE ACALL BUSY
MOV P1,#80H ; ACALL ENABLE RET
ENABLE: ; SETB E
显示速度的个位 使夜晶始终显示当前电机的速度 速度不变时等待 速度变时重新读入速度 使夜晶显示的一些初始设置 清屏并光标复位 设置显示模式:8位2行5x7点阵 显示器开、光标开、光标允许闪烁文字不动，光标自动右移 写入显示起始地址 写入控制命令的子程序 第 - 10 - 页 共 15 页
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CLR RS CLR RW CLR E RET
DATAS: ; 写入数据子程序 SETB E SETB RS CLR RW CLR E RET
BUSY: ; CLR E MOV P1,#0FFH CLR RS SETB RW SETB E JB P1.7,BUSY RET
ORG 2000H
DINGSHI: ; CPL P0.7
JNB P0.7,Z1 ; MOV A,#0FFH SUBB A,R0 MOV TH0,A SETB TR0 RETI
Z1: MOV TH0,R0 ; SETB TR0 RETI
BUTTON: ; PUSH ACC CLR EX0 CLR EA INC R7 ; MOV A,#0FFH MOV P2,A MOV A,P2
JNB ACC.0,AA0
准备写入数据 定时中断服务程序 周期一定 脉宽 从控制键盘中读取操作命令 第 - 11 - 页 共 15 页
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JNB ACC.1,KK0 JNB ACC.2,ZZ JNB ACC.3,FF JNB ACC.4,WW0 AJMP QQ
AA0: CJNE R0,#0FFH, AA1 ; 加速操作 AJMP QQ AA1: MOV A,R0 ADD A,#5 MOV R0,A AJMP QQ
KK0: CJNE R0,#00,MM ; AJMP QQ
MM: MOV A,R0 SUBB A,#5 MOV R0,A AJMP QQ
QQ: MOV A,R0 MOV B,#5 DIV AB MOV B,#10 DIV AB MOV R3,A MOV R4,B SETB EX0 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EA POP ACC RETI
ZZ: SETB P0.5 ; CLR P0.6
MOV R2,#2BH ; LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY
减速操作 正转操作 正转标志 \"+\" 第 - 12 - 页 共 15 页
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SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI
FF: CLR P0.5 ; 反转操作 SETB P0.6
MOV R2,#2DH ; 反转标志 \"-\" LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI
WW0: CLR P0.5 ; CLR P0.6 LCALL DELAY LCALL DELAY LCALL DELAY SETB EX0 SETB EA POP ACC RETI
DELAY: ; MOV R5,#0E0H MM0: MOV R6,#30H MM1: DJNZ R6,MM1 DJNZ R5,MM0 RET
TAB: DB 53H,45H,54H,20H
DB 53H,50H,45H,45H ; \"SET SPEED PLEASE\" DB 44H,20H,50H,4CH DB 45H,41H,53H,45H
STAB: DB 30H,31H,32H,33H
DB 34H,35H,36H,37H ; \"0,1,2,3,4,5,6,7\" DB 38H,39H,41H,42H ; \"8,9,A,B,C,D,E,F\"
停止操作 延时子程序 代码 代码 第 - 13 - 页 共 15 页
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DB 43H,44H,45H,46H
MMTAB: DB 43H,4FH,52H,52H
DB 45H,4EH,54H,20H ; \" CURRENT : \" 代码 DB 3AH END
原理图
系统仿真
第五章 总 结
这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,历时一个星期左右，通过这一个星期的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的不怎么牢固，看到了自己的实践经验更是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
课程设计是培养学我们综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,
RP1是对我们实际工作能力的具体训练和考察过程. 此次拔河游戏机课程设计，我仍体会颇深。从中学到很多的RESPACK-8U119XTAL194东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课1N40031N4003-91.2R4P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6P0.7/AD7393837363534333221222324252627281011121314151617+12V+12VD1D3U229876543218XTAL2193程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实R6100RSTOUT2P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10P2.3/A11P2.4/A12P2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15R5100100293031114SENSAOUT4践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难151N40031N4003PSENSENSBGNDALEEA8L298加速减速正转反转停止571012611IN1IN2IN3IN4ENAENBVCCVSOUT1OUT313D4D2免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前12345678所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们减速加速U?正转不少的心血。无论如何，就当它是一次数电的复习课吧！同时也作了一次很好的复习！ 减速AT89C51P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7P3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RD加速感激学校让我有这次学习设计的机会，让我受益匪浅，这次学习对于我们没有真正实践经验的同学来说，AND_5停止正转反转停止反转绝对是一次成长的机会。 第 - 14 - 页 共 15 页
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参考文献
[1] 单片微型计算机与接口技术，李群芳、黄建编著，电子工业出版社； [2] 单片机原理及应用，张毅刚编著，高等教育出版社；
[3] 51系列单片机及C51程序设计，王建校，杨建国等编著，科学出版社； [4] 单片机原理及接口技术，李朝青编著，北京航空航天大学出版社
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