基于Proteus仿真的直流电机控制

前言 (1)

正文 (1)

2.1 设计目的和意义 (1)

2.1.1 设计目的 (1)

2.1.2 设计意义 (1)

2.2 设计方法 (1)

2.3设计内容 (2)

2.3.1 89C51单片机介绍 (2)

2.3.2内容概要 (3)

2.4电路分析 (3)

2.4.1程序流程图 (3)

2.4.2元件清单 (4)

2.4.3程序电路图 (5)

2.4.4程序运行结果 (5)

2.4.5 Proteus调试与仿真 (5)

结论 (6)

总结 (7)

参考文献 (8)

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂．功能单一，而且系统非常不灵活、

调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

正文

2.1 设计目的和意义

2.1.1 设计目的

作为理工科的学生应该在学习与动手实践中提高自己的专业技能知识，通过课程设计使我进一步熟悉了单片机的内部结构和工作原理，掌握了单片机应用系统设计的基本方法和步骤；通过利用AT89C52单片机，理解单片机在自动化装置中的作用以及掌握单片机的编程调试方法；通过设计一个简单的实际应用输入控制及显示系统，掌握protues和Wave以及各种仿真软件的使用。现在的学习都是为以后的发展而做铺垫，通过课程设计提高自己的动手能力。

2.1.2 设计意义

加深理解直流电机在单片机上的运用，增进对电路仿真的兴趣。

2.2 设计方法

定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。本课程设计利用0832D/A转换，用程序改变0832输出经放大后的方波信号的占空比来控制电机转速。

同时涉及到晶振时钟电路、上电复位电路、运放转变电流与电压转换电路。本设计中 D/A 输出为双极性输出，因此电机可以正反向旋转。

DAC 0832是8位分辨率的数-模转换器芯片。建立时间 1μs，单电源供5V～15V。DAC 0832的内部功能框图和引脚连线见图2.1。DAC 0832 芯片的引脚有20个,芯片内部有一个8位输入锁存器、一个8位DAC寄存器、一个8位的D/A转换器和控制电路等

DAC083输出是电流型的，但实际应用中往往需要电压输出信号，所以电路中采用运算放大器来实现电流转换为电压。当数字量输入在00H—FFH范围时电压输出量为0-- +X V，或0-- -X V，这种方式称单极性输出，若电压输出为±X V，则称为双极件输出。实际应用中需要单极性输出，也需要双极性输出，所以电路中应用一片双运放NRC4558来实现两种极性输出。电路中运放第7端输出为单极性0—5V，1端输出为双极性±5V。

实验接口电路如图2.2所示，XFER和WR2同时接DGND，WRl与80C51的WR连接，这样8位DAC存器始终处于导通状态。当CS后8位数据输入寄存器时，便直接通过8位AC寄存器，并由8位D／A转换器进行D／A转换。因此，此电路为异步输出结构方式。

图2.1 DAC0832引脚和内部功能框图

图2.2 DAC0832与89C51连接接口电路

2.3设计内容

2.3.1 89C51单片机介绍

89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。其引脚如图2.3所示。89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C51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.

图2.3 AT89C51引脚图

2.3.2内容概要

完成89C51应用系统设计(晶振电路，上电复位电路等)，掌握直流电机的驱动原理，了解直流电机调速的方法。

编制程序改变0832输出经放大后的方波信号的占空比来控制电机转速。本实验中 D/A 输出为双极性输出，因此电机可以正反向旋转。并完成主程序的设计及对应的子程序设计。选择适合的芯片, 元件并检查设计的原理图。按设计连线将其连接好，完成子程序调试，再完成总程序的调试。

PWM是单片机常用的模拟量控制方式，本例通过外接的A/D转换电路，对应外部不同的电压值，利用AT89C51单片机产生占空比不同的控制脉冲，驱动直流电动机以不同的转速转动。并通过外接的单刀双掷开关，控制电动机的正转与反转。

2.4电路分析

2.4.1程序流程图

图2.4程序流程图

图2.5元件清单

元件全部添加后，在Proteus ISIS的编辑区域中按图3.33所示的原理图连接硬件电路。

2.4.3程序电路图

图2.6 程序电路图

2.4.4程序运行结果

图2.7程序运行结果图

2.4.5 Proteus调试与仿真

加载目标代码文件，进入调试环境执行程序。在Proteus ISIS界面中，调节电位器RV1，可以看到电机转速随着电位器的调节相应发生变化，如图2.8所示。同时通过示波器观察单片机输出的PWM控制脉冲信号，如图2.9所示。切换开关SW1的状态可切换电机的正、反转。

2.8直接加工作电压的直流电机

2.9单片机输出的PWM控制脉冲信号

结论

本文对单片机用于转速测量的理论、原理进行了系统的分析、比较，设计了显示接口电路和应用程序。以下从四个方面进行总结：

1.硬件电路

单片机用于转速测量种类较多，方法各有不同，在硬件设计上根据使用场合、功能和要求，采用的电路也有差异，单片机有用80c5l系列的80c3l、80c5l等，并对其进行扩展，接口采用8155、8255等用于显示。本系统采用89c51单片机，充分利用单片机内部自带的两个16位定时／计数器进行设计，较完全的开发了单片机自身的功能，接口利用了89c5l的Po口具有较大的电流驱动能力的特点，来扩展驱动芯片，直接由单片机驱动，简化了硬件电路。有一定的实用价值和较高的性价比，可用于工业控制中的转速检测、民用电器及其他应用。2．测量方法

在测量原理上采用先进的M的测量方法，保证了高转速的测量中获得较高的精度。应用范围广泛，可通过扩展进行二次开发。

3．程序调试

本系统进行了全面的程序设计，显示程序、中断服务程序和初始化程序，并对这些程序在uvision2软件上进行编译和调试，可以运行和转换成HEx文件，通过编程器写入芯片中。基本达到了设计的要求。

4．改进方法和进一步的工作

转速的定时时间长、短，其设定值是人为估计的，可以针对具体的应用，根据转速的实际惰况来调整定时时间。下步工作能制作完整电路工作板，即硬件电路，用示波器测量其参数。更深入的分析其精度和误差。

总结

通过该课程设计，我掌握了编译程序的原理以及步骤，还有编译程序工作的基本过程及其各阶段的基本任务，熟悉了编译程序总流程框图，构造工具及其相关的技术。课本上的知识是机械的，抽象的。

在本次课程设计，我有很大的收获，这不仅仅是理论知识上的完善，而且实践能力和动手能力有了质的飞跃!设计中，我自感知识的缺陷，不断的上网查阅资料，翻阅各类相关书籍，自己动手，自己设计，让我的思维逻辑更加清晰。在操作中，靠这次设计我熟练掌握了单片机编程，将理论变为实际开了一个好头。在我设计好之后，老师对我进行指导，使得我的课程设计进一步完善,更加完美。

本次单片机的课程设计用到了DAC0832数模转换电路及运放的电流与电压的转换电路，还有复位电路、晶振电路。这些电路都是我们平时学习时常用到的。所以，这次课程设计也让我对平时的东西做了一下总结。

在这次课程设计过程中，我发现了自己综合应用能力的欠缺。以后，我会更加重视用软件编程，应用单片机处理好更多的电路。

参考文献

[1] 胡汉才．单片机原理与接口技术[M]．北京：清华大学出版社，1995.6．

[2] 楼然苗等．51系列单片机设计实例[M]．北京：北京航空航天出版社，2003.3．

[3] 何立民. 单片机高级教程[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2001．

[4] 赵晓安. MCS-51单片机原理及应用[M]. 天津：天津大学出版社，2001.3．

[5] 肖洪兵. 跟我学用单片机[M]. 北京：北京航空航天大学出版社,2002.8．

[6] 夏继强. 单片机实验与实践教程[M]. 北京：北京航空航天大学出版社, 2001．

[7] 于凤明．单片机原理及接口技术[M]．北京：中国轻工业出版社．1998．

[8] 王质朴. MCS-51单片机原理接口及应用[M]. 北京：北京理工大学出版社2009.11