计算机控制课程设计报告书.docx

1、武汉理工大学微型计算机控制技术课程设计说明书 目录1.调速系统原理11.1电机调速原理11.2开环脉冲宽度调速系统22DAC0832驱动直流电机32.1 DAC0832总述及其引脚32.2 DAC0832的工作方式43. 直流电机的控制53.1程序流程图53.2 8255A工作方式地址选择63.3 8255A键盘控制73.4 8255A控制数码管显示94心得体会115.参考文献126.附录13直流电机速度控制1. 调速系统原理1.1电机调速原理小功率直流电机由定子和转子两大部分组成。在定子上装有一磁极，电磁式直流电机的定子磁极上饶有励磁绕组。其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内有电枢绕组

2、，绕组通过换向器和电刷引出。在励磁式直流伺服电机中，电机转速由电枢电压Ua决定。在励磁电压Ur和负载转矩恒定时，电枢电压越高，电机转速就越快；电枢电压Ua降至0V时，电机停转；改变电枢电压的极性，电机随之改变转向。因此，小功率直流电机的调速可以通过控制电枢平均电压来实现。对小功率直流电机调速系统，使用微型计算机或单片机是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值（即占空比）来控制电机速度。这种方法称为脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation），调速原理如图所示。（a）直流电机工作原理（b）直流电机的控制曲线图1-1 脉冲宽度调速系统原理图在脉冲作用下，当

3、点击通电是，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电时间，即可让电机转速得到控制。设电机永远接通电源时，其转速最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为Vd=VmaxD式中，Vd电机的平均速度； Vmax电机全通时间； D=t1/T占空比。电机控制程序的设计有两种方法，一种是软件延时法，一种是计数法。软件延时法的基本思想是，首先求出占空比D，再根据周期T分别给电机通电N个单位时间（t0）即，N=t1/t0，然后再断电N个单位时间，即N=t2/t0。计数法的基本思想是，当单位延时个数N求出之后，将其作为给定值存放在某存储单元中。在通电过程中对通电单位时间（

4、t0）的次数进行计数，并于存储器的内容进行比较，若不相等，则继续输出控制脉冲，直到计数值和给定值相等，使电机断电。1.2开环脉冲宽度调速系统开环脉冲宽度调速系统的原理，如图所示。电动机电子开关占空比的设定脉冲宽度发生器驱动器图1-2 开环脉冲宽度调速系统的原理它由如下所述的5部分组成。（1） 占空比D设定占空比D由人工设定，一般通过开关给定，用每位开关的状态表示“1”或“0”组成8位二进制数。改变开关的状态，即可改变占空比的大小。（2） 脉冲宽度发生器由计算机根据给定的平均速度，计算出占空比。（3）驱动器将计算机输出的脉冲宽度调制信号加以放大，以便用来控制电机定子电压接通或断开的时间。通常由放

5、大器或继电器组成，也可由TTL集成电路驱动器构成。（4）电子开关用来接通或断开电机定子电源，可以由晶体管或场效应管开关组成，也可以通过继电器或固态继电器控制。（5）电机被控对象，用以带动被控装置。2 DAC0832驱动直流电机2.1 DAC0832总述及其引脚DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。图2-1 DAC0832引脚和逻辑结构DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/

6、模转换器。旨在直接与8080，8048，8085，Z80及其他通用的微型处理器进行相接。存储的硅铬R-2R电阻梯形网络将参考电流分开，并为电路提供合适的温度处理特性（全范围最大线性温度误差的0.05%）。电路利用CMOS电流开关和控制逻辑来取得最少的电能损耗和最小的输出泄露电流误差。特殊的电路也能提供TTL逻辑输入电压的水平兼容。DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Io

7、ut1：电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2：电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb：反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻。Vcc：电源输入线 (+5v+15v)Vref：基准电压输入线 (-10v+10v)AGND：模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地。DGND：数字地,两种地线在基准电源处共地比较好。2.2 DAC0832的工作方式DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。单缓冲方式。单缓冲方

8、式是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收资料，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。缓冲方式。双缓冲方式是先使输入寄存器接收资料，再控制输入寄存器的输出资料到DAC寄存器，即分两次锁存输入资料。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情节。直通方式。直通方式是资料不经两级锁存器锁存，即 CS*，XFER* ，WR1* ，WR2* 均接地，ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路和不带微机的控制系统，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。3直流电机的控制3.1程序流程图电机控制程序8255A初

9、始化电机启动吗电机运行数码管显示速度是否有按键按下NY检测按键停止键是否按下NY电机停止图3-1 电机控制流程图3.2 8255A工作方式址选择8255A是一个并行输入、输出器件，具有24个可编程设置的I/O口，包括3组8位的I/O为PA口、PB口、PC口，又可分为2组12位的I/O口：A组包括A口及C口高4位，B组包括B口及C组的低4位。8255A在使用前要写入一个方式控制字，选择A、B、C三个端口各自的工作方式，共有三种：方式0：基本的输入输出方式，即无须联络就可以直接进行的 I/O方式。其中A、B、C口的高四位或低四位可分别设置成输入或输出。方式1：选通I/O,此时接口和外围设备需联络信

10、号进行协调，只有A口和B口可以工作在方式1，此时C口的某些线被规定为A口或B口与外围设备的联络信号，余下的线只有基本的I/O功能，即只工作在方式0。方式2： 双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。图3-2 8255A的地址选择8255A的读/写控制电路接收来自CPU的控制命令，并根据命令向片内各功能部件发出操作命令。例如片选信号为低电平时，表示8255A芯片被选中。该片选信号则由CPU的地址线通过译码器产生。读、写信号控制8255A与

11、CPU之间的数据或信息传输方向。端口选择控制则有A1和A0的组合状态提供，由这两个控制信号可提供四个端口地址，即A、B、C三个端口地址及一个控制端口地址。8255A可用RESET控制信号复位，当控制信号有效时，清除8255A中所有控制寄存器的内容，并将各端口置成输入方式。根据电路图的连接可以确定A口的地址为8000H，B口地址为8001H，C口地址为8002H，控制端口地址为8003H。8255A的控制命令是个8位方式控制字。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D01 D7=1，为该控制字的标志。A组由D6、D5、D4和D3组成。其中D6和D5为工作方式选择，D4为A口的输入、输出选择

12、。D3为C口高4位的输入、输出选择。B组由D2、D1和D0组成。其中D2为工作方式选择，D1为B口的输入、输出选择，D0为C口低四位的输入、输出选择。3.3 8255A键盘控制矩阵式键盘有行线和列线组成，按键设置在行、列结构的交叉点上，行列线分别在按键开关的两端。列线通过上拉电阻接至正电源，以使无键按下时列线处于高电平状态。图3-3 键盘接口电路如所示为2*4的矩阵组成的八键盘与单片机的接口电路。图中8255A的C口低四位中的PC0和PC1为行扫描口，工作在输出方式。C口的高四位工作于输入方式，用来读入列值。 在每一个行与列的交叉点上均接一个按键，故2*4矩阵构成了8个键。为了说明各键的具体位

13、置，实事先按一定顺序给每一个键编一个号，称其为键值，然后根据键值确定其是功能键还是数字键，并分别进行处理。完成上述任务的程控扫描程序流程图，如图所示。程控扫描子程序调用显示程序扫描整个键盘N有键按下吗列值加一再次扫描整个键盘列数据右移一位N有键按下吗N有键按下吗Y输出使Xi为低电平计算键值Y此行有键按下吗（BUFF） 键值行值加04H调用查找功能键程序求下一行为扫描线低电平模型N各行均扫描完了吗Y图3-4 程控扫描法程序流程程控扫描任务如下。首先判断是否有键按下。其方法是使所有的行输出均为低电平，然后从端口C的高四位读入列值。如果没有按键按下，则读入值为0F0H，如果有按键按下，则不为0F0H

14、。若有键闭合，则求出闭合键的键值。求键值的方法是对键盘逐行扫描。先使PC0=0，然后读入列值，若等于0F0H，说明该行无键按下，在对下一行进行扫描（令PC1=0），如果列值不等于0F0H，则说明该行有按键按下，求出其键值。求键值时，每扫描一行后，如无键按下，则行值加04H；如有键按下，行值保持不变，并转至求相应的列值。此时，首先将列值读数右移，每移位一次列值加1，直到有键被按下为止，最后将行值和列值求其键值。为保证键没闭合一次，CPU只做一次处理，程序中需等闭合键释放后才对其进行处理。3.4 8255A控制数码管显示当多位数码管应用于某一系统时，它们的“位选”是可独立控制的，而“段选”是连接在

15、一起的。我们可以通过位选信号控制哪几个数码管亮。在微型计算机控制系统中，常用的显示方法有两种：一种为动态显示；一种为静态显示。（1） 动态显示动态显示，就是微型计算机定时地对显示器件扫描。在这种方法中，显示器件分时工作，每次只能有一个器件显示。但由于认得视觉有暂留现象，所以，只要扫描频率足够快，仍会感觉所有的器件都在显示。（2） 静态显示静态显示，是由微型计算机一次输出显示模型后，就能保持该显示结果，直到下次发送新的显示模型为止。用8255A的PB口输出显示码，PA口用来输出位选码。在完成对8255的初始化后，取出要现实的数，利用软件译码的方法求出待显示的数所对应的7段显示码，然后由PB口输出

16、，并经过驱动器放大后送到各显示器的数据总线上。到底哪一位数码管显示，主要取决于位选信号。当位选信号PAi=1是，对应位上的LED才发光。74LS07为LED提供一定的驱动电流。图3-5 数码管硬件接线动态显示子程序显示缓冲区首地址指向第一位DX 8255A口地址取出要显示的数字求下一个位选码求待显示数据的显示码修改显示缓冲区地址送段选码到8255B口送位选码到8255A口N四位数显示完了吗Y返回图3-6码管显示子程序流程图4心得体会在这次课程设计过程中学习了如何微型计算机实现对直流电机的转速控制，在课程设计中需要汇编知识、绘图仿真等预备知识。在这次课程设计中复习原来学习的知识，并通过课程设计将

17、知识运用解决实际问题。在这次课设中要求通过8086来实现对直流电机的速度控制，并能够通过四位数码管显示速度，具有开始和清零等功能。通过查找资料了解直流电机工作原理及调速原理，利用合适的集成芯片来驱动电机。通过复习8255A的接口技术来实现对电机的控制和数码管的显示。在这个过程中复习了8255A的工作方式，以及通过汇编语言实现CPU与外设之间进行数据传输。练习用ptoteus做硬件连线图进行仿真。根据题目的电路原理图利用软件进行硬件电路图的绘制。在绘制电路图过程中练习proteus的使用，绘制电路图需要认真仔细，了解各个芯片在电路中的作用，在硬件连接过程中熟悉protues同时加深对电路的理解。

18、在课程设计过程时，复习用汇编语言来写程序，对题目要求进行分析分块写程序。在写程序的过程中发现自己独立编写程序的能力仍有欠缺，不能完整的分析问题编写程序时总是考虑不全，不能完整的实现功能要求。在课程设计中可以通过分析问题将问题分成几个模块，分成几个模块的功能分别通过程序来实现。在分模块实现的过程中，复习利用汇编语言实现键盘扫描和数码管的显示。熟悉8086通过8255A实现与外设之间进行数据之间的传输。在这次课设中发现自己编程能力的欠缺，在分析完问题之后查找资料后，实现硬件电路后，但是在程序实现过程中实现各个模块功能后在整个程序的编写过程中不能将各个功能连接在一起。在以后的学习中，需要在编程方面提

19、高自己的编程能力，在分析问题中，实现硬件电路过程中遇到问题能够独立分析并解决问题。在今后的学习中也要加强将理论知识与实际问题相结合。5.参考文献1于海生.微型计算机控制技术.清华大学出版社,20072彭虎.微机原理与接口技术.电子工业出版社,20083潘新民.微型计算机控制技术实用教程.电子工业出版社,20064郭天祥.新概念51单片机C语言教程.电子工业出版社,20065谢剑英.微型计算机控制技术.国防工业出版社,20066廖建明.汇编语言程序设计.清华大学出版社,20077王让定.汇编语言与接口技术.清华大学出版社,20098杨季文.80X86汇编语言程序设计教程.清华大学出版社,2004

20、9 Wang Y,Tian M H.A True Bicycle SimulatorEB/OL,200410 JOHN J. FARMER. Using Microcomputer Improve Function of Digital Pressure Meter, 200011 HuangZhen-jian, Serial-Communication Between Single-chip Microprocessor and a PC Computer,20046.附录程序清单：A_PORT EQU 8000HB_PORT EQU 8001HC_PORT EQU 8002HCTRL_PO

21、RT EQU 8003HDATA SEGMENTTAB1 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,31HDATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME DS:DATA,CS:CODE START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV DX,CTRL_PORT MOV AL,10001000B OUT DX,AL MOV DX,C_PORT IN AL,DX CMP AL,08H JZ START NO_KEY: MOV AL,00000000B MOV DX,CTRL_POR OUT

22、 DX,AL MOV AL,1001000B MOV DX,C_PORT IN AL,DX AND AL,0FH CMP AL,0F0H JZ NO_KEY MOV DX,C_PORT IN AL,DX LOOP1: MOV DL,0 MOV CX,4 SHR AL,1 JNC LOOP2 INC DL LOOP LOOP1 MOV AL,DL JZ LOOP2 JMP LOOP3LOOP2: MOV AL,00000010B MOV DX,C_PORT OUT DX,AL MOV AL,0 MOV DH,0 ADD DH,04H JMP NO_KEYLOOP3: ADD DH,DL MOV

23、AL,DH QIDONG: CALL RUN CALL DISPLAYTINGZHI:CALL STOP /DISPLAY PROC NEARDISP: MOV CX,4DISP0: MOV AL,1000000B MOC DX,CTRL_PORT OUT DX,AL MOV AL,08H MOV DX,A_PORT OUT DX,AL MOV AL,DH MOV BX,OFFSET TAB1 XLAT MOV DX,B_PORT OUT B_PORT,AL SHL AL,1 RET/RUN PROC NEAR MOV AL,10000000B MOV DX,CTRL_PORT OUT DX,AL MOV DX,B_PORT OUT DX,AL RET/STOP PROC NEAR MOV DX,CTRL_PORT MOV AL,10000000B OUT DX,AL MOV DX,B-PORT MOV AL,0 OUT DX,AL RETCODE ENDS END START16