计算机控制课程设计报告书.docx
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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
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