2022年直流电机微型计算机速度控制系统方案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用摘要工业掌握是运算机的一个重要应用领域,运算机掌握正是为了适应这一领域的需要而进展起来的一门专业技术,它主要讨论如何将运算机技术和自动掌握理论应用于工业生产过程,并设计出所需要的运算机掌握系统；本次设计所采纳的主体芯片有8086CPU和可编程并行接口芯片 8255A,其中, 8086CPU曾是使用广泛的 16位微处理器,具有 40个管脚的双列直插式封装 芯片,内外数据线都为 16位,地址线为 20位,直接寻址为 1MB ；而8255A是一 种通用的可编程并行 I/O接口芯片,广泛用于几乎全部系列的微机系统中,它的各端口

2、内具有中断掌握规律,在外设于CPU之间可以用中断方式进行信息交换,使用条件传输方式时可用“联络”线进行掌握；数字 P ID 掌握系统是时间的离散系统, 运算机对生产过程的掌握是断续的过程 . 即在每一个采样周期内 , 传感器将所测数据转换成统一的标准信号后输入给调剂器 , 在调剂器中与设定值进行比较得出偏差值 制 量, 输出到执行器后才完成了本次的调剂任务；关键字 ：运算机掌握 8086CPU 8255A 数字PID , 经 PID 运算得出本次的控名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用目录名

3、师归纳总结 摘要 . 1 第 2 页,共 29 页1 直流电机及主要芯片介绍 . 3 1.1 直流电机的工作原理 . 3 1.2 直流电机的调速方法 . 3 1.3 8086CPU介绍 . 4 1.4 8255A 芯片 . 6 1.5 74LS48 芯片 . 7 1.6 74LS373 芯片 . 8 1.7 L298 芯片介绍 . 8 2 系统硬件设计 . 9 2.1 各部分电路具体原理图 . 10 2.1.1 显示驱动电路 . 10 2.1.2 电机驱动电路 . 11 2.1.3 8086掌握电路 . 12 2.1.4 8255掌握电路 . 13 3 系统的软件设计 . 14 3.1 总体设

4、计思路 . 14 3.2 按键检测子程序流程图 . 16 4 运行结果与分析 . 18 课程设计感想及体会 . 21 参考文献 . 22 附录：源程序 . 23 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用直流电机微型运算机速度掌握系统 的设计 1 直流电机及主要芯片介绍 1.1 直流电机的工作原理 直流励磁的磁路在电工设备中的应用,除了直流电磁铁 直流继电器、直流 接触器等）外,最重要的就是应用在直流旋转电机中；在发电厂里,同步发电 机的励磁机、蓄电池的充电机等,都是直流发电机；锅炉给粉机的原动机是直 流电动机；此外,在很多工业部门,

5、例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井 卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一样的地方等,通常都采纳直流 电动机作为原动机来拖动工作机械的；直流电动机的工作原理很直观,给两个电刷加上直流电源,有直流电流从 电刷 A流入,经过线圈 abcd,从电刷 B流出,依据电磁力定律,载流导体 ab和cd 收到电磁力的作用,其方向可由左手定就判定,两段导体受到的力形成了一个 A和换向片 2接触,转矩,使得转子逆时针转动；假如转子转到肯定位置,电刷 电刷 B和换向片 1接触,直流电流从电刷 A流入,在线圈中的流淌方向是 dcba,从电刷 B流出；此时载流导体 ab和cd受到电磁力的作用方向同样可由左手定就判

6、 定,它们产生的转矩仍旧使得转子逆时针转动；电枢一经转动,由于换向器配合电刷对电流的换向作用,直流电流交替地由线圈边ab和cd流入,使线圈边只要处于 N极下,其中通过电流的方向总是由电刷 A流入的方向,而在 S极下时,总是从电刷 B流出的方向,这就保证了每个磁极下线圈边中的电流始终是一个方向,这样的结构,就可使电动机连续旋转；1.2 直流电机的调速方法依据直流电机的基本原理,由感应电势、电磁转矩以及机械特性方程式可知,直流电动机的调速方法有三种：1）调剂电枢供电电压 U；转变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压,从电动机额定转速向下变速,属恒转矩调速方法；对于要求在肯定范畴内名师归纳总结

7、- - - - - - -第 3 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用无级平滑调速的系统来说,这种方法最好；变化遇到的时间常数较小,能快速响应,但是需要大容量可调直流电源；2）转变电动机主磁通；转变磁通可以实现无级平滑调速,但只能减弱磁通进行调速 简称弱磁调速）,从电机额定转速向上调速,属恒功率调速方法；变化时间遇到的时间常数同 变化遇到的相比要大得多,响应速度较慢,但所需电源容量小；的设计为基础,拥有类似的寄存器组,但是数据总线扩充为 16 位；总线界面单元 Bus Interface Unit透过 6 字节预存 prefecth 的队

8、列 queue喂指令给执行单元 Execution Unit ,所以取指令和执行是同步的,8086 CPU 有 20 条地址线,可直接寻址 1MB 的储备空间,每一个储备单元可以存放一个字节 ；资料寄存器通常由指令隐含地使用,针对暂存值需要复杂的寄存器配置；它供应64K 8 位元的输出输入 或 32K 16 位元 ,以及固定的向量中断；大部分的指令只能够存取一个内存名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用位址,所以其中一个操作数必需是一个寄存器；运算结果会储存在操作数中的一个；Intel 808

9、6有四个内存区段 segment 寄存器,可以从索引寄存器来设定；区段寄存器可以让 CPU 利用特别的方式存取1 MB内存； 8086 把段地址左移 4 位然后把它加上偏移地址；大部分的人都认为这是一个很不好的设计,因为这样的结果是会让各分段有重叠；尽管这样对组合语言而言大部分被接受 也甚至有用 ,可以完全地掌握分段,使在编程中使用指针 如 C 编程语言 变得困难；它导致指针的高效率表示变得困难,且有可能产生两个指向同一个地方的指针拥有不同的地址；更坏的是,这种方式产生要让内存扩充到大于 1 MB 的困难；而 8086 的寻址方式转变让内存扩充较有效率；在这个系统中, 8086 作为整个系统的

10、主控芯片,用来掌握和谐整个系统的名师归纳总结 工作如下列图就是仿真中的8086 芯片的模型,这里隐匿了8086 的 VCC 和第 5 页,共 29 页GND 两个引脚；如图1-1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 1-1 8086 引脚图1.4 8255A 芯片名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 1-2 8255A 引脚图8255A 在使用前要写入一个方式掌握字,挑选 作方式,共有三种；A、B、C 三个端口各自的工方式

11、 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；名师归纳总结 方式 1 ：选通 I/O,此时接口和外围设备需联络信号进行和谐,只有A 口和第 7 页,共 29 页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- - - - - - -精选学习资料 - - -

12、- - - - - - 剩下的三条线可作为个人资料整理仅限学习使用B 口方式 1 的联络线,也可以和B 口一起方式 0 的 I/O线；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；A 口可以设置为方式0、方式 1、方式 2,B 口与 C 口只能设置为方式0 或方式 1. RESET:复位输入线,当该输入端处于高电平常,全部内部寄存器 ,内部包含 4 信道规律驱动电路,是一种二相和

13、四相步进电机的专用驱动器,可同时驱动 2 个二相或 1 个四相步进电机,内含二个 H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器,接收标准 TTL 规律准位信号,可驱动 46V、2A以下的步进电机,且可以直接透过电源来调剂输出电压；此芯片可直接由单片机的 IO 端口来供应模拟时序信号；从 动；8255 的 C 口输出信号来掌握电机的运名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1.3 8086掌握电路个人资料整理仅限学习使用图 2-4 8086掌握部分 在这个系统中, 8086 作为整个系统的主控芯片,用来掌握和谐整

14、个系统的工作,按键按下从8255 的 A 口输入,接着反应到8086 中,让 8086 做出反应；要编写 8 段子程序；这里对于没有开关按下的情形,就循环扫描键盘开关 即可； 8 个子程序对应 8 个按键按下的状态；其中有三个掌握键：START键、SET键和 CLEAR键,它们分别完成的任务是开头开启,停止,和重置清零；名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.1.4 8255掌握电路个人资料整理仅限学习使用图 2-5 8255A 掌握部分8255具有 3 个相互独立的输入 /输出通道端口,用 +5V 单电源供电,能

15、在以下三种方式下工作；方式 0 基本输入输出方式；方式 式 2 双向选通输入 /输出方式；1 选通输入 /出方式；方键盘从 A 口输入, 8086检验 D0D7 口,再做出反应,调用其内部相应程序,最终再把信息传到8255,C 口和 B 口做出反应；名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3 系统的软件设计开头8255 送掌握字,确 定各口地址并锁存否扫描键盘,看是否有键按下是按按键 X,输出并 使电机转动,显示数码否键值是否转变是返回调用图 3-1 系统总流程图3.1 总体设计思路这次编程依

16、据任务书上的要求,以直流电动机调速为基本目的；整体思路是先给定了 8255 的掌握字,然后设置好8255 的各个端口的地址值,程序第一进行的任务就是扫描按键开关是否有动作,是否被按下,然后通过按下不同的 按键开关,从 PA口输入不同的高低电平的组合,然后程序对 PA口输入的数据 进行判定,如和对应的键值相等就跳转到对应的子程序；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用对于这三个程序的编写需要和其他子程序分开,这里的 START,就是让电动机全速的运转,并在显示上显示一个键值1,这里掌握电机的P

17、C口就输出一个全为 1 的 PWM波,即让电机全速旋转；而对于SET,编写程序让 PC口输出一个全 0 的排列,这样电动机就不再运转,并且在数码管显示器上显示一个键值 2；而对于其他 5 个按键的编程就大同小异；图 3-2 按 5 号键时的显示以一个键值为 5 的键为例；要求再按下后,程序将PA口数据扫描进入寄存器,然后再执行相应子程序,在数码管上第一位显示数字,后三位显示转速；这里由于转速都是 3 位数,因此就空出一位来显示键值了,如例子中的键值为5,速度为 300；因此就显示“5300” 然后再在 PC口输出相应的高低电平组合,这里 300 为额定转速,因此输出的是全 1 的组合；子程序执

18、行一次以后,要重新检查键值是否转变,因此这里需要重新扫描键盘,输入 PA口的数据,然后在输出PC口和 PB口的数据,这里要留意了,由于 PC口要产生一个高低电平的 PWM波,因此,需要端口高低电平的不断循环,因此当前的输出值需要送入另一个寄存器,然后用AL 来存放其他端口的信息,其他端口内容输出终止以后,再将寄存器的内容返回给 AL；假如不这样做,那么 PC口会始终输出同一个值,这样不能达到调速的目的；同时仍要留意一点,在 IN 和 OUT指令中只能用 DX和 AL 寄存器,因此在读取不同端口的值的时候,这几个寄存器内的内容是随时变化的；因此,每当要给 都要重新赋值给 AL,这也是使用其他寄存

19、器的目的；PC口输出波形的时候,名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2 按键检测子程序流程图初始化PA口地址送 DXPA口数据送 AL是AL=0FFH.否子程序终止图3-3 按键检测子程序名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用按键处理子程序显示与电机掌握字初始化掌握电机转动掌握显示否按键是否变化是跳转到 KEY子程序图 3-4 按键按下时处理子程序名师归纳总结 - - - - - -

20、 -第 18 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4 运行结果与分析 启动后,初始状态图4-1 上电状态按下启动按钮；电机顺时针方向转动,如图 4-2,假如此时按停止按钮,电机停止转动,回到图 4-3状态； 显示管中的数字是按键的编号）名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图4-2 启动状态图4-3停止状态此时再按清零按钮,就可以直接清零,电机停止转动,回到初始状态,如图 4-4图4-4 清零状态3到7号按钮是掌握电机的转速,并且依次递

21、增,对应着按钮分别是4-100到500显示屏中最左边的数字对应着该按钮,右边三个就是速度）,如图5,是按 5号键时,对应着 300的转速；名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图4-5 速度为 300时的状态名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用课程设计感想及体会 经过这次的课程设计,让我再次发觉了自己的很多不足之处,第一,第一就是 态度问题,在接到课设任务之后的很多天,我都没有要开头的方

22、案,导致荒废 了很多天的时间,这样直接使得后来开头动手的时候已经没有多少时间了；这 一点我觉得无论在以后的学习仍是工作中都很值得留意,凡事都不能拖延,该 完成的事情就应当坚决快速完成；在做课程设计的过程中,我逐步发觉了运算机类课程的关联性相当大,从 C语言,汇编语言到微机原理的课程内容,再到我们这学期学的运算机掌握技 术和单片机原理,这些课程有很多的关联部分；正如这次所做的直流电机调速,第一要对直流电机有肯定的明白,要知道通过掌握什么量来调整速度,知道 了这些以后再联想自己所学的微机原理,运算机掌握等课程的学问,就大致想 到应当用什么样的芯片组合来达到这成效；当然,其中的资料搜集过程是相当枯燥

23、的；在搜集资料的时候,我发觉8086CPU和8255A芯片很适合实现这样一个功能,当然,仍要协作其他芯片,比如 74LS373、74LS138仍有与门帮助来实 现掌握信号；用 L298来掌握电机；我发觉,我在运算机掌握这门课程上仍有很多没搞懂的地方,直到做课设 的时候要用到相关学问了,我才发觉以前自己学习到的东西仍很肤浅,这样使 得我要不停的翻书,才能确定究竟应当怎么做；总的来说,这次课程设计收成是庞大的,无论是心态仍是学问,我都得到了很 大启示,虽然经受了很多失败,也曾经懊丧甚至失望过,但仍是做出了这个方 案；我开头觉得,我们所学的东西越来越接近实际生活了,与此同时,压力也 更大了,由于现实

24、的东西更加复杂,会显现很多书本上不会有的变故,很多东 西也不是书本的学问能够解决的,我们应当试着更多的去用自己的脑子去想想,看看能不能有更加好的解决方法；同时,我也在课设中得到了一些自信,毕 竟自己仍是学有那么一点东西的,或许其他的学问在以后会渐渐遗忘,但是这 次课设我所用到的一些学问,肯定会让我印象深刻的；名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用参考文献1 于海生 .运算机掌握技术 .北京：机械工业出版社, 2007 2 彭虎,周佩玲,傅忠谦 .微机原理与接口技术 .北京：电子工业出版社,2

25、022 3 李发海,王岩 .电机与拖动基础 第3版）.北京：清华高校出版社, 2005 4 谢维成 .单片机原理与应用及 C51程序设计 M. 北京：清华高校出版社, 2006 5 杨恢先 .单片机原理及应用 M. 北京：人民邮电出版社, 2006 6 张靖武 .单片机系统的 PROTEUS设计与仿真 M. 北京：电子工业出版社, 200 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用附录：源程序org 100h CODE SEGMENT ASSUME CS:CODES A_PORT EQU 8

26、020H B_PORT EQU 8022H C_PORT EQU 8024H CTRL_PORT EQU 8026H ；各掌握口的地址 START: MOV AL,90H MOV DX,CTRL_PORT OUT DX,AL ；初始化 KEY: MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0FFH JE KEY ；检测是否有按键按下,没有就重新检测 CMP BH,0FEH JE ONE ；如 7号键按下,就跳到 ONE CMP BH,0FDH JE TWO CMP BH,0FBH JE THREE CMP BH,0F7H JE FOUR CMP BH,0EF

27、H JE FIVE CMP BH,0DFH JE SET CMP BH,0BFH JE BEGIN CMP BH,7FH JE CLEAR ONE: MOV CX,0FFFFH ；7号键按下后的处理子程序 MOV AX,0FFFFH D1: MOV DX,C_PORT OUT DX,AX 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 ROL AX,1 MOV CX,AX MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0FEH JNZ KEY ；连续检测按键,按键有

28、变化就跳到 KEY MOV DX,B_PORT MOV AL,0E7H OUT DX,AL MOV AL,0D5H OUT DX,AL MOV AL,0B0H OUT DX,AL MOV AL,70H OUT DX,AL MOV AX,CX JMP D1 ；显示相应数据TWO: MOV CX,0FFFFH MOV AX,0FCFCH D2: MOV DX,C_PORT OUT DX,AX ROL AX,1 MOV CX,AX MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0FDH JNZ KEY MOV DX,B_PORT MOV AL,0E6H OUT DX

29、,AL MOV AL,0D4H OUT DX,AL MOV AL,0B0H OUT DX,AL MOV AL,70H OUT DX,AL MOV AX,CX JMP D2 THREE: 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 29 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用 MOV CX,0FFFFH MOV AX,0F8F8H D3: MOV DX,C_PORT OUT DX,AX ROL AX,1 MOV CX,AX MOV DX,A_PORT IN AL,DX MOV BH,AL CMP BH,0FBH JNZ KEY MOV DX,B_PORT MOV AL,0E5H OUT DX,AL MOV AL,0D3H OUT DX,AL MOV AL,0