基于单片机的直流电动机转速闭环控制系统.pptx
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1、1 项目目标2 设计要求3 方案设计4 硬件设计5 软件设计6 项目总结内 容 提 要第1页/共38页1 1、项目目标(1 1)具有实践性具有实践性:能让学生从事:能让学生从事设计、制作工作。设计、制作工作。(2)具有专业综合性:能让学生在系统中应用专业理论知识。如:单片机原理及应用,自如:单片机原理及应用,自动控制理论,交直流调速系统、动控制理论,交直流调速系统、计算机控制系统等课程内容;计算机控制系统等课程内容;(3 3)具有工程训练性具有工程训练性:能让学生在实习期间培养诸多:能让学生在实习期间培养诸多的工程技术素质。的工程技术素质。第2页/共38页2 2、设计要求 实现闭环调速系统;实
2、现闭环调速系统;含有人机接口;含有人机接口;含有含有A/DA/D或或D/AD/A;方便今后扩展、改进;方便今后扩展、改进;低成本。低成本。第3页/共38页3、方案设计学生学习过其基本原理;具有普遍性、代表性;带有Flash,方便擦写;廉价一、一、MCUMCU方案:方案:AT89S51AT89S51、5252系列系列STC89C52STC89C52系列系列第4页/共38页二、被控对象方案:二、被控对象方案:方便应用自动控制原理、交直流调速控制、计算机控制系统等专业知识;驱动电路简单;小功率;廉价12V 12V 直流伺服减速电机直流伺服减速电机第5页/共38页三、人机接口方案:三、人机接口方案:学
3、生学习过其基本原理;具有普遍性、代表性;最基本的键盘、显示;廉价LEDLED数码管数码管4*44*4键盘键盘第6页/共38页四、电机驱动方案:四、电机驱动方案:学生学习过其基本原理;具有普遍性、代表性;实现方便、廉价H H桥驱动直流电机桥驱动直流电机采用采用PWMPWM调速调速第7页/共38页五、五、ADCADC与与DACDAC的选用:的选用:学生学习过其基本原理;具有普遍性、代表性;实现方便、廉价ADC0804ADC0804第8页/共38页4、硬件设计MCUMCU4*44*4键盘键盘2 2组组4 4位位LEDLED显示显示A/DA/D转换转换连续平滑连续平滑给定(调速)给定(调速)电流检测电
4、流检测PWMPWM驱动驱动电路电路测速测速反馈反馈直流电机直流电机第9页/共38页一、基本方式设计一、基本方式设计1 1、控制方式选择、控制方式选择(1)(1)程序查询方式程序查询方式程序查询方式程序查询方式 便于程序控制便于程序控制便于程序控制便于程序控制,编程简单编程简单编程简单编程简单,易于调试易于调试易于调试易于调试.占用占用占用占用CPUCPU时间长时间长时间长时间长,效率低效率低效率低效率低,实时性不高实时性不高实时性不高实时性不高(2)(2)中断控制方式中断控制方式中断控制方式中断控制方式 效率高效率高效率高效率高,实时性强实时性强实时性强实时性强 编程复杂编程复杂编程复杂编程复
5、杂,不易于调试不易于调试不易于调试不易于调试.(3)(3)DMADMA方式方式方式方式 速度快速度快速度快速度快,不经过不经过不经过不经过CPU.CPU.需要需要需要需要DMADMA控制器及控制线控制器及控制线控制器及控制线控制器及控制线 第10页/共38页I I:所有外设与:所有外设与CPUCPU并行接口并行接口II:II:并行口线不够,需要扩展并行口线不够,需要扩展III:III:除除ADC0804ADC0804采用中断方式,采用中断方式,CPUCPU采用程序采用程序控制方式控制其它所有控制方式控制其它所有I/OI/O设备。设备。2 2、通信方式选择、通信方式选择(1)(1)并行方式并行方
6、式并行方式并行方式(2)(2)串行方式串行方式串行方式串行方式 为了减轻软件为了减轻软件编程的压力编程的压力MCUMCU的硬中断的硬中断INT0,INT1INT0,INT1空闲空闲第11页/共38页3 3、驱动方式选择、驱动方式选择H H桥驱动直流电机桥驱动直流电机采用采用PWMPWM调速调速第12页/共38页键盘、显示就需要键盘、显示就需要4*8=324*8=32位,所以必然扩展位,所以必然扩展二、二、I/OI/O接口地址扩展接口地址扩展由于由于I/OI/O设备不是太多:设备不是太多:LEDLED位选码需要一个位选码需要一个373373,LEDLED段选码需要一个段选码需要一个373373,
7、键盘输入、输出各需要键盘输入、输出各需要一个一个373373和和244244。总的芯片数量在可承受的范围内。总的芯片数量在可承受的范围内。(1)(1)并行扩展接口芯片?并行扩展接口芯片?并行扩展接口芯片?并行扩展接口芯片?价格贵价格贵价格贵价格贵 系统更加复杂系统更加复杂系统更加复杂系统更加复杂(2)(2)要求不高,简单地使用数据锁存器的方法要求不高,简单地使用数据锁存器的方法要求不高,简单地使用数据锁存器的方法要求不高,简单地使用数据锁存器的方法 输出接口:可用输出接口:可用输出接口:可用输出接口:可用7437374373 输入接口:可用输入接口:可用输入接口:可用输入接口:可用742447
8、4244 第13页/共38页(1)(1)I/OI/O独立编址方式独立编址方式独立编址方式独立编址方式 需要有专门的指令来区分需要有专门的指令来区分需要有专门的指令来区分需要有专门的指令来区分(8088,IN,OUT).(8088,IN,OUT).单独的控制线信号单独的控制线信号(Z80,MREQ,IORQ;8088,M/IO)(2)(2)I/OI/O与存储器统一编址方式与存储器统一编址方式与存储器统一编址方式与存储器统一编址方式 占用存储器地址空间占用存储器地址空间占用存储器地址空间占用存储器地址空间(M6800,51,96)(M6800,51,96)数据处理功能强数据处理功能强数据处理功能强
9、数据处理功能强,I/O,I/O和存储器可共用译码电路和存储器可共用译码电路和存储器可共用译码电路和存储器可共用译码电路 I I:所选:所选MCUMCU为为89S5289S52系列,因此必须系列,因此必须I/OI/O与存储器与存储器统一编址。统一编址。II:II:必须先计算必须先计算I/OI/O占用的占用的5151外部外部RAMRAM地址范围。地址范围。三、三、I/OI/O接口地址编码接口地址编码1 1、I/OI/O接口编址方式接口编址方式第14页/共38页为占用最少口线,为占用最少口线,为占用最少口线,为占用最少口线,LEDLED采用动态显示;这样采用动态显示;这样采用动态显示;这样采用动态显
10、示;这样2 2组组组组LEDLED共需要共需要共需要共需要8 8个位选(个位选(个位选(个位选(8 8位占位占位占位占1 1地址)。地址)。地址)。地址)。2 2组组组组LEDLED共用一个段码口线(共用一个段码口线(共用一个段码口线(共用一个段码口线(8 8位占位占位占位占1 1地址)。地址)。地址)。地址)。键盘输出、输入各占用键盘输出、输入各占用键盘输出、输入各占用键盘输出、输入各占用1 1地址,共地址,共地址,共地址,共2 2地址。地址。地址。地址。ADC0804ADC0804片选需要片选需要片选需要片选需要1 1地址。地址。地址。地址。ADC0804ADC0804扩展为扩展为扩展为扩
11、展为8 8通道,需要通道,需要通道,需要通道,需要8 8地址。地址。地址。地址。若不设计译码电路,共需要用8根地址线。则设计使用P2口(高8位地址)2 2、本项目采用的、本项目采用的I/OI/O接口编址方式接口编址方式第15页/共38页(1)(1)AD15AD15给给给给LEDLED位选信号地址;(信号由位选信号地址;(信号由位选信号地址;(信号由位选信号地址;(信号由MCUMCU向向向向LEDLED写)写)写)写)(2)(2)AD8AD8给给给给LEDLED段码地址;段码地址;段码地址;段码地址;(信号由(信号由(信号由(信号由MCUMCU向向向向LEDLED写)写)写)写)(3)(3)AD
12、9AD9给键盘行地址;给键盘行地址;给键盘行地址;给键盘行地址;(信号由(信号由(信号由(信号由MCUMCU向键盘写,列扫)向键盘写,列扫)向键盘写,列扫)向键盘写,列扫)(4)(4)AD10AD10给键盘列地址;给键盘列地址;给键盘列地址;给键盘列地址;(信号由键盘列向(信号由键盘列向(信号由键盘列向(信号由键盘列向MCUMCU读)读)读)读)(5)(5)AD11AD11给给给给ADC0804ADC0804片选地址;(信号由片选地址;(信号由片选地址;(信号由片选地址;(信号由MCUMCU向向向向08040804写)写)写)写)(6)(6)AD12AD12,AD13AD13,AD14AD14
13、给给给给ADC0804ADC0804扩展扩展扩展扩展8 8通道预留地址;通道预留地址;通道预留地址;通道预留地址;(信号由(信号由(信号由(信号由MCUMCU向通道写)向通道写)向通道写)向通道写)由于没有外扩由于没有外扩RAMRAM,所以所以I/OI/O占用外部占用外部RAMRAM可以可以有很大范围,采用地址直接接口,省去译码电路。有很大范围,采用地址直接接口,省去译码电路。2 2、本项目采用的、本项目采用的I/OI/O接口编址方式接口编址方式第16页/共38页MCUMCU4*44*4键盘键盘2 2组组4 4位位LEDLED显示显示A/DA/D转换转换连续平滑连续平滑给定(调速)给定(调速)
14、电流检测电流检测PWMPWM驱动驱动电路电路测速测速反馈反馈电机电机2 2、本项目采用的、本项目采用的I/OI/O接口编址方式接口编址方式测速反馈需要对光电编码器脉冲进行计数,必然占用一个外部测速反馈需要对光电编码器脉冲进行计数,必然占用一个外部计数引脚。鉴于控制软件可能用到许多定时器,把计数引脚。鉴于控制软件可能用到许多定时器,把T2T2分配给分配给测速,因此测速,因此测速脉冲分配测速脉冲分配P1.0P1.0;电机的;电机的PWMPWM驱动分配驱动分配P1.6P1.6。电机电机PWMPWM驱动驱动及测速反馈?及测速反馈?第17页/共38页(1)(1)LEDLED接口电路接口电路接口电路接口电
15、路 位选码地址:位选码地址:1XXX XXXX B1XXX XXXX B段段选选码地址:码地址:XXXX XXX1 BXXXX XXX1 B位选码输出段选码输入3 3、I/OI/O接口编址方式接口编址方式第18页/共38页键盘行输出地址:键盘行输出地址:XXXX XX1X BXXXX XX1X B键盘列输入地址:键盘列输入地址:XXXX X1XX BXXXX X1XX B(2)(2)键盘接口电路键盘接口电路键盘接口电路键盘接口电路 键盘行输出键盘列输入3 3、I/OI/O接口编址方式接口编址方式第19页/共38页(3)(3)ADCADC接口电路接口电路接口电路接口电路 ADCADC读写地址:读
16、写地址:XXXX 0XXX BXXXX 0XXX BADCADC通道地址?通道地址?3 3、I/OI/O接口编址方式接口编址方式第20页/共38页(4)(4)ADCADC通道扩展电路通道扩展电路通道扩展电路通道扩展电路 通道通道0 0地址:地址:X000 0XXX BX000 0XXX B通道通道1 1地址:地址:X001 0XXX BX001 0XXX B3 3、I/OI/O接口编址方式接口编址方式第21页/共38页外外RAMRAM地址地址编定编定地址归属地址归属高8位低8位高8位低8位1xxx xxxx1xxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxx1000 10001000 100
17、01111 11111111 1111LEDLED位选位选xxxx xxx1xxxx xxx1xxxx xxxxxxxx xxxx0000 10010000 10011111 11111111 1111LEDLED段码段码xxxx xx1xxxxx xx1xxxxx xxxxxxxx xxxx0000 10100000 10101111 11111111 1111键盘行键盘行xxxx x1xxxxxx x1xxxxxx xxxxxxxx xxxx0000 11000000 11001111 11111111 1111键盘列键盘列x000 0 xxxx000 0 xxxxxxx xxxxxxxx
18、 xxxx0000 00100000 00101111 11111111 1111ADCADC通道通道0 0十六进制十六进制0 x88FF0 x88FF0 x09FF0 x09FF0 x0AFF0 x0AFF0 x02FF0 x02FF0 x0CFF0 x0CFFx001 0 xxxx001 0 xxxxxxx xxxxxxxx xxxx0001 00100001 00101111 11111111 1111ADCADC通道通道1 10 x12FF0 x12FFx010 0 xxxx010 0 xxxxxxx xxxxxxxx xxxx0010 00100010 00101111 111111
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