《測控系統原理與設計》課程設計報告
課題： 直流馬達控制電路
班級學號
姓名專業
指導教師
2023年12月
1.緒論
直流電機就是將直流電能轉換成機械能(直流電動機)或將機械能轉換成直流電能(直流發電機)的旋轉電機。直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機執行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。
執行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。
為了推廣直流電機在化工領域的使用，由於直流電機的功能已得到很大提高，因此更為人性化的設計勢必在操作和顯示方面。直流電機直流電動機調速控制一般採用模擬法，對電動機的簡單控制應用比較多。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉控制和順序控制。
這類控制容易實現，並可通微控制器，直流電機驅動晶元和開關元件來實現，所以本課題採用此法。同時考慮到以前的直流電機只能通過數碼管來進行簡單地顯示轉速，且不能清楚的了解其轉向，而 lcd 液晶顯示器可以彌補這一點，並且還新增一些更為人性化的提示，這是以前的數碼管所不能代替的，這必將是乙個新的趨勢。
直流電機的主要功能非常廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達天線，火炮瞄準，慣性導航，衛星姿態，飛船光電池對太陽得跟蹤等控制；工業方面的各種加工中心，專用加工裝置，數控工具機，工業機械人，塑料機械，印刷機械，繞線機，紡織機械，工業縫紉機，幫浦和壓縮機等裝置的控制；計算機外圍裝置和辦公裝置中的各種磁碟驅動器，各種光碟驅動器，繪圖儀，掃瞄器，印表機，傳真機，影印機等裝置的控制；音像裝置和家用電器中的錄音機，錄影機，數位相機，洗衣機，冰箱，電扇等的控制。
2、總體方案設計
2.1、方案介紹
本次直流電機控制系統的設計主要功能是實現電機的正轉和反轉。為實現系統的微機控制，在設計中，採用了at89c51微控制器作為整個控制系統的控制電路的核心部分，配以各種模組，實現對電動機控制。
2.2、總體框圖
系統組成：直流電機控制方案如圖2.2.1所示：
方案說明：直流電機控制系統以at89c51微控制器為控制核心，微控制器在程式控制下，採用橋式驅動完成電機正，反轉控制。
圖 2.2.1 直流電機控制方案
2.3、各功能模組介紹
2.3.1、儲存器
儲存器（memory）是計算機系統中的記憶裝置，用來存放程式和資料。計算機中全部資訊，包括輸入的原始資料、電腦程式、中間執行結果和最終執行結果都儲存在儲存器中。它根據控制器指定的位置存入和取出資訊。
有了儲存器，計算機才有記憶功能，才能保證正常工作。按用途儲存器可分為主儲存器（記憶體）和輔助儲存器（外存）,也有分為外部儲存器和內部儲存器的分類方法。外存通常是磁性介質或光碟等，能長期儲存資訊。
記憶體指主機板上的儲存部件，用來存放當前正在執行的資料和程式，但僅用於暫時存放程式和資料，關閉電源或斷電，資料會丟失。
2.3.2、顯示塊
顯示器是屬於電腦的i/o裝置，即輸入輸出裝置。它可以分為crt、lcd等多種。它是一種將一定的電子檔案通過特定的傳輸裝置顯示到螢幕上再反射到人眼的顯示工具。
2.3.3、直流馬達
輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機執行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機執行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。
2.3.4、電機驅動模組
對於pwm調速的電機驅動電路，主要有以下效能指標。1）輸出電流和電壓範圍，它決定著電路能驅動多大功率的電機。2）效率，高的效率不僅意味著節省電源，也會減少驅動電路的發熱。
要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關工作狀態和防止共態導通（h橋或推挽電路可能出現的乙個問題，即兩個功率器件同時導通使電源短路）入手。3）對控制輸入端的影響。功率電路對其輸入端應有良好的訊號隔離，防止有高電壓大電流進入主控電路，這可以用高的輸入阻抗或者光電耦合器實現隔離。
4）對電源的影響。共態導通可以引起電源電壓的瞬間下降造成高頻電源汙染；大的電流可能導致地線電位浮動。5）可靠性。
電機驅動電路應該盡可能做到，無論加上何種控制訊號，何種無源負載，電路都是安全的。
3、硬體電路設計
3.1 電機驅動模組
圖3.1.1 電機驅動
電機驅動模組電路如圖3.1.1所示。
驅動模組採用l298驅動晶元和l297電機控制晶元。l298驅動晶元是效能優越的小型直流電機驅動晶元，可用來驅動兩個直流電機或者是乙個步進電機；在4～46 v的電壓下，可以提供2 a的驅動電流。l298還有過熱自動關斷功能，並有反饋電流檢測功能，符合電機驅動的需要。
l297晶元為電機驅動的前級電路，主要用來產生格雷碼，避免了用微控制器引腳直接控制所造成的資源浪費。
3.2、微控制器at89c51
51微控制器是對目前所有相容intel 8031指令系統的微控制器的統稱。該系列微控制器的始祖是intel的8031微控制器，後來隨著flash rom技術的發展，8031微控制器取得了長足的進展，成為目前應用最廣泛的8位微控制器之一，其代表型號是atmel公司的at89系列，它廣泛應用於工業測控系統之中。目前很多公司都有51系列的相容機型推出，在目前乃至今後很長的一段時間內將占有大量市場。
51微控制器是基礎入門的乙個微控制器，還是應用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的微控制器一般不具備自程式設計能力。
圖3.2.1 8951c微控制器
3.3、led顯示
基本的半導體數碼管是由七個條狀發光二極體晶元組成的。可實現0~9的顯示。led顯示器結構如圖3.
2.3所示。用微控制器驅動led數碼管有很多方法，按顯示方式分有靜態顯示和動態（掃瞄）顯示。
動態顯示需要cpu時刻對顯示器件進行資料重新整理，顯示資料有閃爍感，占用的cpu時間多。靜態顯示就是顯示驅動電路具有輸出鎖存功能，微控制器將所要顯示的資料送出後就不再管，直到下一次顯示資料需要更新時再傳送一次新資料，顯示資料穩定，占用很少的cpu時間。這兩種顯示方式各有利弊；靜態顯示雖然資料穩定，占用很少的cpu時間，但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅動電路，使用的硬體較多；動態顯示雖然有閃爍感，占用的cpu時間多，但使用的硬體少，能節省線路板空間。
圖3.3.1 led顯示器
3.4、鍵盤控制
圖3.4.1 按鍵顯示
本系統中用按鍵來控制電機的起停、正反轉和速度級別。按鍵與微控制器有查詢和中斷兩種連線方式，本系統中起停和正反轉按鍵採用中斷方式控制，速度級別按鍵採用查詢方式控制。我們的起停和正反轉按鍵分別接到與門的兩端和該微控制器的p3^4 和p3^5 兩個i/o 口，經與運算後進入微控制器的int1 引腳。
速度按鍵直接接到該微控制器的p2^7 口，用查詢方式控制。電路圖3.4.
1。4、軟體設計
4.1、主程式
該主程式主要完成初始化，設定定時常數和中斷入口程式，主程式不斷的迴圈處於等待中斷狀態. 本次設計的直流馬達主要是控制轉的方向，即控制向左轉向右轉。軟體設計首先要使系統初始化，變數和液晶顯示都要初始化，然後確定正轉方向，若是正轉則發正轉命令，反轉則發反轉命令，停止就發停止命令。
這樣就可以在液晶顯示中看出直流馬達的除錯結果結果。
程式**如下：
org 0000h
ajmp start
org 0003h
ljmp int0； t0中斷
org 000bh
ljmp itt0； t1中斷
org 0030h系統初始化
start: mov sp,#60h賦初值堆疊指標
mov r0,#00h給r0送值0
mov r1,#00h給r1送值0
clr p1.5置0
clr p1.6置0
clr p1.7置0
mov tmod,#01h ；寫控制字控制方式
mov tl0,#0ffh ；置定時常數
mov th0,#0ffh
setb ea允許中斷
setb ex0允許外部中斷0
setb et0允許tl0中斷
clr it0
setb tr0啟動tl0
圖4.1.1主程式流程圖
4.2、子程式
4.2.1、顯示器
通過p1.1，p1.2口來控制數碼，顯示通過查表和呼叫延時實現數的顯示
如圖4.2.1。程式**：
mov dptr,#tab
mov 40h,#0置0
mov 41h,#0置0
led: setb p1.1p1.1置1
clr p1.2p1.2清0
mov a,40h將40h的內容送往a
movc a,@a+dptr查表
mov p0,a查表所得a值送往p0口
lcall tts呼叫延時
clr p1.1p1.1清0
setb p1.2p1.2置1
mov a,41h將41h的內容送往a
movc a,@a+dptr查表
mov p0,a查表所得a值送往p0口
lcall tts呼叫延時
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