片機課程設(shè)計-- 簡易直流電壓表的設(shè)計

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1、湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計 資料袋 電氣與信息工程學(xué)院(系、部) 2012 ~ 2013學(xué)年第 1 學(xué)期 課程名稱單片機應(yīng)用系統(tǒng)指導(dǎo)教師肖伸平職稱教授 學(xué)生姓名米林專業(yè)班級自動化1002班學(xué)號1040700910 題目簡易直流電壓表的設(shè)計 成績起止日期 2012年 12 月31日~ 2013年 1 月11日 目錄清單 序號 材 料 名 稱 資料數(shù)量 備 注 1 課程設(shè)計任務(wù)書 2 課程設(shè)計說明書 3 課程設(shè)計圖紙 張 4 5 6 湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計任務(wù)書 201

2、2—2013學(xué)年第 1 學(xué)期 電氣與信息工程學(xué)院(系、部)自動化專業(yè)1002班級 課程名稱:單片機應(yīng)用系統(tǒng) 設(shè)計題目:基于單片機的步進電機控制器 完成期限:自 2012年 12 月31日至 2013年 1月11日共 2 周 內(nèi) 容 及 任 務(wù) 試題 設(shè)計一個基于單片機的步進電機控制器。已知三相步進電機以三相6拍方式工作,A、B、C分別由P1.2、P1.1、P1.0控制,正轉(zhuǎn)時狀態(tài)是:A→AB→B→BC→C→CA→A(100→110→010→011→001→101→100)。開關(guān)SA斷開時,步進電機正轉(zhuǎn),每步定時1mS,對應(yīng)速度167轉(zhuǎn)/分;開關(guān)

3、SA閉合時,步進電機反轉(zhuǎn),每步定時2mS,對應(yīng)速度83轉(zhuǎn)/分。步進電機正轉(zhuǎn)速度(167轉(zhuǎn)/分)或反轉(zhuǎn)速度(-83轉(zhuǎn)/分)要求顯示在LED數(shù)碼管上。 注:要求首先采用PROTEUS完成單片機最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計及仿真;程序仿真測試通過后,再下載到單片機板上進行硬件調(diào)試。 進 度 安 排 起止日期 工作內(nèi)容 2012. 12.31 講述設(shè)計內(nèi)容及基本原理 2013.1.1-2013.1.8 進行系統(tǒng)的設(shè)計 2013.1.10-2013.1.11 進行系統(tǒng)的調(diào)試 主 要 參 考 資 料 [1] 劉苗生、潘宗預(yù).單片機測控系統(tǒng)設(shè)計.中國物質(zhì)出版社,2006年

4、 [2] 周潤景,張麗娜.基于PROTEUS的電路及單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真[M] .北京航天航空大學(xué)出版社,2006 指 導(dǎo) 教 師 (簽字):年月日 系(教研室)主任(簽字):年月日 (單片機應(yīng)用系統(tǒng)) 設(shè)計說明書 (題目) 基于單片機的步進電機控制器 起止日期: 2012年 12 月31日至 2013年 1 月11日 學(xué)生姓名 米林 班級 自動化1002班 學(xué)號 成績 指導(dǎo)教師(簽字) 電氣與信息工程學(xué)院 2013年1月11日 一、設(shè)計任務(wù): 試題 設(shè)計一個基于單片機的步進電機控制器。已知三相步進電機以三相6拍方式工作,A、B、

5、C分別由P1.2、P1.1、P1.0控制,正轉(zhuǎn)時狀態(tài)是:A→AB→B→BC→C→CA→A(100→110→010→011→001→101→100)。開關(guān)SA斷開時,步進電機正轉(zhuǎn),每步定時1mS,對應(yīng)速度167轉(zhuǎn)/分;開關(guān)SA閉合時,步進電機反轉(zhuǎn),每步定時2mS,對應(yīng)速度83轉(zhuǎn)/分。步進電機正轉(zhuǎn)速度(167轉(zhuǎn)/分)或反轉(zhuǎn)速度(-83轉(zhuǎn)/分)要求顯示在LED數(shù)碼管上。 注:要求首先采用PROTEUS完成單片機最小系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計及仿真;程序仿真測試通過后,再下載到單片機實訓(xùn)板上執(zhí)行。 二、單片機最小系統(tǒng)硬件資源介紹: ※ 89C51單片機; ※ 4位共陽極數(shù)碼管; ※ 2路獨立式開關(guān)

6、按鍵; ※ 外部晶振電路; ※ 3個LED發(fā)光二極管 三、設(shè)計方案: 根據(jù)要求整個設(shè)計大體可分為四塊: 一是2個按鍵K0,K1,將用戶所需來選擇步進電機的工作狀態(tài)。我們將開關(guān)連入單片機的P1口,通過按鍵開關(guān)的高低電平狀態(tài)來讀入我們所需的控制信號。硬件上直接把開關(guān)分別接在單片機的接口上,通過查詢端口信號來動作,將控制信號處理。在設(shè)計開關(guān)部分時,還考慮到機械抖動的影響,采取硬件方式—并聯(lián)電容來去抖。 二是3個LED發(fā)光二極管的顯示步進電機工作狀態(tài)模塊。在設(shè)計中步進電機正轉(zhuǎn)是黃燈亮,反轉(zhuǎn)是紅燈亮,停止不轉(zhuǎn)是綠燈亮。設(shè)計中將3個發(fā)光二極管分別接到單片機P3口,受到單片機的輸出信號控制。

7、 三是步進電機的工作模塊。要想步進電機按照我們想要的方式運轉(zhuǎn),將步進電機一端接到+12V的電源,一端接到單片機P3口,受單片機的輸出信號控制。 四是4位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。設(shè)計中主要是利用軟件編程的算法來實現(xiàn)步數(shù)的累計和顯示,同樣,4位數(shù)碼管接到單片機的P0口和P2口受單片機輸出信號的控制,在硬件上使用的是動態(tài)顯示的接法。 四、設(shè)計思路與原理 此系統(tǒng)主要由單片機、步進電機、速度顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。整體框圖如圖1。 圖1 系統(tǒng)整體框圖 1、步進電機的工作原理 步進電機通過輸入脈沖信號進行控制,即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖總數(shù)決定,而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步

8、進電機的驅(qū)動電路是根據(jù)單片機產(chǎn)生的控制信號進行工作。因此,單片機通過向步進電機驅(qū)動電路發(fā)送控制信號就能實現(xiàn)對步進電機的控制。 如圖2所示,U1、V1、W1接電源,分別有三個開關(guān)控制,U2、V2、W2分別接地。 如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電,則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下,將向磁導(dǎo)率最大(即最小磁阻位置)位置轉(zhuǎn)動,即向趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。 圖2 步進電機工作原理圖 2、步進電機的啟??刂? 步進電機由于其電氣特性,運轉(zhuǎn)時會有步進感 ,即振動感。為了使電機轉(zhuǎn)動平滑 ,減小振動 ,可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波 ,可以減小步進電機的步進角 ,提高電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉(zhuǎn)時

9、 ,為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進電機的轉(zhuǎn)軸 ,使步進電機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 3、步進電機的轉(zhuǎn)向控制 如果給定工作方式正序換相通電 ,步進電機正轉(zhuǎn)。若步進電機的勵磁方式為三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電換相 ,即則電機就反轉(zhuǎn)。在這種工作方式下,繞組以A—AB—B—BC—C—CA—A時序(或反時序)轉(zhuǎn)換6次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進一個齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1. 5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角為: 表1六拍的數(shù)學(xué)模型 步序 控制位 工作 狀態(tài)

10、 控制 模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 4 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 5 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 6 0 0 0 0 0 1 0 1 CA 05H 4、步數(shù)顯示模塊原理 速度顯示模

11、塊和工作狀態(tài)顯示模塊,都是通過單片機輸出信號控制發(fā)光二極管LED的亮滅。其中速度顯示模塊中LED構(gòu)成數(shù)碼管,要求顯示4位十進制數(shù),故用到4位數(shù)碼管。要控制多位的顯示電路,需要有字段控制和字位控制。控制方式分為靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式,每一位的顯示器都需要配一個8位輸出口來輸出該字位的七段碼,需要片外擴展輸出口。而動態(tài)顯示方式將各數(shù)碼管的對應(yīng)字段的引腳都并聯(lián)在一起,線路簡單,減少接口,不需片外擴展。這里選用動態(tài)顯示方式。 5、步進電機工作方式 (1)K0為啟/??刂崎_關(guān),控制整個系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。 (2)K1為正/反轉(zhuǎn)控制開關(guān),控制步進電機的轉(zhuǎn)向。 6、工作狀態(tài)顯示模塊

12、 LED發(fā)光二極管顯示步進電機的工作狀態(tài),它們分別接到單片機的P3.3~P3.5。讓單片機輸出通過一個反相器再接到LED陰極,LED陽極接VCC。這樣可以提高電流,有利于二極管的導(dǎo)通,我們可以通過控制P3口的數(shù)據(jù),實現(xiàn)LED的亮滅。 7、位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊 LED數(shù)碼管實際上是由七個發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的,加上小數(shù)點就是8個。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當數(shù)碼管特定的段加上電壓后,這些特定的段就會發(fā)亮,以形成我們眼睛看到的字樣了。通過分時輪流控制各個LED數(shù)碼管的COM端,就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示,這就是動態(tài)驅(qū)動。 P0口和P2口的前四個分別接步數(shù)顯示中對

13、數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選,這里主要是由軟件算法來實現(xiàn)單片機輸出的控制。 五、 設(shè)計內(nèi)容: 1、程序流程圖 首先是數(shù)碼管顯示清零,單片機再讀入P1口輸入的按鍵狀態(tài),先判斷是否啟動,如果沒有啟動則是綠燈亮并再判斷,如果啟動了,就接著判斷所需的電機工作模式,再讀入P1口狀態(tài)判斷電機的轉(zhuǎn)向,輸出控制信號為正轉(zhuǎn)黃燈亮,反轉(zhuǎn)紅燈亮,由此可以讓步進電機按照指定的方式運轉(zhuǎn),并且累計步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗P1口是否狀態(tài)改變,如果改變則步數(shù)清零重新開始判斷,不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動。流程圖如圖3所示。 開始 數(shù)碼管顯示清零 啟動? 選擇工作模式 正轉(zhuǎn)? b賦予正向指針增量 b賦予反向指針增

14、量 黃燈亮 紅燈亮 P3輸出控制模塊使電機運轉(zhuǎn) P1口改變? 步數(shù)自增一 調(diào)用步數(shù)顯示程序 綠燈亮 N N N Y Y Y 圖3 2、 PROTUES仿真圖 PROTEUS仿真圖圖4所示。 圖4 3、 程序 #include #include void delay1(void); void delay2(void); void display(int); int bs=0; main() { char a,b,c,d,j,*q, done[14]={0x01,0x03,

15、0x02,0x06,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00}; a=P3; q=done; P3=0x20; //P3.5口置1,綠燈亮,不工作 delay1(); L: a=P3; while(!(a&0x08)) //判斷是否啟動,若沒啟動則重新啟動 { P3=0x20; a=P3; delay1();} if(a&0x10) //判斷電機是否要正轉(zhuǎn) { P3=0x80; //P3.4口為1,

16、電機正轉(zhuǎn),紅燈亮 b=0;} else { P3=0x40; //P3.4口為,電機反轉(zhuǎn),黃燈亮 if(a&0x04)b=7; else b=4; } d=b; while(1) { c=*(q+b); //判斷電機步數(shù)是否走完 if(c==0)b=d; //步數(shù)走完,電機重新再走 else { P1=c; //從P1輸出電機控制信號 b++; if(a&0x10) { bs=83; display(bs)

17、; display(bs); } else bs=167; display(bs); //顯示步數(shù) j=a; a=P3; if(a!=j) //判斷P3口狀態(tài)信號是否改變 { if(!(a&0x08))bs=0; //若為停止信號,總步數(shù)清零 goto L; } //狀態(tài)信號改變,返回到開始,重新對電機控制 } } } void delay1() { int i,j; for(i=0;i<2

18、00;i++) for(j=0;j<300;j++); } void display(int n) { unsigned char tab[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67}; unsigned char i,k,t,num[4]; num[0]=n%10; //將總步數(shù)的各位分別存在num數(shù)組中 num[1]=(n/10)%10; num[2]=(n/100)%10; num[3]=(n/1000)%10; for(t=0;t<

19、5;t++) //掃描5次 { k=0x08; //位選碼指向最左一位,第四位 for(i=0;i<4;i++) { P2=k; //從P2口輸入位選碼 P0=~(tab[num[i]]); //取出顯示碼,并從P0口輸出顯示碼 k=k>>1; //求下一個位選碼 delay2(); } } } void delay2() { int i,j; for(i=0;i<10;i++) for(j=0;j<60;j

20、++); } 六、心得體會 本次課設(shè)是在實習(xí)與考試之中穿插進行的,所以時間比較緊張,給課設(shè)的順利完成增加了難度。單片機應(yīng)用技術(shù)是一門應(yīng)用性很強綜合性很強的學(xué)科,在這次課設(shè)中,我充分感受到了這一點,在老師給的課題之中,是來自于各個方面各個領(lǐng)域的應(yīng)用,不得不說,單片機很強大,確實改變了我們的生活。 課設(shè)里最困難的部分就是編寫程序和仿真調(diào)試,也許硬件連接沒問題,程序運行沒問題,但是,當把程序?qū)耄l(fā)現(xiàn)電動機就是不轉(zhuǎn),燈就是不亮,數(shù)碼管就是亂跳,這是很考驗?zāi)托牡臅r候,一遍一遍地去調(diào)試程序,修改連接部分,有時真的看著很崩潰,但是當你不放棄地調(diào)試,才有仿真成功的可能,在這種反復(fù)中,對我們自身的能

21、力是提高很多的。另一個收獲就是關(guān)于軟件的使用了。PROTEUS,KEIL51,以前好像也用過,但是平時較少接觸,這次的課設(shè)讓我比較熟練的掌握了這兩個學(xué)習(xí)軟件強大的功能。 單片機技術(shù)一直是比較實用的一門學(xué)科,拿到課程設(shè)計的題目也想著可以好好檢驗自己的學(xué)習(xí)成果,一直認為,期末考試是所謂的應(yīng)試教育,而課程設(shè)計似乎更加地考驗所學(xué)的知識,所謂實踐與理論相結(jié)合就是這個道理吧。課程設(shè)計總能讓我有一種我站在山面前的感覺,看上去比較陌生高大,但是攀登的技巧早已在平時的學(xué)習(xí)中習(xí)得,不斷地去攀登,不斷地在回味課堂上老師講的東西,書本上的東西,這是一種奇妙的體驗。 我明白遇到的電路或者課題并不一定在你的知識范圍之內(nèi),而面對新的東西,我們要冷靜地去尋求解決之道,去搜尋網(wǎng)絡(luò)資源,圖書館資源以及和同學(xué)們的討論之中,再結(jié)合自己所學(xué)過的知識來吃透理解那些未知的東西,擴寬知識面,這樣就會覺得學(xué)到了遠遠超過課堂的東西,但是卻源于課堂,這就是課設(shè)的意義吧,確實很有收獲。

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