1、微機接口技術課程設計說明書課題名稱： 小直流電機調速實驗學 院： 機械工程學院專 業： 機械設計制造及其自動化組 員： 指導老師： 日 期： 2015 年5月31日目 錄1課程設計任務書 1 2說明書正文 2 2.1 前 言 2 2.2 現 狀 3 2.3 任務分析與方案設計 3 2.4 系統電路原理圖 5 2.5 元器件參數選擇及清單 92.6 電路的調試 93. 心得體會 104. 參考文獻 115. 附錄 121課程設計任務書1.1 任務要求在 dais 試驗臺基礎上設計并調試一個外接電路，能夠測量和顯示所測量的值，并且具有一定得控制功能，變成并完成整個開發系統。每組一題，分別由3-4

2、位同學合作完成。1.2 主要技術要求1） 實現電機的正反轉控制2) 實現電機轉速自動調節1.3 主要完成任務1、查找相關資料，確定課程設計方案；2、微機接口電路硬件的焊接、裝配、逐步排除故障及調試；3、用 protel2004 繪制微機最小系統配置原理圖；4、用 protel2004 繪制相關項目的接口原理圖；5、編寫有關項目的程序，并進行調試；6、按照相關項目內容要求，上機進行聯調；7、編寫課程設計報告。1.4 提交成果1、課程設計說明書一份(電子文檔和打印稿各一份)。要求: 內容完整，圖表完備，條理清晰，分析有據，計算準確。所附電路圖布局合理，清洗完備，圖形和符號要規范。2、所有原器件清單

3、。3、電路實體一套。要求: 該電路實體必須是經過自己安裝調試 并達到性能指標要求的電路實體。1.5 時間安排5 月 25 日 分組及分配課程設計任務,查找相關資料，初擬總體方案,分發參考資料、討論確定總方案，上機熟悉 protel2004 軟件。5 月 26 日完成微機最小系統配置原理圖、相關項目接口電路,原理圖及各項目接口；借領工具， 、pcb 板及相關元器件。5 月 27 日5 月 30 日 各項目 pcb 板的焊接、裝配、調試等工作、相關程序設計、編寫及聯機調試。5 月 31 日答辯及驗收課程設計成果（歸還所借工具，上交課程設計成果） 。6 月 1 日提交修改后的最終報告及成果。1.6

4、注意事項1、按時上下機，嚴禁玩游戲，主義公共衛生。2、愛護實驗室內一切實驗設施，違者按零分計。3、愛護借用的工具，丟失工具者按原價賠償。故意損壞工具者按零分計，并原價賠償。4、注意安全。下課時關閉總閘與空調，拔掉電烙鐵，關好門窗。5、不準用筆在實驗桌上亂寫亂畫，否則按零分計。6、依據階段設計任務，按時完成；否則按零分計。2. 說明書正文2.1 前 言隨著計算機的發展突飛猛進，主要電子器件相繼使用了真空電子管， 晶體管， 中、小規模集成電路和大規模、超大規模集成電路，引起計算機的幾次更新換代。 每一次更新換代都使計算機的體積和耗電量大大減小，功能大大增強，應用領域進一步拓寬。特別是體積小、價格低

5、、功能強的微型計算機的出現，使得計算機迅速普及，進入了制造業各個領域，在機械自動化和機電一體化應用方面發揮了很大的作用。它大量采用計算機技術進行自動控制，這使制造業各個領域的成果，效率和質量得到大幅度提高。微型計算機簡稱“微機”，是由大規模集成電路組成的、體積較小的電子計算機。它是以微處理器為基礎，配以內存儲器及輸入輸出(i0)接口電路和相應的輔助電路而構成的裸機。 把微型計算機集成在一個芯片上即構成單片微型計算機。微型計算機由運算器、控制器、存儲器、輸入設備和輸出設備五大部分組成。其中存儲器又分內存儲器、外存儲器；通常我們把輸入設備及輸出設備統稱為外圍設備；而運算器和控制器又稱為中央處理器。

6、微機原理與接口技術課程設計能夠在教材整體框架設計上強調針對不同專業群體，體現不同專業類別的需求，突出計算機基礎教學的應用性。同時，充分考慮不同層次學校、 不同專業在人才培養上的差異，針對各門課程設計了面向不同對象的教材。除主要教材外，還配有必要的實驗教材。從程序基本結構入手 ，由淺入深， 從給出程序和補充完整程序進行調試到自編程序上機調試通過，逐步掌握編程方法和調試方法。硬件實驗由常用可編程接口芯片應用（基礎性實驗 ）和多片可編程接口芯片綜合應用（提高性實驗）兩部分組成，包括設計性為主的實驗和研究探索性為主的實驗。 通過完成可編程芯片硬件連線與芯片的初始化編程和應用程序的設計， 使學生掌握使用

7、微機接口常用外圍芯片的方法，培養學生使用常用可編程接口芯片并結合數字電子技術進行 i/o 接口設計的能力。各種微機控制系統在基本構造上是類同的，主要由微機控制器，被控對象與接口電路（輸入，輸出及驅動接口電路）組成。根據被控對象的不同，微機控制系統又分為閉環控制系統 （反饋控制輸出信號的大小） 與開環控制系統， 學好 “微機原理與接口技術” 是掌握微機控制系統原理與技術的基礎。同時微機原理與接口技術是一門很有趣的課程， 任何一個計算機系統都是一個復雜的整體，學習計算機原理是要涉及到整體的每一部分。 討論某一部分原理時又要涉及到其它部分的工作原理。這樣一來，不僅不能在短時間內較深入理解計算機的工作

8、原理， 而且也很難孤立地理解某一部分的工作原理。課程設計是培養學生綜合應用所學知識， 發現、 提出、 分析和解決實際問題 、鍛煉實踐能力的重要環節，將理論與實踐結合在一起，培養學生動手能力、創新能力及團隊協作能力， 。而“微機原理與接口技術課程設計”是鞏固，深化，掌握本門課程知識不可缺少的重要環節。通過本次課程設計加深對的理解和掌握。在設計程序的過程中，廣泛的查閱相關資料，屏幕顯示等等， 通過實踐來加深對理論知識的理解，同時將自己對這門技術的理解應用在計算器的設計當中， 提高自己的專業知識水平和動手能力， 為學生將來走出校門 ，踏入社會，從事具體工作打下一定得基礎。2.2 現狀當前，新技術正在

9、突飛猛進地發展。微型計算機以它獨恃的價格和作用無孔不入地深入各個領域,它已成為衡量一個國家現代科學技術發展的重要標志。微型計算機不但在工農業生產方面有重要的應用， 在科研設備中也有比較普遍的應用， 而且在辦公自動化以及家庭生活中也已逐漸得到推廣和應用。 在機械控制中 ，隨著自動控制技術與計算機科學技術的快速發展， 制造業領域已大量采用計算機技術來進行自動控制， 應用微機可以大大提高產品精度、穩定產品質量和提高生產效率，這對于推進科學技術現代比,提高經濟效益有著重大意義 。 微型計算機系統（micro computer system）是以微型計算機為核心，再配 以相應的外部設備、電源、輔助電路和

10、控制微型計算機工作的軟件而構成的完整 的計算系統應用微機可以大大提高產品精度、穩定產品質量和提高生產效率，這對于推進科學技術現代比,提高經濟效益有著重大意義。隨微型計算機尤其是便攜式計算機技術開始步入快速發展和普及應用 時期，在人們的生活中起到了越來越重要的作用，給人們的生產、生活提供更多 的便利和貢獻。直流電動機可以通過改變電樞輸入電壓以及調節勵磁電流實現無級調速。 因為直流電機轉矩與電樞電流和勵磁磁通兩者的乘積成正比， 而且電樞電流和勵磁磁通兩者可以獨立控制， 動態性能好， 所以在現代調速系統中仍然有一定的市場。直流電機具有良好而機械特性和調速特性，而且有結構簡單、維護方便、運行可靠、壽命

11、長等優點，在國民經濟各領域應用日益廣泛。因此，采用計算機技術來控制直流電機，具有重要意義。因此微機控制直流電機這個方法必然是制造業發展的趨勢， 將它們用于實際系統中，其創造性勞動在于如何用計算機的有關技術和廠家提供的各種芯片， 設計實用的電路和系統，再配上相應的應用程序，完成各種實際應用項目。同時學好微機接口技術對以后的學習乃至工作很有幫助。也給社會帶來效益，給人們的生產、生活提供更多 的便利和貢獻。2.3 任務分析與方案設計1） 任務分析本次課程設計要求通過鍵盤或開關設置實現對直流電機正反轉控制及調速控制控直并用指示燈指明電機狀態。該任務要求使用 8086、 8255、 dac0832 對直

12、流電機的轉向和轉速進行控制 ，在對 pwm 電路反復研究之后，在老師的指導下我們小組決定用 8255 的輸出信號在 8086 的控制下輸出高低電平來控制占空比， 從而實現轉速的控制。 dac0832通過輸出 0v 或 5v 來控制電機的正反轉。本次課程設計要求實現對直流電機正反轉控制及調速控制， 包括軟件部分和硬件部分。硬件部分主要要求設計并焊接電路板，軟件部分要求編寫程序通過dais 試驗臺實現對電機的控制。 要求程序有如下功能： （1） 控制電機正反轉 （2 ）控制電機轉速變化 。即通過開關控制，完成電機正轉快速，正轉慢速，反轉快速，反轉慢速 4 個功能。2 ）組內任務分工硬件部分（兩人）

13、xxxxx 主要負責根據圖紙在 pcb 板上焊接電器元件、后期和軟件同學一起調試電路。軟件部分（一人）xxxx 主要負責該部分包括控制程序的編寫，后期的測試和完善。3) 方案設計直流電機轉速 n 的表達式為：式中：u電樞電壓i電樞電流r電樞回路總電路 -每極磁通量由此可知， 直流電機的轉速調節方法可分為兩類：調節勵磁磁通的勵磁控制方法和調電樞電壓的電樞控制方法。由于勵磁控制方法在高速和低速是都受到限制，動態響應較差，所以這種方法用得很少。現在，大多數場合都是用電樞控制方法。絕大多數直流電機采用開關驅動方式。 開關驅動方式是使半導體器件工作在開關狀態，通過脈寬調制 pwm 來控制電機電樞電壓，從

14、而實現減速。在 pwm 調速時，占空比 a 是一個很重要的參數。以下三種方法都可以改變占空比的值：（1） 定寬調速法 （2） 調頻調寬法 （3） 定頻調寬法前兩種方法由于在調速時改變了控制脈沖的周期， 當輸入脈沖的頻率與系統的固有頻率接近時，將會引起震蕩，因此這兩種方法用得很少。目前，在直流電機的控制中，主要使用定頻調寬法。硬件部分： （參考圖一）有圖得只需改變直流電機兩端電壓方向即可改變電機轉向，接口電路中正反轉切換控制模塊可實現該功能通過 8255 芯片讀取開關信號從而控制電機的正轉和反轉。利用 dac0832 芯片將輸入的數字信號轉換成模擬信號驅動電機轉動 。8255a 的 pa0 與正

15、反轉控制信號輸入口直接連接，這樣便能控制電機正反轉。要控制電機轉速變化可通過 dac0832 來實現， cpu 向 0832 輸出數字量， 經 0832轉換為模擬量輸出，執行延時程序控制占空比，以達到控制電機轉速的目的。軟件部分： （參考程序）程序要實現的功能有： （1）控制電機正反轉切換（2）控制電機轉速變化我們通過對 8086 輸入匯編程序來輸出控制信號，從而對 pwm 直流電機控制電路進行控制，以實現所要求的功能。pwm 直流電機控制電路的工作原理主要是，通過輸入的控制信號來控制 4 個 pnp 三極管的工作狀態，是其實現開關的功能。由硬件分析可知：只需改變直流電機兩端電壓方向即可改變電

16、機轉向 ，接口電路中正反轉切換控制模塊可實現該功能， 程序只需完成向正反轉控制信號輸入口循環輸出高低電平（0 或 1）即可。因此可用 8255a 與 cpu 通信，cpu執行程序向 8255a 的 pa 口以一定時間間隔循環輸出不同信號，8255a 的 pa 0與正反轉控制信號輸入口直接連接，這樣便能控制電機正反轉。要控制電機轉速變化，就需改變電機電樞電壓。可通過 dac0832 來實現，cpu 向 0832 輸出數字量，經 0832 轉換為模擬量輸出，執行延時程序控制占空比，以達到控制電機轉速的目的。 dac0832 的 aout 與直流電機接口電路的 pwm 信號輸入口相連接。2.4 系統

17、電路原理圖(1) 、電路原理圖圖一 直流電機控制接口電路原理圖如圖一所示：我們組課程設計要實現控制的如下功能： （1）控制電機正反轉（2）控制電機轉速變化 。即通過開關控制，完成電機正轉快速，正轉慢速 ，反轉快速，反轉慢速 4 個功能。我主要負責硬件部分，硬件部分又是主要有圖一電路原理圖來實現的，圖中有兩個接口 p1 和 p2 輸入控制，p3 連接電機輸出。(1)pwm 信號通道即 p1 接口輸入p1 與 0832 相連接，微機輸出的 pwm 信號經過插座 p1、r1 進入 u1a 同相放大電路，u1a 輸出同相位的 pwm 信號分別經過 r11、r16 同時進入 q1、q2的集電極。只有當正

18、反轉控制信號高電平經 u1b、u1c 電壓比較器輸出高電平觸發 q1、q6 或 q2、q4 導通時，pwm 控制信號才能開關 q2、q5，驅使直流電機產生正反轉運行。運用微機控制技術，就能非常方便地調整脈沖的占空比 ，從而實現直流電機的調速。（2）正反轉信號控制即 p2 接口輸入p2 與 8255 相連接，當需要直流電機正轉時，微機輸出高電平經 p2 的 1 腳輸入反相器 u2a 輸入端，u2a 輸出端與反相器 u2b 的輸入端相連，u2b 的輸出端經電阻 r7 輸入 u1b 的同相輸入端。u1b 為電壓比較器，其反相器輸入端接著 r8、r9 的分壓電阻組成 2.5v 的門檻電壓。當輸入電壓小

19、于 2.5v 時，u1b腳輸出低電平；當輸入電壓大于 2.5v 時，輸出高電平觸發 q1、q6 導通，使直流電機產生正轉。同理，直流電機的反轉控制由 u2a 和 u1c 組成。由于直流電機正反轉控制不能同時存在，所以當 u1b 為高電時，u1c 只能是低電平。他們之間靠 u2a、u2b 互鎖。圖二 微機 8086 最小模式系統配置（2）程序流程圖圖三 軟件流程圖2.5 元器件清單及參數選擇2.6 電路的調試1）硬件調試（1） 電路板焊接完成后， 給電路板連接上直流電動機， p1 口短接， 電源接到 12v的直流電壓。為保證電板不被燒壞，電源采取從大到小慢慢上加的方式進給。（2） 通電到 8 到

20、 12 伏。 若電動機轉動， 說明硬件調試成功。 若電動機未能轉動 ，則說明電路在焊接上可能出現虛焊，也可能出現電阻等元件選擇錯誤，或者某些元器件沒有焊牢等等問題。 這時需要用控制變量法，用萬用表對每個元器件間進行檢測，找出虛焊點或用錯的電阻，再進行調試。（3）p1 口通高電平（p2 口不接）電機轉動，假設此時電機為正轉，再通低電平 ，若電動機轉向發生變化，即電動機發轉，則說明電動機正反轉調試成功。（4）p1 接正反轉控制信號的輸入，p2 接 pwm 信號的輸入，電源接 12v 的直流電壓，調節占空比，改變電動機電樞電壓，用萬用表測量電壓并且記錄，若電動機轉速發生變化且電壓越大轉速越快，則說明

21、電動機轉速調節成功。2）軟硬件聯調硬件調試通過后進行，步驟如下：（1） 按照8086最小系統配置將138譯碼器和dac0832相關信號引腳連接起來（如片選信號、讀寫控制線號、地址線、數據線等），將8255a輸出口的pa0與直流電機接口電路pcb板中控制電機正反轉的信號入口連接在一起，仔細檢查確保無誤。（2） 連接好電路后，打開dais試驗臺電源，啟動電腦，打開相關軟件，鍵入程序，進行編譯調試，調試通過后裝載運行。（3）觀察電機運行情況是否符合要求，滿足要求則調試通過，如未能達到要求，檢查并修改程序，重新調試直至達到要求。3. 心得體會在這次課程設計中，我們確實學到了很多東西，不僅鞏固了以前學到

22、的知識，而且還學到了很多書上所沒有的東西。在實踐中，我也發現了許多自己的不足，直流電機的硬件就是利用 0832d/a 轉換電路的輸出經放大后驅動直流電機。編制程序改變 0832 輸出經放大后方波信號的占空比來控制電機轉速.編制程序改變 8255輸出的高低電頻來改變直流電機的正轉和反轉。利用軟件畫電路圖的時候，由于對軟件和電路圖原理的不熟悉，使得畫圖的進展很慢，再加上老師給的 8086 最小系統圖還有一部分需要做修改，在框架搭完之后就停滯不前，錯誤無法找出，后來經過查找資料進一步的去完善。焊接電路之初一定要仔細分辨各個器件的方向，用萬能表測量選取每個電阻的阻值，安電路原理圖的要求排好各個器件，經

23、過多次檢查在下手，焊接的時候要保留一些預留，從而保證該器件能重復使用，前期不檢查，出現問題了反而會花費了很多時間，電路弄好之后再到老師那邊領取芯片和接線進行調試，初次調試是把電機連接到pcb 板，給 pcb 板通電，電機轉動的很順利。接下來就是 pcb 板和實驗儀的連接和軟件的編寫， 這一階段是整個設計過程中遇到困難最大的，開始是調零沒有調好，經過同學講解，解決了這個問題，但是軟件問題沒有解決，整整兩天時間毫無收獲。 后來經過反復推敲終于把軟件編譯出來了，但是只能實現電機的變速卻不能實現反轉， 試驗再一次陷入困境。經過老師講解之后發現是實驗儀上的輸出電壓沒有達到要求， 實驗儀上的連線也沒有連接

24、好。調整完這些所有的缺陷之后，電機終于實現了正反轉和調速，但是軟件控制不是很到位，沒有達到電壓大，轉速快的要求，最后發現是電板有虛焊的地方，通過萬能表逐個的檢測，發現了這個虛焊點，解決了問題，電機終于完成了預期的目標。此次課程設計雖然最后實現的效果不是很好，但也讓我認識到，要真正地掌握一門知識，單單的學習課本是遠遠不夠的，只有將課本內容與老師講解付之于行動，通過實踐來檢驗，才能確實了解到自己掌握了多少，然后查漏補缺，做到完全吸收。第二細心也是極其重要的，做這個設計不能有一點閃失，必須一步到位，不然就會花費相當長的時間去檢查錯誤，這次設計提高了我的實際動手能力和獨立思考的能力。第三團隊合作很重要

25、，我們要通過多次的討論，嘗試，相互學習才能提高自己。總之，這次的課程設計我獲益匪淺。4. 參考文獻1周佩玲主編. 微機原理與接口技術（基于16位機），北京電子工業出版社，20042李國棟，王新中，陸志平等編.微機原理與接口技術課程設計.杭州：浙江大學出版社，20073.秦曾煌.電工學電子技術（第六版） 高等教育出版社 20044.甘登岱主編，protel dxp 電路設計與制版實用教程，人民郵電出版社2004,5.李繼燦著，新編 16/32 位微型計算機原理及應用（第 3 版） ，北京：清華大學出版社，20046.張偉等編.protel dxp 入門與提高.北京：人民郵電出版社，2003.27

26、.2009-2012 年中國交直流電機行業調研與發展前景預測分析報告8.直流電機 （專利申請號 02138240.9）9.直流電機控制電路和直流電機 （專利申請號 94109517.7）10.2011-2015 年微機市場營運前景與發展戰略指導報告. 5. 附錄參考程序：;-小直流電機調速實驗-;注意：進行本實驗前，請先裝載運行d/a 0v輸出（調基準電壓）程序ph88da_0v.asm;使d/a輸出端“aout”輸出電壓為0v，再進行本實驗。 code segmentassume cs:code,ds:code,es:code;=daport equ 0ffe0hzxk equ 0ffdch

27、zwk equ 0ffddhpa equ 0ffd8hpctl equ 0ffdbhbuff db ?,?,?,?,?,?;= org 3670hstart: mov buf,00h ;display 0832 80 mov buf+1,08h mov buf+2,03h mov buf+3,02ha1: mov dx,pctl mov al,80h out dx,al ;8255a初始化 mov al,1 mov dx,pa out dx,al call prog1 mov al,0 mov dx,pa out dx,al call prog1 jmp a1 ;主程序結束prog1: mov cx,1 ;子程序prog1開始p5: push cxp4: mov cx,200p1: push cx mov al,80h call jdal1 push cx call delay2 pop cx mov al,00h call jdal1 pop cx loop p1 ;轉速1 mov cx,200p0: push cx mov