机电控制实习(二)指导书(后3天)

机电控制机电控制实习 二 实习 二 指导书指导书 专业 年级 学号 姓名 1 机电控制实习 二 机电控制实习 二 一 课程的任务与作用一 课程的任务与作用 本课程是一门重要的专业技能实习课程 通过本课程的学习与训练 使学生进一步掌握机电控 制的理论知识 获得必要的机电控制工程技能 并为今后从事与本专业有关的工程技术工作奠定必 要的基础 二 实习目标及基本要求二 实习目标及基本要求 一一 教学目标要求教学目标要求 使学生能基本掌握单片机与 PLC 控制系统的原理以及操作方法 二二 实习报告要求实习报告要求 1 按实习指导书的格式要求填写 2 实习目的明确 要有预习报告 3 按规定的实习内容及实习步骤进行实验并填写实验结果 实验结果记录尽可能详尽 4 实习报告中要求有原理说明及原理图 5 安装调试结果的对比说明及其解释 6 对结果的讨论 三 实习组织 场地及设备三 实习组织 场地及设备 1 实习的组织 鉴于实习的故障复杂及多变性 指导教师组织指导 纠正操作 纠正错误等 往往忙无所措 建议按 20 个左右学生 教师组成实习班 学生分组并确定工位及确定仪器 工具 以便于管理 2 实习设备 场地的要求 1 每个工位配备交流电源 计算机及必要的机电控制仪器 对于专用的贵重电子测试设 备可按班级配置 2 教室的电源供电应满足单项实习项目最大功率装机容量附设线路及配电装置 3 用电安全保护设备齐全 4 配备教师演示操作台或黑板等教学设备 2 项目项目 1 单片机编程单片机编程 keil 与仿真软件与仿真软件 proteus 的安装及使用的安装及使用 一 实习目的一 实习目的 掌握单片机编程软件 keil 与仿真软件 proteus 的安装及使用 二 实习器材二 实习器材 1 计算机一台 2 HC6800E 单片机开发板一套 含接线与步进电机 三 项目要求三 项目要求 安装单片机编程软件 keil 学习使用 keil 软件编写程序 并生成 Hex 文件 采用 HC6800 EM3 开发板进行程序烧录实践 观察效果 安装单片机电路仿真软件 proteus 学习使用 proteus 软件绘制单片机电路图 并掌握采用 keil 与 proteus 进行单片机系统仿真调试的方法 四 实习方法与步骤四 实习方法与步骤 第一章第一章 KEIL 安装使用说明安装使用说明 1 Keil 软件的安装软件的安装 首先 双击 c51v805 中文版 exe安装 然后 点击注册 2 Keil 软件的使用软件的使用 软件是目前最流行的开发 80C51 系列单片机的软件 Keil 提供了包括 C 编译器 宏汇编 连接器 库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案 1 使用 Keil 前必须先安装 安装过程简单 这里不在叙述 2 安装好了 Keil 软件以后 我们打开它 3 程序编辑后选择左窗口 目标 Target 1 属性 点击右键选择 输出 将 生成 HEX 文件 打钩 然后点击确定 3 二进制加法试验 二进制加法试验 p2 口八个灯作二进制加法 理解二进值的计算 硬件连接 p2 口用排线与 8 路指示灯相连 连接方法 JP11 P2 和 JP1 LED 灯 用 8PIN 排线连接起来 3 include void delay unsigned int i 声明延时函数 main unsigned char Num 0 xff while 1 P2 Num delay 1000 延时函数 Num 延时函数 void delay unsigned int i unsigned char j for i i 0 i for j 255 j 0 j 5 打开程序烧录软件打开程序烧录软件 PZISP 或者或者 STCISP 然后选择然后选择 HEX 文件烧录 文件烧录 4 5 第二章第二章 Proteus 概述概述及其与及其与 Keil 的联调的联调 Proteus ISIS 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件 它运行于 Windows 操 作系统上 可以仿真 分析 SPICE 各种模拟器件和集成电路 该软件的特点是 实现了单片机 仿真和 SPICE 电路仿真相结合 具有模拟电路仿真 数字电路仿真 单片机及其外围电路组成的系 统的仿真 RS232 动态仿真 I2C 调试器 SPI 调试器 键盘和 LCD 系统仿真的功能 有各种虚拟 仪器 如示波器 逻辑分析仪 信号发生器等 支持主流单片机系统的仿真 目前支持的单片机 类型有 68000 系列 8051 系列 AVR 系列 PIC12 系列 PIC16 系列 PIC18 系列 Z80 系列 HC11 系列以及各种外围芯片 提供软件调试功能 在硬件仿真系统中具有全速 单步 设置断 点等调试功能 同时可以观察各个变量 寄存器等的当前状态 因此在该软件仿真系统中 也必须 具有这些功能 同时支持第三方的软件编译和调试环境 如 Keil C51 uVision2 等软件 总之 该 软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件 本章介绍 Proteus ISIS 软件的工作环境和 一些基本操作 一 一 实例一实例一 Keil C 与与 Proteus 相结合的仿真过程 相结合的仿真过程 下面以一个简单的实例来完整的展示一个 Keil C 与 Proteus 相结合的仿真过程 1 单片机电路设计 单片机电路设计 如图所示 电路的核心是单片机 AT89C51 单片机的 P1 口八个引脚接 LED 显示器的段选码 a b c d e f g dp 的引脚上 单片机的 P2 口六个引脚接共阳极 anode LED 显示器的 位选码 1 2 3 4 5 6 的引脚上 电阻起限流作用 总线使电路图变得简洁 电路图的绘制 2 单片机 单片机 led 显示电路程序设计显示电路程序设计 程序设计 程序设计 实现 LED 显示器的选通并显示字符 进入 KeilC Vision2 开发集成环境 创建一个新项目 Project 并为该项目选定合适的单 片机 CPU 器件 如 Atmel 公司的 AT89C51 并为该项目加入 Keil C 源程序 6 源程序如下 define LEDS 6 include reg51 h led 灯选通信号 unsigned char code Select 0 x01 0 x02 0 x04 0 x08 0 x10 0 x20 unsigned char code LED CODES 0 xc0 0 xF9 0 xA4 0 xB0 0 x99 0 4 0 x92 0 x82 0 xF8 0 x80 0 x90 5 9 0 x88 0 x83 0 xC6 0 xA1 0 x86 A b C d E 0 x8E 0 xFF 0 x0C 0 x89 0 x7F 0 xBF F 空格 P H void main char i 0 long int j while 1 P2 0 P1 LED CODES i P2 Select i for j 3000 j 0 j 修改循环次数 改变点亮下一位之前的延时 可得到不同的显示效 果 i if i 5 i 0 3 3 将生成的 将生成的 hex 文件烧入文件烧入 proteus 中的单片机 中的单片机 4 4 使用 使用 proteus 调试 调试 5 keil 和和 proteus 的在线联调的在线联调 单击 Project 菜单 Options for Target 选项或者点击工具栏的 option for target 按钮 弹出窗口 点击 Debug 按钮 在出现的对话框里在右栏上部的下拉菜单里选中 Proteus VSM Simulators 并且还要点击一下 Use 前面表明选中的小圆点 最后将工程编译 进入调试状态 并运行 Proteus 的设置 进入 Proteus 的 ISIS 鼠标左键点击菜单 Debug 选中 use remote debug monitor 如图所示 此后 便可实现 Keil C 与 Proteus 连接调试 Keil C 与 Proteus 连接仿真调试 单击仿真运行开始按钮 我们能清楚地观察到每一个引脚的电频变化 红色代表高电频 蓝 色代表低电频 在 LED 显示器上 循环显示 0 1 2 3 4 5 7 项目项目 2 步进电机的仿真控制步进电机的仿真控制 一 实习目的一 实习目的 掌握单片机编程软件 keil 与仿真软件 proteus 的安装及使用 二 实习器材二 实习器材 3 计算机一台 4 HC6800E 单片机开发板一套 含接线与步进电机 三 项目要求三 项目要求 设计一步进电机控制系统 可实现对步进电机的启停 正反转以及调速控制 电机的转速有四 档 各档的转速如下 1 档 25rpm 2 档 16 67rpm 3 档 12 5rpm 4 档 10rpm 四 实习方法与步骤四 实习方法与步骤 1 1 步进电机的工作原理 步进电机的工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件 步进电动机的输入量是脉 冲序列 输出量则为相应的增量位移或步进运动 正常运动情况下 它每转一周具有固定的步数 做连续步进运动时 其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系 不受电压波动和负载变化 的影响 由于步进电动机能直接接受数字量的控制 所以特别适宜采用微机进行控制 在HC6800E V2 8开发板上单片机的管脚通过排线连接ULN2003D驱动步进电机 开发板上M1 M5均为步进电机接口 用于外接5线4相步进电机 最多可外接5个步进电机 下面先介绍三相反应式步进电机的原理 结构 电机转子均匀分布着很多小齿 定子齿有三个励磁绕阻 其几何轴线依次分别与转子齿轴线错 开0 1 3T 2 3T 相邻两转子齿轴线间的距离为齿距 以T表示 即A与齿1相对齐 B与齿2向 右错开1 3T C与齿3向右错开T A 与齿5相对齐 A 就是A 齿5就是齿1 下面是定转子的展开 图 旋转 如A相通电 B C相不通电时 由于磁场作用 齿1与A对齐 转子不受任何力以下均同 如B相通电 A C相不通电时 齿2应与B对齐 此时转子向右移过1 3T 此时齿3与C偏移为 1 3T 齿4与A偏移 T 1 3T 2 3T 如C相通电 A B相不通电 齿3应与C对齐 此时转子又向右移过1 3T 齿4与A 偏移为1 3T 对齐 如A相通电 B C相不通电 齿4与A 对齐 转子又向右移过1 3T 这样经过A B C A分 别通电状态 齿4移到A相 电机转子向右转过一个齿距 如果不断地按A B C A 通电 8 电机就每步 每脉冲 1 3T向右旋转 如按A C B A 通电 电机就反转 由此可见 电机的位置和速度与导电次数 脉冲数 和频率成一一对应关系 而方向由导电顺序决由此可见 电机的位置和速度与导电次数 脉冲数 和频率成一一对应关系 而方向由导电顺序决 定 定 不过 出于对力矩 平稳 噪音及减少角度等方面考虑 往往采用A AB B BC C CA A这种导 电状态 这样将原来每步1 3T改变为1 6T 这就是电机细分驱动的基本理论依据 不难推出 电机定子上有m相励磁绕阻 绕阻轴线分别与转子齿轴线偏移1 m 2 m m 1 m 如 果这m相励磁绕阻导电按一定的相序 步进电机就能被控制正反转 这是步进电机旋转的物理条件 只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机 出于成本等多方面考虑 市场上一般以 二 三 四四 五相为多 2 2 项目的解决方案 项目的解决方案 系统采用 AT89C51 单片机作为主控制器 单片机采用 12MHz 的晶振 步进电机的启停 正反 转以及 4 档调速分别用按钮实现 步进电机采用 5V 电源供电 步进电机驱动芯片选择 ULN2003A 插件 或 ULN2003D 贴片 此外 还用一个 8 段数码管显示电机的转速档位 数 码管的驱动芯片选用 7447 硬件原理如下图 9 软件设计 软件设计 时钟频率是 12MHz 机器周期是 1us 采用定时器 T0 定时 定时周期设为 1000 1us 1ms 此时 T0 的初值为 T0初值 216 1000 64536 0 xFC18 若已知转子齿数为 10 步进电机工作于双四 拍方式 则步距角 360 10 4 9 Tmd表示步进间隔 nr表示步进电机转速 n0表示计时因数 则 00 1500 360 9 001 0 60 360 960 nnT n md r 各档转速对应的计时因数分别如下 1 档 步进电机的转速 nr 25rpm n0 60 步进间隔为 60 1ms 0 06s 0 1500 n 2 档 步进间隔为 90 1ms 0 09s 3 档 步进间隔为 120 1ms 0 12s 4 档 步进间隔为 150 1ms 0 15s 启动档 步进间隔为 0 2s 程序 程序 预处理 定义变量 预处理 定义变量 定义步进相序变量 速度档位变量以及方向 启停开关变量 主程序主程序 初始化 P0 P3 口输入准备 P1 口输出高电平使步进电机的所有相断电 设定外部中断 0 和外部 中断 1 的触发方式 下降沿触发 开外部中断和定时器 0 中断 定时器 0 的模式和初值设置 开 定时器 0 循环检测档位信号 如果 P0 0 xfe P0 0 0 设定速度档位变量为 1 档 n0 60 P2 口输出档位信号 如果 P0 0 xfd P0 1 0 设定速度档位变量为 2 档 n0 90 P2 口输出档位信号 如果 P0 0 xfb P0 2 0 设定速度档位变量为 3 档 n0 120 P2 口输出档位信号 如果 P0 0 xf7 P0 3 0 设定速度档位变量为 4 档 n0 150 P2 口输出档位信号 否则 循环检测档位信号 10 外部中断外部中断 0 服务程序 启停开关 服务程序 启停开关 启停变量 step 的值加 1 如果 step 2 step 0 限定值为 0 或 1 外部中断外部中断 1 服务程序 正反转开关 服务程序 正反转开关 方向变量 flag 的值加 1 如果 flag 2 flag 0 限定值为 0 或 1 定时器定时器 0 中断服务程序 步进间隔为中断服务程序 步进间隔为 T0 n0 重装定时器 T0 的初值 如果启停变量 step 1 则转下一步 否则停止步进电机 计时变量 n 清 0 如果计时变量 n 档位变量 n0 即步进间隔时间到 如果转向变量 flag 0 则根据步进相序变量 index 的值输出正转相序 否则根据步进相序变量 index 的值输出反转相序 注意 index 加 1 n 清 0 在 step 1 的情况下 每次定时器 T0 中断 n 的值加 1 主程序和定时器 0 中断服务程序的流程图如下