13说明书正文示例

江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 1 页 共 54 页 单片机及接口控制试验平台设计 序 言 自从单片机问世以来 在国外 它已广泛应用于自动控制 数据采集和处 理 家用电器等各方面 同时也渗透到其它各个科技领域 在国内 虽然起步 较晚 但由于单片机价廉物美 功能强 体积小 使用灵活方便 得到发展越 来越多的发展 尤其在工业过程控制 自动化仪器等领域得到广泛应用 对推 动国家的工业现代化进程有着重大意义 现代工业中绝大部分的动力装置都是用电机来实现的 由于电机并不能自 身对转速进行控制 在以前只能用机械装置对电机进行调速 随着机械调速装 置在实际应用中暴露出来的噪音 能耗大以及易磨损 占用空间大 安装不便 等问题 人们开始把目光投向了电子调速 本设计目的就是利用单片机对当前 国内使用最多的三种电机进行调速 本说明书共分为 4 章 第一章课题分析与方案论证 第二章对硬件进行了 详细的说明 第三章对系统的软件进行了分析 第四章有选择地列举了软硬件 在调试过程中出现的问题 并对问题作出了分析 其中重点是单片机的各接口 单元电路的设计 以及数据的显示处理 设计的最终成果是能通过按钮对电机 的速度进行控制 并实现对交流电机转速模拟量的采集 并通过 LED 进行显示 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 2 页 共 54 页 第 1 章 课题分析与方案论证 1 1 课题任务分析 本课题主要实现用单片机控制交流 直流 步进三种电机转速的目的 并 采集变频器转速输出口的电流信号将交流电机的实际转速显示出来 实验室现有的西门子变频器有一模拟量输入口 在该口输入 0 10V 的电压 变频器就可以输出不同频率的交流电 达到控制交流电机转速的目的 为此对 于交流电机的转速控制只要将单片机产生的数字信号转化为模拟电压信号与实 验室现有的西门子变频器的模拟量输入口接驳即可 交流电机的转速显示则需 将变频器输出的电流模拟信号转换为数字信号送单片机 步进电机通过环行分配器控制各绕组的通电顺序运转 分配器有软件和硬 件之分 实验室的步进电机是通过硬件环行分配器驱动的 因而只要使单片机 输出不同频率的脉冲至硬件环行分配器就可以控制步进电机的转速 还可以从 单片机上引出一个口 通过控制这个口的高低电平让步进电机正转或反转 直流电机的转速控制只要改变直流电机的输入电压就能实现 为此利用单 片机产生 PWM 脉冲送直流电机的驱动电路 由驱动电路产生不同的电压至直 流电机 从而达到直流电机的转速控制 本实验平台要求三种电机的调速电路以及模 数转换电路相互独立 以便在 以后做不同的实验时只需将相应的电路与单片机控制电路接驳 为此需要将各 电路的硬件和系统的软件模块化 其中硬件部分首先将各电路设计成一个个独 立的单元 然后用插口将各单元电路与单片机控制单元相连 软件的模块化则 通过在主程序中调用各子程序实现 1 2 方案论证 尽管所要控制的交流电机的额定转速为 1400r min 所要的 A D D A 芯片 的分辨率最小为 1 1400 但考虑到本次设计任务只是锻炼我们的实践能力和方 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 3 页 共 54 页 便以后教学 没有必要去片面的追求高精度而增加硬件成本 为此直接选用了 市面上较为常见的八位 D A DAC0809 A D ADC0832 转换芯片 而没有 将 D A A D 芯片的选择在方案中作为考虑对象 本次方案论证主要对键盘 显 示接口电路进行选择 方案一 1 键盘 显示器单元电路方案 选用通用并行接口芯片 8155 作 LED 显示和键盘的输入 其中 8155 的 PA 口为输出口 控制键盘列线的扫描 PA 口同时又是 4 位 LED 显示器的位扫 描口 PB 作为显示器的段码口 PC 口作为键盘行线状态的输入口 2 交流电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P0 输出 8 位数字量 信号经 D A 转换芯片 DAC0832 进行转换 产生相应的模拟电压信号 再将模拟 电压信号通过二级运算器放大后 输入西门子变频器 MM420 的模拟量输入口 去控制交流电动机的转动 3 步进电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P1 0 P1 1 口输出 步进电机的控制信号 经 74LS07 正向放大后送步进电机驱动电路 4 直流电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P1 0 口输出 PWM 信号 将此脉冲信号送直流电机驱动电路控制直流电机的转动 方案二 1 键盘 显示器单元的电路方案 选用五片 串入并出 移位寄存器 74LS164 扩展五个 8 位并行输出口 一 个 8 位并行输出口用于键盘的列线使用 其余的四个 8 位并行输出口用于控制 4 个 LED 段选口作静态显示 2 交流电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P0 输出 8 位数字量 信号经 D A 转换芯片 DAC0832 进行转换 产生相应的模拟电压信号 再将模拟 电压信号通过二级运算器放大后 输入西门子变频器 MM420 的模拟量输入口 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 4 页 共 54 页 去控制交流电动机的转动 3 步进电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P1 0 P1 1 口输出 步进电机的控制信号 经 74LS07 正向放大后送步进电机驱动电路 4 直流电机单元的转速控制方案 由 AT89C51 单片机将键盘输入信号进行判断处理后经 P1 0 口输出 PWM 信号 将此脉冲信号送直流电机驱动电路控制直流电机的转动 综合上述两种方案 区别在于所采用的键盘 显示接口电路不同 方案一 选用通用并行接口芯片 8155 作 LED 显示和键盘的输入 这样就 会和 D A 转换芯片 DAC0832 共用 P0 口资源 需要进行片选 软件工作量大 硬件接线复杂 方案二 直接使用 89C51 的串换行口外扩键盘 显示器 应用串行口方式 0 的输入方式 在串行口外接移位寄存器 74LS164 构成键盘 显示器接口 这种 静态显示方式的优点是亮度大 显示闪烁感小 且 CPU 不必频繁地为显示服务 因而主程序可不必扫描显示器 软件设计比较简单 整个接口电路硬件也不复 杂 通过比较我发现 第二种方案软 硬较第一种方案简单 且充分利用了 89C51 单片机的串行口资源 节约了成本 为此 我采用第二种方案 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 5 页 共 54 页 图 2 1 A D 接口电路 第 2 章 硬件电路 本实验平台要求三种电机的调速电路以及模 数转换电路相互独立 以便在 以后做不同的实验时只需将相应的电路与单片机控制电路接驳 为此需要将各 电路的硬件和系统的软件模块化 其中硬件部分首先将各电路设计成一个个独 立的单元 然后用插口将各单元电路与单片机控制单元相连 软件的模块化则 通过在主程序中调用各子程序实现 2 1 A D 接口单元 A D 接口单元电路为采集到的变频器的模拟量能被单片机识别提供解决方 案 2 2 1 电路设计 本设计采用 8 位 A D 转换芯片 ADC0809 ADC0809 的分辨率为 1 255 而 设计的交流电机的最高转速为 1275r min 这样本设计中的 A D 采集的最小分 辨率为 5r min 为了在以后的实验中能用 A D 转换芯片单独采集电压信号 在设计中将 ADC0809 的 INT0 口和地线预留了接口 表 2 1 算例数值计算结果 发生函数法Monte Carlo 法 L 5L 15L 255 万次10 万次20 万次 J 50 0507 0 001 0 0506 0 002 0 0506 0 004 J 100 05010 04880 0488 计算结果 J 150 0502 0 0453 0 0453 0 04540 04560 0456 根据载荷概率分布及元件的条件寿命发生函数分别构造元件的首级加载失 效概率发生函数 UP0 z 2 1 K k dp k kk zzU 1 P0 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 6 页 共 54 页 参考文献 1 宋培义 刘立新 单片机原理接口技术与应用 M 北京 中国广播电视台 出版社 1999 2 张义民 王顺 刘巧伶 具有相关失效模式的多自由度非线性结构随机振 动系统的可靠性分析 J 中国科学 2003 33 9 804 812 3 潘新民 王燕芳 微型计算机控制技术 M 北京 人民邮电出版社 1999 4 马志良 单片机原理与控制技术 M 北京 机械工业出版社 2002 5 李广弟 朱月秀 王秀山 单片机基础 第二版 M 北京 北京航空航 天大学出版社 2001 6 何宏 单片机原理与接口技术 M 北京 国防工业出版社 2006 7 秦晓梅 陈育斌 单片机原理综合实验教程 M 大连 大连理工大学出版 社 2004 8 公茂法 马宝甫 孙辰 单片机人机接口实例 M 北京 北京航空航天大 学 1998 9 胡汗才 单片机原理及其接口技术 M 北京 清华大学出版社 1996 10 张振荣 晋明武 王毅平 MCS 51 单片机原理及其实用技术 M 北京 人民邮电出版社 2000 11 李秉操 张登举 付寿英 徐飞 单片机接口技术及其在工业控制中的应 M 陕西 陕西电子编辑部 1991 12 赵依军 单片微型计算机接口技术 M 湖北 湖北计算机协会 1988 13 张俊谟 单片机中级教程 M 北京 北京航空航天大学出版社 2000 14 梁建明 电阻炉炉温控制系统 J 兵工自动化 2003 18 3 123 126 15 Musaoi M T On the training of RBF classifiers J Neural Networks 2010 35 4 595 603 江苏技术师范学院毕业设计说明书 论文 第 7 页 共 54 页 致 谢 毕业设计是我们在大学期间最后的课程 是几年学习的一个好的总结 也 是我们学习成果具体的体现 所以我们搞毕业设计必须有一个良好的态度 认 真地对待 只有这样才可以学到更多的专业知识 为将来的工作做好各个方面 准备 首先要感谢带我毕业设计的李四老师 我学的很多机电方面的知识都是他 传授的 在毕业设计中遇到的问