实验指导书(6_直流小电机调速系统).doc

直流小电机调速系统实验指导书一、 实验目的培养学生在单元电路设计、系统电路分析、整机联调、计算机辅助设计和信息处理等综合方面的能力。培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。学习一种单片机系统设计的方法。熟悉利用PROTEL99软件设计硬件电路。学习实物电路的电装技术。熟悉利用KEIL软件编写编译C51源程序。学习利用万用表、示波器、信号源、电源等设备调试硬件、软件的方法。通过实验掌握以下知识点：l 电机驱动电路设计方法。l 中断记数测量转速的方法。l PWM控制电机转速的方法。l 按键处理方法与技巧。l 动态刷新数码管显示的方法与技巧。l 中断与定时器的灵活应用二、实验原理及要求1实验原理框图2指标要求l 根据小电机的参数（转速和驱动电流）选择驱动器件，设计驱动电路。l 采用光电对管实时在线检测直流电机最高转速。l 使用PWM技术调节控制电机的转速。不能使用delay()函数，利用片内的定时器。扩展要求：l 利用键盘输入转速，调节电机转速与其相等。l 用数码管显示电机实际转速和设置转速。三、实验内容和步骤1. 明确系统设计任务和要求对设计任务分析，了解性能、指标、内容及要求，这点十分重要，充分理解题目的要求、每项指标的含义，这是完成综合设计和实验的前提。2. 制订方案与构筑总体框图：对于同一个题目，实现的方案可能是多个，实现的途径和技术路线也可能是多方面的。可以将不同的方案与途径加以对比。从中选择一种方案来实现。选择的原则一般是“相对容易，相对巧妙，性价比高”。一旦方案选定，就着手构筑总体框图，将系统分解成若干个模块，明确每个模块的大体内容和任务、各模块之间的连接关系以及信号在各模块之间的流向等等。总体方案与框图十分重要，可以先来构建总体方案与框图，再将总体指标分配给各个模块，指挥与协调各模块的工作，以达到总体项目的完成。3. 查找资料、设计单元电路、参数计算与EDA计算机仿真l 单片机最小系统设计l 直流电机驱动电路设计，要注意考虑电机参数。l 测速电路设计l 各元件参数计算：电路电压、电流、阻抗、功率和标称值。在这一阶段，可以充分利用EDA软件帮助设计电路，优化调整电路结构和元器件数值，直到达到指标要求。l 注意：尽量采用典型电路和成熟方案不需要每个R、C都自己算。4. 器件选择：电路是由若干元器件构成的，对元器件性能的深入了解和应用是保证正确设计和达到设计指标的关键之一。有时候，一个元器件的应用或一个新的元器件的出现，将会使系统变得十分容易实现。应该根据器件自身特性和电路要求选择合适的器件。（如工作频率、功率、工作电压等其他指标，可以参阅器件技术手册）一般情况下，在元、器件选择方面，建议在保证电路性能的前提下，尽量选用常见的、通用性好的、价格相对低廉、手头有的或容易买到的。尽量采用集成电路和新器件将可起到事半功倍的效果。一切从实际需求出发，将分离元件与集成电路巧妙地结合起来，而且尽量应用集成电路，以使系统简化，体积小，可靠性提高。 在元器件选用中，必须注意以下几个方面： l 电源电压的范围是多少？是单电源供电还是需要双电源供电？这点十分重要。若不注意，将+3.3 V电源的器件加+5 v，将+5 V器件加+9 V，甚至更高，那器件是必烧无疑。l 元器件的主要指标是什么？这不外乎是速度和精度两方面。l 元器件互相之间的电平匹配如何？l 元器件的输入阻抗，允许的输入电压、电流范围以及输出驱动负载的能力等等。这一方面会涉及器件的安全，另一方面又可能影响到系统的某些指标能否达到。5. 用PROTEL设计原理图及PCBl 画出原理图（建议选用指定的器件），书面描述设计思路。l 给出元器件清单（BOM表，即型号、参数、封装形式）l 给老师讲述工作原理（每部分的功能，相互之间的联系，编程控制要求）l 领取元器件（讲不清楚，则不能领器件）。l 注意信号之间的相互干扰，连线最短l 做好输入、输出和其他必要的关键点标示(特别是极性)l 布局合理、美观、整齐6. 创建根目录每组在E盘根目录下创建一个自己的目录，如“E:08电子综合设计 X3杨勇”，代表信处3班杨勇。本组所有设计文档放在本组目录下，不允许将文件放在桌面或C盘。7. 焊接注意器件极性，及引脚顺序。8. 通电前检查连接是否错误！电源电压是否正常！然后再通电检查：加入正常电压，观察电路情况有无异常。如遇打火、冒烟、高热等异常情况应立即断电检查。9. 编程、分模块调试按顺序调试显示模块、键盘模块、输入模块、输出模块的功能。整个过程中注意要做书面记录，以便产生结题报告。这一阶段，要充分利用电子仪器来观察波形，利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态，测量数据，发现问题，解决问题，以达到最终的目标。10. 系统调试在系统电路板上调试完整的程序，记录实验数据。从最前端到末级进行统调，检查各级动态信号工作情况，分析是否满足设计要求。故障诊断与排除方法l 信号寻迹法：逐级检查。l 对分法：缩小故障范围。l 分割测试法：切断电路间的相互联系，查找原因。l 电容器旁路法：用于自激或排查干扰的时候。l 对比法：相同电路对比。l 替代法：用已知正常的电路、器件代替怀疑的电路。l 静态测试法：确定单一故障元件。l 动态测试法：观察动态工作状况。11. 交设计作品演示各项指标，回答老师的提问，评定实验成绩。12. 撰写实验报告l 按实验报告模板整理设计文档l 比较和选定设计的系统方案，画出系统方框图。l 单元电路设计、参数计算和器件选择。l 画出完整的电路图，并说明工作原理。l 组装调试内容（主要调试仪器、调试方法技巧、测试数据与分析、故障以及排除方法）。l 总结方案优缺点，指出实用价值并提出改进方案。l 附上所有的测试数据和曲线等等。l 总结分析实验中发现的现象，遇到的问题和解决的方法。分析系统中存在的不足和改进的方法。四、思考题1. 如何避免在按键时保证显示和电机控制的正常