微机控制系统实习报告
微机实习是我们专业的一门必修的专业实习课，也是大学期间最后的一门实习课，实习的目的是使我们进一步加深对《微机原理与接口技术》、《单片机原理与应用》等课程相关理论知识的理解，并基本掌握将这些理论知识应用于自动控制系统设计的基本方法与技能，掌握收集、分析、应用资料的基本方法，通过技术方案的选择论证、硬件设计、程序设计，掌握自控原理、微机原理、单片机、计算机控制等课程理论知识在自动控制中的应用方法，掌握基于微型计算机的自动控制装置、自动测试仪器等的设计方法与技能为今后从事相关技术工作奠定必要的基础。
本次实习共三周，我们自行组好了小组，共三人。小组根据学校的实习计划以及自身的情况，选了“直流电机调速控制”一题，并做好了计划，第一周设计好方案，做好原理图；第二周开始购买器件，按照原理图做好PCB板，同时完成程度的编写；第三周的主要任务则是调试和写总结。
在实习做实物作品之前，首先得了解直流电机的调速原理，根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为：nUNRRaadTn0n（其中UN、ΦN 为额定电枢电压、额定磁2KeNKeKtN通量；Ke、Kt 是与电机有关的常数；Rad、Ra电枢外加电阻、电枢内电阻；n0、△n 为理想空载转速、转速降）。改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现，如晶闸管供电速度控制系统、大功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。
另一方面，在PWM驱动控制的调整系统中，通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。设电机始终接通电源时，电机转速
VdVmaxD（其中，最大为Vmax，设占空比为D=t1/T，则电机的平均速度为：Vd 为
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电机的平均速度；Vmax是电机全通电时的速度(最大)； D=t1/T即为占空比）。由式可知，当我们改变占空比D时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度Vd与占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。
通过对电机控制速度的原理的学习和了解，我们开始了设计电路原理图，具体包括了显示部分、单片机复位部分、脉冲发生部分、按钮部分、电源排线部分等组成，我们选用了AT89C52单片机，共阳4位数码显示管作主要部件，对于电路还完整设计了复位电路等。选用P0口作数码输出显示口，P1.0-P1.3为按钮控制口，P3.0、3.1则采集直流电机的信号，而P3.5则为信号反馈口。通过两天的设计，我们组终于完成了显示部分的电路原理图，这项工作主要是由我们小组其余两位组员完成。如下图：
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完成显示部分的电路图后，还有一个更重要的原理图要完成，那就是驱动部分的电路原理图，在直流电机控制中常用H桥电路作为驱动器的功率驱动电路。用功率MOSFET构成H桥电路的桥臂。本设计采用4个相同的N沟道功率MOSFET的H桥电路，具备较好的性能和较高的可靠性，并具有较大的驱动电流。其电路图所示。图中Vm为电机电源电压，4个二极管为续流二极管，输出端并联一只小电容C6，用于降低感性元件电机产生的尖峰电压。
接着下一步便是画PCB图以及做PCB板实物了，考虑到两个原理图的连线较少，大部分功能都是由单片机实现，所以我们决定做成单层板，由原理图可得：
（上图：显示部分PCB图）
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（上图：驱动部分PCB图）
完成PCB图的设计后，便开始做实物PCB板，这个工作在我们小组中主要由我负责。具体步骤如下：
第一、制作前的准备。对照原理图，一一列出元器件的清单，计算好所有器件的规格，比如电阻的阻值、电容的容积等，做好列表好就到商店购买。在我们所选的器件中，电路板的规格是20*9（CM），AT89C52单片机一片，上拉电阻阻值为10K共8个，P型、N型MOS管各两个，光偶两个，共阳数码管一个，电源排针，排线等。
第二、电路板布线制作。首先将打印纸放在腐蚀板上，用熨斗在打印纸表面加热5到10分钟，直至打印纸上的黑线完全贴到腐蚀板为止；接下来将腐蚀板放到氯化铁溶液中腐蚀，时间大概在20分钟，观察到腐蚀板除黑线外的金属层完全腐蚀为止；最后一步就是将板在氯化铁中取出，放到清水中洗去腐蚀液，然后用沙纸将油性的黑线擦去，这项工作就算完成。
第三、器件的安装。在刚才做好的板上找到所有元件的引脚位置，在上面打好洞，然后将所有元器件按一定的规则在电路板上摆布好，因为我们所做的是单面板，所以只有在元器件的另一面焊接，遵循焊烙的原则，细心地将各器件引脚焊接固定在电路板上。
第四、整体检查。这步是做电路板的最后一步，也是相当重要的一步，做完上面的后必须从多方面对做好的电路板进行检查，主要是对线路的导通性，器件放置的合理性，以及有没有虚焊或漏焊的地方等等，如一发现存在问题，则应马上更正过来，以保证下面的测试不受影响。
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做完以上工作后，算是完成了PCB板实物的制作，下面就应该对控制直流电机的转速、测速以及显示进行程序的编写了。具体程序如下：
#include #define unsigned char uchar sbit direction_0=0x90^0;
//定义正转方向 sbit direction_1=0x90^1;
//定义反转方向 sbit speed_up=0x90^2;
//定义加速 sbit speed_down=0x90^3;
//定义减速
sbit pulse_0=0xA0^6;
//脉冲输出口pulse_0 sbit pulse_1=0xA0^7;
//脉冲输出口pulse_1 sbit led1=0xA0^0;
//数码管驱动1 sbit led2=0xA0^1;
//数码管驱动2 sbit led3=0xA0^2;
//数码管驱动3 sbit led4=0xA0^3;
//数码管驱动4
//PWM产生子程序
create_PWM(uchar K) { uchar m,n,i,j;
switch(K)
{ case 0:m=5;n=100;i=175;j=140;break; //1档位选择
case 1:m=25;n=100;i=225;j=100;break;
case 2:m=50;n=100;i=200;j=100;break;
case 3:m=250;n=50;i=250;j=50;break;
case 4:m=250;n=100;i=0;j=0;break;
default:break;
}
while(1) {
delay_high(m,n);
if(flag1==1)pulse_0=0;
if(flag2==1)pulse_1=0;
delay_low(i,j); } }
//高电平延时子程序
void delay_high(uchar m,uchar n)
{ uchar a,b;
for(a=0;a
for(b=0;b
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}
//低电平延时子程序
void delay_low(uchar i,uchar j)
{ uchar a,b;
for(a=0;a
for(b=0;b
}
//速度反馈子程序
uchar fankui()
{ uchar num;
TMOD=0x60;
TH1=0;
TL1=0;
EA=1;
ET1=1;
TR1=1;
num=TL1;
return num;
}
uchar Timer1() interrupt 3 { TF1=0;}
//显示子程序
void display(uchar speed) {
uchar code table[10]={0xc0;0xf9;0xa4;0xb0;0x99;0x92;0x82;0xf8;0x80;0x90};
uchar ge,shi,bai,qian;
bai=speed/100;
ge=speed%100;
shi=speed/10%10;
qian=speed/1000;
led1=1;
led2=0;
led3=0;
led4=0;
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P0=table[ge];
delay();
led1=0;
led2=1;
led3=0;
led4=0;
P0=table[shi];
delay();
led1=0;
led2=0;
led3=1;
led4=0;
P0=table[bai];
delay();
led1=0;
led2=0;
led3=0;
led4=1;
P0=table[qian];
delay();
}
//显示延时子程序
void delay()
{ uchar i,j;
for(i=0;i
for(j=0;j
}
main() {
uchar K=0;
uchar speed;
uchar flag1,flag2;
if(direction_0==0)
{ flag1=1;
pulse_0=1;
pulse_1=0;
create_PWM(K);
speed=fankui();
//档位变量 //若按下按钮1，电机正转
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flag1=0;
}
if(direction_1==0)
//若按下按钮2，电机反转
{ flag2=1;
pulse_0=0;
pulse_1=1;
create_PWM(K);
speed=fankui();
flag2=0;
}
if(speed_up==0)
//若按下按钮3，电机以一个档位的方式加速
{ K++;
if(K==4)K==4;
create_PWM(K);
speed=fankui();
}
if(speed_down==0)
//若按下按钮4，电机以一个档位的方式减速
{ K--;
if(K==0)K==0;
creste_PWM(K);
speed=fankui();
}
display(speed);
}
将以上程序烧写进AT89C52单片机中，接下来进行测试，先测试显示电路和程序的正确性。将单片机和数码管的Vcc端接上+5V的电源，地线则接对应地，首先按复位开关，观察数码管的显示是否正确，通过测试，结果是数码管有显示，但显示乱码，于是我们便可以确定问题可能出在程序部分。通过多次修改，但很遗憾的是还没找到原因，考虑到剩下的时间也不多了，于是我们跳过了这步的测试，直接检测驱动部分电路，将跳线接到电机相应的接线上，并接上24V直流稳压电源，开始测试。通电后，电动机正常转动，可按钮功能没实现，不能调速，也不能测速。发现问题后，也是距离交作品还有一天的时间，我们组三人在一起通过讨论、研究、查资料、分析原因后，决定对电路板和程序做了很多修改，在最后一次的测试上，还是出现了上述的问题，这也意味着这块电路板没能
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真正实现功能，但由于实习时间已到，不能再做修改，所以我们只能把这次当是一次教训，力争在日后的工作中做得更好。
经过了三周的实习经历，结合部分我们已学过的课程知识，我觉得即使最后的作品没有真正实现功能，但过程的努力让我觉得同样有非常大的收获。
首先，这次实习让我复习了一次基础课程的知识，比如微机原理、单片机原理及应用、电子电路等课程都涉及到，从我们开始设计原理图那一刻起，就意味着我们必须掌握以上课程的知识，通过了自己的设计，已学了一两年的知识又能清晰印记在自己的脑海中，这是一个非常大的收获。
其次，由于这次实习我主要负责的部分是做电路板，从这次做板的经历给我最大的收益就是动手能力的培养，我觉得实习后自己对焊烙技术、电路布线原则都有了一定的提高，还有就是对作品的测试，这也得亲自动手对实物测试，在一定程度上培养了自己的动手能力。
最后，还有一个很重要的收获，那就是团队的合作精神，这次实习我们小组一共三人，从做原理图，到测试完成提交作品，我们都是一起研究，一起讨论，一起动手，虽然我们每个成员都有具体的分工，但总的来说我们都是通过合作而完成的，这使我深刻体会到了团队合作精神的重要性。
实习结束了，算是大学期间最后一门，这次对大学期间所学知识的一个总结，也是对即将进入职场的我们一个开头，通过实习，虽然没能完成实现功能，但我自己在动手能力上有了非常大的提高，在团队意识上更有了深刻的体会，这无疑是一次非常有意义非常有收获实习经历。
2010-01-21
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