武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
摘 要
直流电动机在生产和生活中都有着广泛的应用，从我们的日常出行，到工业生产，随处可见直流电机的身影，直流电机具有控制简单，运行稳定，造价低廉等特点，因此随处可见。在众多应用过程中，都涉及到对直流电动机进行调速的部分。本次课程设计的背景就是在直流电机技术快速发展的今天，直流电机调速的方法也多种多样，运用最广泛的还是PWM脉宽调制的方法，通过调节输出波形的占空比来调节输出的电压。
本次课程设计就是基于8086 CPU 这一经典的控制芯片，通过简单的按键操作，即可达到操作电机转速的目的。这里需要运用到可编程接口芯片8255。8255具有3组控制口，可以同时控制键盘，数码管和直流电机，可以实现课程设计的要求。同时运用L298驱动芯片来更加稳定地控制直流电机。8255的输出口输出循环变化的高低电平组合来模拟PWM波形，从而达到调速的目的。
关键字：PWM脉宽调制，8086，8255，L298，直流电动机
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目 录
1 系统原理分析与设计 ............................................................................................... 1 2 硬件电路设计 ........................................................................................................... 3 3 主要硬件原理介绍 ................................................................................................... 4
3.1 8086CPU介绍 .................................................................................................. 4 3.2 8255芯片介绍.................................................................................................. 8 3.3 74LS48芯片介绍 ........................................................................................... 11 3.4 L298芯片介绍 ............................................................................................... 13 3.5 74LS373芯片介绍 ......................................................................................... 14 4 系统软件设计 ......................................................................................................... 16 5 系统仿真运行 ......................................................................................................... 20 6 心得体会 ................................................................................................................. 26 参考文献 ..................................................................................................................... 27 附录1：protues仿真电路图 ...................................................................................... 28 附录2 系统程序 ........................................................................................................ 29
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直流电机速度控制
1 系统原理分析与设计
根据题目的要求，电路应该实现以下几个功能：利用7段数码管可以显示电机每分钟的转数，系统连接有按键，通过按键来控制电机的运行和停止，通过按不同的键来设置不同的速度，并在数码管上显示出来，然后，每个按键都对应一个键值，按不同的键会在显示速度的同时显示出所对应的键值。通过已知的功能可以大致画出系统的流程图，如图1-1。
8位键盘 主控芯片 4位7段数码管驱动芯片 直流电机驱动电路 4位7段数码管 图1-1 系统流程图
直流电动机 通过系统流程图，可以看到这里需要的几个主要芯片，主控芯片，数码管驱动芯片和直流电机的驱动芯片，主控芯片需要具备的功能是有3个外设接口，可以分别连接键盘，数码管和直流电机，其中键盘为输入口，数码管和直流电机是输出口，通过查阅教材和资料，发现8255芯片可以做到以上几点，因为它有3个外设接口，只要输入不同的控制字，就可以实现各个口的分别输入和输出。而数码管驱动芯片，这里选择了74LS48的驱动芯片，因为题目中只需要显示数字，那么74LS48可以输入BCD码，然后输出7个高低电平来控制数码管显示相应
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的数字，而我们知道8255的一个接口有8位，因此，余下的4位可以控制数码管的位选，这样就可以控制哪一位的数码管亮起了。而直流电机的驱动芯片选择了L298芯片，该芯片控制简单，输出电压稳定，还有一定的放大作用。这里需要说明的是，对于直流电机的调速，我选择的是PWM脉宽调制的方法。通过调节输出不同占空比的矩形波来调节直流电机的速度。而要实现PWM脉宽调制，那么就要输出不同占空比的矩形波，这里通过8255的外设接口，输出不同比例组合的高低电平来模拟PWM波，具体原理是：我给定一个8为的高低电平组合，即为一个周期，而组合中高电平越多则占空比越大，直流电机转速越快，这样如果我让这个8位的高低电平组合循环执行左移或右移指令，那么在每一位的输出口上就会循环输出高低电平，而且这个占空比就是我给定的占空比，这样只需要一个输出接口就可以控制直流电机的转速了。
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2硬件电路设计
根据前面的分析，绘制了电路图如图2-1：
图2-1 硬件电路图
如图所示，8086CPU工作在最小模式下，16位地址线分时复用。而这里通过地址线构成了8255各个外设接口的地址，其中AD15，AD5为高电平，AD2和AD1来选择8255的外设端口因此有4种组合地址，这里为了保证8255的4个端口地址为偶地址。所以CPU的AD0与译码器的输出段Y4通过逻辑与的组合生成了8255的片选信号。因此最后8255的4个端口的值为8020H、8022H、8024H、8026H。而从图中可以看到我用了两个地址锁存器，因为8086工作在最小模式下，需要地址线和数据线分时复用，因此我通过锁存器将我设置好的地址锁存，来保证各个端口的地址的稳定性。8255芯片的A口连接的是键盘，因此A口是输入口，B口和C口分别连接了数码管和直流电机，因此B口和C口是输出口，这样可以确定8255的控制字为10010000B，即90H。同时由于8255输出的高电平不足以驱动直流电机的正常运转。因此，这里加入了一个放大电路，放大输出信号后接到了L298的电压输入端。这就是大致的电路图的一个介绍和分析，后面会对每个芯片做一个简单的介绍。
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