51單片機(jī)控制直流電機(jī)

1、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目： 專 業(yè) 應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生姓名 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日期 2012年6月10日33摘要電機(jī)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用,而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之一,因而測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的調(diào)速,使它滿足人們的各種需要,更顯得重要，而且隨著科技的發(fā)展,PWM調(diào)速成為電機(jī)調(diào)速的新方式。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，微控制器在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，由于數(shù)字系統(tǒng)有著模擬系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢(shì)，如抗干擾性強(qiáng)、便于和PC機(jī)相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級(jí)維護(hù)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52和L298控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。利用AT89S52芯片進(jìn)行

2、低成本直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及PWM的占空比在LCD上的實(shí)時(shí)顯示。關(guān)鍵詞 直流電機(jī)；AT89S52；PWM調(diào)速；L298AbstractMotors play important roles in all walks of life and the rotation speed of motors is one of the vatal performance indexs.In addition,it is more important to meet people

3、s demands by testing the rotation speed and the speed governing of motors.Whats more ,with the development of science,a new way of speed governing turned up which called PWM.With the rapid development of digital technology, micro-controller in all areas of society have been widely used.Because digit

4、al system has many advantages which analog system does not have,such as strong anti-interference, simple interface with the PC, easy upgrade and maintenance for system. This project is a speed governing system of the pulse width of DC motor controlled by microcontroller AT89S52 and L298.Making the u

5、se of the chip of AT89S52 ,I design a controlling system of DC motor of low cost.It can simplify the system structure reduce system cost,strengthen system performance and meet more needs from more applications.And the system can control the corotation,reversal,scraming,accelerating and slowdown of m

6、otors and display the duty ratio of PWM on LCD in real time.Keywords DC Motor AT89S52 PMW Speed Automatic L298目 錄摘 要IAbstractI目 錄II第一章 緒論11.1直流電機(jī)的介紹11.2單片機(jī)的介紹1第二章 總體方案22.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)22.2設(shè)計(jì)思路2第三章各模塊的介紹33.1 PWM脈寬調(diào)制原理33.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)33.4獨(dú)立式鍵盤控制模塊33.5 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊33.6光電測(cè)速模塊33.7 LCD顯示模塊33.8系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3第四章 結(jié)論44.1總結(jié)和感想4致 謝5

7、參考資料6說明：61、對(duì)于著作類參考文獻(xiàn)依次為:主編名、著作名稱M、出版地址、出版社名稱、出版年份、頁碼（參考上例1）。62、對(duì)于期刊類參考文獻(xiàn)依次為:作者名、文章名、期刊名J，年份、卷號(hào)（期號(hào)）、頁碼（參考上例2）。61 緒論1.1直流電機(jī) 1.1.1直流電機(jī)的發(fā)展直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。如今，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專

8、業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化等方面。在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。因此，調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。1.1.2直流電機(jī)控制方法和工作原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法

9、。勵(lì)磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場(chǎng)飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過調(diào)節(jié)電阻來實(shí)現(xiàn)的，但這種調(diào)壓方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation,PWM）是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞電壓的接通和斷開的時(shí)間比（即占空比）來控制馬達(dá)的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，其速度增加，電機(jī)斷電時(shí)其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時(shí)間，就可

10、使電機(jī)的速度保持在一穩(wěn)定值上。直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類，其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種：直流發(fā)電機(jī)（將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能）、直流電動(dòng)機(jī)（將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能）、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)（將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)）、直流伺服電動(dòng)機(jī)（將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào)）。直流電機(jī)電路模型如圖1-1所示，磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abcd。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。直流電機(jī)模型見圖1-1。 圖1-1 直流電動(dòng)機(jī)

11、電路模型1.2單片機(jī)及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面，特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控

12、制系統(tǒng)中。這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，

13、使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價(jià)比越來越高。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī)，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通

14、或關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制?，F(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器，已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微處理器控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng)，如直流電機(jī)調(diào)速性能好，但帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問題；交流電機(jī)，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)2。高性能的微處理器如D

15、SP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即數(shù)字信號(hào)處理器)的出現(xiàn)，為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高。在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器，其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運(yùn)算。2總體方案2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方案說明：直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心，由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。采用獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，定時(shí)不斷給L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形，完成電機(jī)正，反轉(zhuǎn)和急?？刂疲煌瑫r(shí)單片機(jī)不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比

16、送到LCD數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示，見圖2-1。圖2-1 系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。另外，由于PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好；同樣,由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng),可以獲得很寬的頻帶;開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗小,裝置效率高。PWM 具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。2.2設(shè)計(jì)思路直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實(shí)現(xiàn)對(duì)

17、直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路：即直流電機(jī)PWM控制模塊。這部分電路主要由AT89S52單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部鍵盤等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間是通過AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到L298驅(qū)動(dòng)芯片來控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：設(shè)計(jì)輸入部分：這一模塊主要是利用獨(dú)立式鍵盤來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急?？刂?。設(shè)計(jì)控制部分：主要由AT89S52單片機(jī)的外部鍵盤擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分

18、主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。設(shè)計(jì)測(cè)速部分：主要有光電對(duì)管和AT89S52實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)顯示部分： LCD數(shù)碼管顯示部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度實(shí)時(shí)顯示。3 PWM脈寬調(diào)制原理3.1 PWM調(diào)速原理PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

19、也正因?yàn)槿绱耍琍WM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”，見圖3-1所示。圖3-1 PWM信號(hào)的占空比設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax 是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比D=t1/T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Va,從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度Va與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系。3.2 PWM調(diào)速方法基于單片機(jī)類由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空

20、比D是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓Ud不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小，改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的。改變占空比D的值有三種方法：A、定寬調(diào)頻法：保持t1不變，只改變t2，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t2不變，只改變t1，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。C、定頻調(diào)寬法：保持周期T(或頻率)不變，同時(shí)改變t1和t。前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期(或頻率)，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來實(shí)現(xiàn)脈寬的自

21、由調(diào)整，此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3.3 PWM實(shí)現(xiàn)方式方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個(gè)us。方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。3.4 PWM控制流程圖在本設(shè)計(jì)中PWM脈沖調(diào)制的控制流程見下圖3-2。圖3-2 PWM控制流程4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1硬件模塊組成（1）單片機(jī)控制模塊(主)（2）光電對(duì)管測(cè)速（主）（3）L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（4）獨(dú)立鍵盤控制模塊（5）LCD顯示模塊4.1.2單片機(jī)整個(gè)控制模塊直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見下圖4-1

22、4.1.2單片機(jī)整個(gè)控制模塊直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1硬件模塊組成（1）單片機(jī)控制模塊（2）L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊（3）LCD顯示模塊（4）獨(dú)立鍵盤控制模塊4.1.2單片機(jī)整個(gè)控制模塊直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊這里利用定時(shí)計(jì)數(shù)器讓單片機(jī)P2口的P2.7引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片L298放大后控制直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時(shí)一根引腳線為低電平，另一個(gè)引腳產(chǎn)生調(diào)速方波，這樣兩個(gè)引腳的電壓差就可通過控制其中一個(gè)引腳來控制。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，兩個(gè)引腳的輸出相反。 定時(shí)計(jì)數(shù)器50us中斷一次，就使P2.7產(chǎn)生一個(gè)

23、高電平或低電平。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù)。一個(gè)周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機(jī)兩端的電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。4.2 AT89S52的簡(jiǎn)介4.2.1 AT89S52主要性能AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)

24、編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；六個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。4.2.2 AT89S52各引腳功能介紹圖4-2 AT89S52單片機(jī)各引腳 AT89S52 有6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷（INT0 和INT1），三個(gè)定時(shí)中斷

25、（定時(shí)器0、1、2）和一個(gè)串行中斷。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。 AT89S52內(nèi)部具有看門狗定時(shí)器及3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。16位是指他們都是由16個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計(jì)數(shù)模值為?？删幊淌侵杆鼈兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O(shè)置，或者當(dāng)計(jì)數(shù)器用，或者當(dāng)定時(shí)器用，并且記數(shù)（定時(shí)）的范圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時(shí)器方式控制器TMOD來完成的。 存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。程序存儲(chǔ)器

26、：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始。對(duì)于 89S52，如果EA 接VCC，程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器（地址為0000H1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000HFFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：AT89S52 有256 字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。4.3獨(dú)立式鍵盤控制模塊4.3.1獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤的按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵接一根I/O口線，一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài)，即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下，獨(dú)立式鍵盤見圖4-12。圖4-12 獨(dú)立式鍵盤4.3.2本系統(tǒng)中獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的鏈接本設(shè)計(jì)中有五個(gè)獨(dú)立式按鍵，分別控制電

27、機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和系統(tǒng)的復(fù)位，獨(dú)立式按鍵與單片機(jī)的具體連接4.4 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊4.4.1 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介L(zhǎng)298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器，直流和步進(jìn)馬達(dá))和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達(dá) 1.5 A，Vss 電壓最小 4.5 V，最大可達(dá) 46 V；Vs 電壓最大值也是 46 V。L298N可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。4.4.2 L298內(nèi)部的原理L298內(nèi)部H橋電

28、路,電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠。如圖所示，H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通。例如，如圖4-5所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示

29、為順時(shí)針方向）。圖4-5 H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向,上圖反方向）。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)，保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí)，電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載，因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值（該電流僅受電源性能限制），甚至燒壞三極管?；谏鲜鲈?，在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。4.4.4 L298的邏輯功能當(dāng)使能端為高

30、電平時(shí)，輸入端IN1為PWM信號(hào),IN2為低電平信號(hào)時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號(hào)，IN2為PWM信號(hào)時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn);IN1與IN2相 同時(shí),電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時(shí),電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，半導(dǎo)體功率器件(L298)在使用上可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。線性放大驅(qū)動(dòng)方式是半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)，優(yōu)點(diǎn)是控制原理簡(jiǎn)單，輸出波動(dòng)小，線性好，對(duì)鄰近電路干擾小，缺點(diǎn)為功率器件工作在線性區(qū)，功率低和散熱問題嚴(yán)重。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈調(diào)制（PWM）來控制電動(dòng)機(jī)的電壓，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,L298邏輯功能見

31、表4-2。表4-2 L298邏輯功能IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)XX0停止101順時(shí)針011逆時(shí)針000停止110停止4.4.6本系統(tǒng)中單片機(jī)與L298的連接L298為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，在本設(shè)計(jì)中L298與單片機(jī)以及直流電機(jī)的連接見4.6 光電測(cè)速模塊4.6.1光電測(cè)速的參數(shù)發(fā)射管:由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵)制成PN結(jié),外加正向偏置電壓時(shí),向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光. 接收管:光敏二極管或光敏三極管,PN結(jié)受照射后產(chǎn)生光電流. 紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光（近紅外線約0.93m ）。管壓降約1.4V ，正向工作電流一般小于20mA。實(shí)物圖：4.6.2光電測(cè)速的原理紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種

32、，其一是直射式，其二是反射式。直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端，中間相距一定距離；反射式指發(fā)光管與接收管并列一起，平時(shí)接收管始終無光照，只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時(shí)，接收管收到反射回來的紅外光線才工作。我們采用直射式，也就是碼盤紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)有直流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)兩種。紅外發(fā)射管在直流驅(qū)動(dòng)方式下，只適合近距離傳輸。當(dāng)紅外發(fā)射管在脈沖驅(qū)動(dòng)方式下，最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)20米。光電對(duì)管的電路圖：測(cè)速模塊流程圖初始化T0、T1，然后開始定時(shí)器T0，接著開啟計(jì)數(shù)器T1，判斷是否滿足條件，然后關(guān)閉計(jì)數(shù)器用公式計(jì)算速度，送到顯示。4.5 LCD顯示模塊1602LCD簡(jiǎn)介引腳功能說明16

33、02LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表3-1所示:表3-1：引腳接口說明表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇

34、，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負(fù)極。1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平，表示不忙，否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址，也就

35、是告訴模塊在哪里顯示字符，圖3-5是1602的內(nèi)部顯示地址。圖3-5 1602LCD內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H，那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢？這樣不行，因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B（40H）+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式，在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的，無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài)。1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這

36、些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。其中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3-6所示： 液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)如上圖4-1所示,該電路實(shí)現(xiàn)的功能是：通過AT89S52的P00P07八個(gè)口輸出控制信號(hào)，控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線，通過單片機(jī)的P2.0、P2.1、P2.2向液晶模塊發(fā)送命令，控制液晶執(zhí)行各種命令，其中P2.2控制液晶的使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行

37、命令，P2.0控制液晶模塊的讀寫，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)P2.0和P2.1共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址，當(dāng)P2.1為低電平P2.0為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)P2.1為高電平P2.0為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù),P2.1控制寄存器的選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)直接應(yīng)用AT89S52的軟件方法實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出，這比硬件實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)成本低,限制少,實(shí)現(xiàn)便捷。其流程圖如下所示。5.1主程序流程圖 主程序描述：首先運(yùn)行程序主函數(shù)main,進(jìn)行系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式1，開啟T1中斷，定時(shí)50us。然后進(jìn)行按鍵查詢，本系統(tǒng)有五

38、個(gè)按鍵，加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停。如果有按鍵按下，得到相對(duì)應(yīng)的脈沖W，最后利用LCD數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示速度。流程圖見下圖5.3總硬件圖結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識(shí),也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對(duì)學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固，同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。通過本設(shè)計(jì)，較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，主要對(duì)51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能、及內(nèi)部資源,LCD顯示器等的了解，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和加以應(yīng)用的知識(shí)得到學(xué)習(xí)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的初期階段沒有頭緒。在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的道道難題。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐，我學(xué)到了許

39、多東西，知道光靠書本上的東西是不夠的，需額外去查資料。無論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上，我都遇到了不少的問題，在克服困難的過程中，我學(xué)到了許多，特別是在課堂上學(xué)不到的東西如（PWM）。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì), 我體會(huì)到應(yīng)該掌握豐富的理論知識(shí)，理論知識(shí)是設(shè)計(jì)的前提，但同時(shí)又決不能局限于理論，要多動(dòng)手才能將理論與實(shí)際工作聯(lián)系起來。在設(shè)計(jì)過程中，深深感受到自己在對(duì)一些器件的了解上，還存在很大差距，對(duì)它們的功能，參數(shù)都不是太熟悉。但是通過這次理論與實(shí)際的結(jié)合之后，認(rèn)識(shí)比以前有不少提高，在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。致謝經(jīng)過近半學(xué)期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。在設(shè)計(jì)過程中，從理論到實(shí)踐

40、，從構(gòu)建系統(tǒng)框圖到畫系統(tǒng)框圖，再到具體的電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)，從學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)元器件，到最后完成一個(gè)系統(tǒng)，在這個(gè)過程中學(xué)習(xí)了許多新的專業(yè)知識(shí)，同時(shí)也學(xué)會(huì)了許多社會(huì)人文知識(shí)，鍛煉了自己動(dòng)手動(dòng)腦的能力。在此，對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)提拱指導(dǎo)幫助的所有老師，表示是衷心的感謝，對(duì)在設(shè)計(jì)過程中遇到困難時(shí)，得到幫助的朋友、同學(xué)，表示誠(chéng)摯的謝意！ 在此，我還要感謝我的老師。授人以魚不如授人以漁，他不會(huì)告訴我們程序是什么，硬件圖是怎么畫的，實(shí)物是怎么焊接的，但是他教會(huì)了我自己動(dòng)手的能力，給我解答問題，讓我知道如何才能做的更好。同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境。 最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的

41、良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者。參考文獻(xiàn)1  趙德安， 單片機(jī)原理與應(yīng)用，機(jī)械工業(yè)出版社，20042  胡乾斌， 單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用M，華中科技大學(xué)出版社，19963  黃惠媛， 李潤(rùn)國(guó)，單片機(jī)原理與接口（自動(dòng)化控制專業(yè)）M，海軍出版 社，20064  郭天祥， 新概念51單片機(jī)C語言教程 電子工業(yè)出版社，20095  王東峰， 單片機(jī)C語言應(yīng)用100例 電子工業(yè)出版社，20096 張毅坤 編.

42、 單片微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用 西安電子科技大學(xué)出版19987 呂俊芳. 傳感器接口與檢測(cè)儀器電路 北京：北京航空航天出版社 1994附錄附錄一：程序流程圖主流程圖按鍵模塊流程圖測(cè)速模塊流程圖LCD主流程圖寫指令子程序流程圖送程序子程序流程圖附錄二：程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intunsigned char i;sbit MA 

43、 = P15;  sbit MB  = P16;sbit PWM1 = P17;sbit K1=P10;sbit K2=P11;sbit K3=P12;sbit K4=P13;sbit K5=P14;sbit rs=P26;           /定義引腳sbit rw=P25;sbit e=P27;unsi

44、gned int V;unsigned int LedNumVal = 0;static char click=0;   unsigned char ZK1=42;unsigned char code ASCII14 =   '0','1','2','3','4','5','6',

45、9;7','8','9','.','-','C','M'static unsigned char DisNum = 0; /顯示用指針      unsigned long S=0;   unsigned char disbuff4    = 0,0,0,0,;void

46、60;Conut(void)LedNumVal=TH1;/  取出高八位數(shù)值LedNumVal=LedNumVal*256;/  LedNumVal=LedNumVal+TL1;/   計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)  高八位*256加上低八位V=(LedNumVal/6);disbuff0=V%1000/100;disbuff1=V%1000%100/10;disbuff2=V%1000%10 %10; void delay_1(void)   /誤差 0us&

47、#160;   unsigned char a,b;     for(b=215;b>0;b-)        for(a=45;a>0;a-);void delay(uchar a)     uchar i;     while(a-)    &

48、#160;    for(i=0;i<250;i+)       _nop_();               _nop_();   _nop_();             

49、;  _nop_();         /判忙 void lcd_mang()   rs=0;   rw=1;   e=1;   _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();   while(P0&0x80);     e=0; /

50、1602的寫void write_lcd1602(uchar cmd,uchar i) /當(dāng)i為0的時(shí)候?yàn)橄?602寫指令為1寫數(shù)據(jù)    lcd_mang();rs=i;rw=0;e=0;_nop_();_nop_(); e=1; _nop_();_nop_();P0=cmd; _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();e=0; /1602的初始化void ini_lcd1602()  write_lcd1602(0x38,0);  

51、;delay(1);    write_lcd1602(0x0c,0);  delay(1);   write_lcd1602(0x06,0);  delay(1);  write_lcd1602(0x01,0);  delay(1);  void Timer2Interrupt()   RCAP2H=0x0fe;RCAP2L=0x33;ET2=1;   &

52、#160;                                      / 允許T2定時(shí)器中斷EA=1;       

53、0;                                   / 打開總中斷TR2=1;               &