89C51單片機直流電機調(diào)速綜述

1、目 錄1 引言42 總體方案設(shè)計52.1總體方案52.2 原件選擇及介紹63 硬件電路設(shè)計103.1 單片機及其外圍整體電路10 3.3 鍵盤掃描電路123.4 LED顯示模塊電路183.5 D/A轉(zhuǎn)換器及其與MCU的接口電路134 系統(tǒng)軟件設(shè)計134.1 主程序設(shè)計134.2 中斷服務(wù)程序設(shè)計154.3 子程序的設(shè)計175 系統(tǒng)調(diào)試與總結(jié)18調(diào)試總結(jié)18參考文獻19附錄A 系統(tǒng)原理圖20附錄B 源程序211 緒論1.1課題背景電動機作為最主要的機電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運輸，國防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在

2、日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動機。據(jù)資料顯示，在所有動力資源中，百分之九十以上來自電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機的。電動機與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時代，電動機的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應(yīng)用比較多。簡單控制是指對電動機進行啟動，制動，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。然而近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機器人中的應(yīng)用。直流電動機的起動和調(diào)速性能、過載能力強等特點顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動機的調(diào)速控

3、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，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因為單片機具有很多優(yōu)點：體積小，功能全，抗干擾能力強，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強，造價低等。所以選用單片機作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性。圖1-1直流電機物理模型圖1.2設(shè)計目的和意義1.3主要工作第三章 89C51單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計3.1 89C51單片機直流電機調(diào)速系統(tǒng)

4、方案分析設(shè)計3.1.1控制要求本課程設(shè)計所介紹的單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)，可通過鍵盤讀取輸入調(diào)節(jié)直流電速度并且顯示檔位功能，具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、輸出檔位可顯示，反映靈敏、控制精細等特點。其輸出檔位采用三位數(shù)碼管動態(tài)顯示，方便操作與觀察。該設(shè)計控制器使用單片機AT89C51，8位并行數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC0832芯片，4*4的16位按鍵鍵盤、用三位共陽極LED數(shù)碼管實現(xiàn)檔位的顯示,能準確達到以上要求。 AT89C51作為主控制器，不斷掃描4*4共16位鍵盤，并通過數(shù)碼管顯示出輸入數(shù)據(jù)，用三位數(shù)碼管顯示百、十、個位，數(shù)碼管以并口傳送數(shù)據(jù),實現(xiàn)檔位的顯示，同時將數(shù)據(jù)通過P1口輸給DAC0832芯片進行

5、數(shù)/?？刂?，輸出的電壓直接控制直流電機的速度。 圖3.1.1系統(tǒng)整體設(shè)計圖3.1.2方案設(shè)計 （1） DAC0832（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點，在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。a.主要特性參數(shù)：分辨率為8位 電流穩(wěn)定時間1us； 可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 只需在滿量程下調(diào)整其線性度； 單一電源供電（+5V+15V）； 低功耗，200mW。b芯片結(jié)構(gòu)：D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時

6、間應(yīng)大于90ns(否則鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應(yīng)大于500ns）有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負

7、跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入DAC寄存器并開始D/A轉(zhuǎn)換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地DGND：數(shù)字信號地 圖3.1.2 DAC0832的引腳圖c.工作方式： 根據(jù)對DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。（2） AT89C51單

8、片機89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。其主要特性：1000次寫/擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留10年； 全靜態(tài)工作：0HZ-24MHZ； 三級程序存儲器鎖存； 128*8位內(nèi)部RAM； 32可編程I/O線； 兩個16位定時器/計數(shù)器； 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級； 可編程串行口通道；

9、低功耗的閑置和掉電模式； 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路；引腳功能： VCC：接供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FL

10、ASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收

11、輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如表3.1所示：表3.1 P3口各位的第二功能P3口的各位 第二功能P3口的各位 第二功能P3.0RXD（串行口輸入）P3.4T0（定時/計數(shù)器0的外部輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.5T1(定時/計數(shù)器1的外部輸入)P3.2/INT0（外部中斷0輸入）P3.6/WR（片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通道控制輸出）P3.3/INT1（外部中斷1輸出）P3.7/RD（片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通道控制輸出）

12、P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行

13、狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出 圖3.1.3 89C51單片機引腳圖 3.2硬件

14、電路設(shè)計 3.2.1 直流電機調(diào)速系統(tǒng)的整體電路圖3.2.1 圖3.2.1直流電機調(diào)速系統(tǒng)的整體電路圖2. 顯示和鍵盤接口電路3.2.2 采用4*4獨立式按鍵鍵盤接入P0口，并加8個10k上拉電阻。保證輸出穩(wěn)定的電平。 圖3.2.2鍵盤接口設(shè)計圖3位動態(tài)led顯示，段選段位P2口輸出，位選端由P3.0、P3.1、P3.2分別控制動態(tài)輪流顯示 圖3.2.3 LED顯示接口電路設(shè)計圖3. 直流電機與DAC0832的接口電路DAC0832輸出直流值經(jīng)過電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出0-12v電壓值控制電機轉(zhuǎn)速。ILE接+5v高電平，片選段CS傳送信號xfer連接低電平，寫選通信號wr接地，使DAC不斷處于選通

15、寫入狀態(tài)。利用穩(wěn)壓電路產(chǎn)生穩(wěn)定12vREF的基準電壓。 圖3.2.4 直流電機與DAC0832的接口電路圖3.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件分為主程序、中斷服務(wù)程序和子程序三部分。3.3.1 主程序設(shè)計主程序是系統(tǒng)上電或復(fù)位后首先要執(zhí)行的程序，主程序主要完成系統(tǒng)的初始化、掃描鍵盤等工作。圖3.3.1 主程序流程圖1、 不斷掃描4*4鍵盤看是否有鍵按下。向P0口寫入0F0H,延時讀取是否為0F0H,若有鍵按下，進行延時等待，再向P0口寫入0F0H，讀取是否為0F0H，消除抖動誤差。2、 如果有鍵按下開始進行詳細掃描。向P0口寫入0FH后，分別判斷P0.0、P0.1、P0.2、P0.3看是否被拉低，相應(yīng)

16、位被拉低，在相應(yīng)行數(shù)據(jù)存儲單元寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)3、 先進行逐行掃描，分別讀取。向P0口寫入0F0H，分別判斷P0.4、P0.5、P0.6、P0.7看是否被拉低，相應(yīng)位被拉低，在相應(yīng)列數(shù)據(jù)存儲單元寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)4、 將行號數(shù)與列號數(shù)相加即得到鍵盤輸入數(shù)。5、 等待鍵松開，返回繼續(xù)掃描。按照上述分析，主程序流程圖如圖3.3.1所示。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，首先設(shè)置堆棧，系統(tǒng)初始化，設(shè)置定時器T0、T1工作于方式2，裝入初值。開啟總中斷定時器T0、T1中斷，掃描鍵盤輸入值，等待中斷發(fā)生。一旦檢測有鍵按下，開始進行逐行逐列掃描，讀取輸入值并將其賦予一個內(nèi)存單元，然后等鍵釋放，繼續(xù)掃描鍵盤。3.3.2 中斷服務(wù)程序

17、設(shè)計 定時器T0、T1都工作于定時器方式2，自動重裝方式下，這樣避免在每次中斷服務(wù)程序中重裝初值的麻煩。 顯示模塊：其中定時器T0中斷主要用于將存儲檔位的數(shù)據(jù)不斷輸出于LED進行不斷顯示，一方面這種動態(tài)顯示可以及時的將最新的檔位顯示出來。每次中斷時，先將ACC保護起來，都將檔位中數(shù)據(jù)分別分成百、十、個位分別存儲于3個存儲單元。然后將三個存儲單元內(nèi)容分別查表后得到數(shù)碼值送出，先送出位碼再送出段碼，判斷是否送完，沒有跳轉(zhuǎn)下一次。圖3.3.2 顯示中斷服務(wù)程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖如圖3.3.2所示。D/A轉(zhuǎn)換模塊：利用中斷，每隔一段時間即將制定存儲器單元寫入相應(yīng)端口輸出到DAC0832中進行轉(zhuǎn)換

18、，及時的將新得到數(shù)據(jù)送出，達到及時控制電機轉(zhuǎn)速的目的圖3.3.2 D/A中斷服務(wù)程序流程圖3.3.3 部分主要子程序的設(shè)計系統(tǒng)主要子程序包括延時子程序。如圖3.3.3；利用雙重循環(huán)定義的10ms延時子程序；已知晶振位6MHZ;可知一個機器周期2us；得出R6=7DH;R7=0AH;(1+1+2)*2*R6=1000us圖3.3.3 延時子程序程序流程圖第4章 系統(tǒng)的調(diào)試及設(shè)計總結(jié)4.1 系統(tǒng)調(diào)試 在調(diào)試時,為了更好地找出錯誤的地方,我通常是各個模塊分別調(diào)試,在調(diào)試某一塊時,先將其他模塊用"/"暫時屏蔽掉,直到各個子模塊都健康運行后,再整體調(diào)試,這樣我們更加方便找出錯誤,增加

19、效率.軟件調(diào)試必須不斷在單片機上執(zhí)行看輸出的結(jié)果,如果每次都在硬件上操作比較麻煩,不利于軟件調(diào)試,我利用一款"protues"仿真軟件,將我們的硬件電力搭建出來,再在這個平臺上調(diào)試軟件.獲得比較好的效果,等到仿真測試穩(wěn)定后再在實際電路中作最終的測試,達到比較好的效果.4.2 設(shè)計總結(jié)在本次課程設(shè)計中,我主要負責的是軟件的編程與調(diào)試.對于這個直流電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計與搭建中深深的體會到軟件對于一個系統(tǒng)來說是多么重要.軟件可以說是一個系統(tǒng)的靈魂,在工作中指導(dǎo)硬件按照指定的方案運行.對于剛學(xué)匯編的我來說,編制一個完整的系統(tǒng)軟件可謂無任何經(jīng)驗可言.在教學(xué)過程中,我們主要學(xué)習(xí)單個模塊的

20、搭建與編程,例如顯示子程序,鍵盤子程序,中斷子程序等等,在這個系統(tǒng)搭建過程中,不但要將這些子模塊有機的結(jié)合在一起,還要讓他們完美協(xié)調(diào)起來,按照我們思路運行可以說是比較難的.單片機編程是不能想當然的,我們最容易犯的就是按照我覺得可行的思路去進行,往往導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作,因為我們剛開始沒有任何經(jīng)驗,例如我在編制顯示子程序時,必須將相應(yīng)段碼與位碼相對照,但最后卻忽視了實際硬件是共陰極還是共陽極.還有顯示間隔時間的問題,我本以為長短無所謂,但卻是如果大于10ms就會產(chǎn)生閃爍感,導(dǎo)致沒有靜態(tài)的效果,如果太短的話必須在顯示下一個之前,將前一個位選清除,否則就容易產(chǎn)生'串位',導(dǎo)致顯示的不

21、正常.在鍵盤掃描子程序中,當有鍵按下做相應(yīng)操作,必須當按鍵釋放時才能繼續(xù)掃描,否則將導(dǎo)致一次按下執(zhí)行多次的錯誤情況.通過這次直流電機調(diào)速調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計,我初步里了解了一個系統(tǒng)搭建的過程,更加詳細了解了一個系統(tǒng)軟件編程步驟為以后的學(xué)習(xí)工作打下一個良好的基礎(chǔ).附錄1：系統(tǒng)電路圖附錄2:程序ORG 0000HSJMP MAINORG 000BHLJMP XIANSHI /定時器0不斷顯示ORG 001BHLJMP DAC /寫入DAORG 0030HMAIN:MOV SP,70H MOV TMOD,#22H / MOV TH1,#0FH MOV TL1,#0FH MOV TH0,#00H MOV T

22、L0,#00H SETB TR0 SETB TR1 MOV IE,#8AH MOV 40H,#0 MOV 41H,#0 MOV 42H,#0 LOOP:MOV P0,#0FH NOP NOP MOV A,P0 CJNE A,#0FH,DEL1 SJMP LOOP DEL1:LCALL DELAY MOV P0,#0FH NOP MOV A,P0 CJNE A,#0FH,L0 LJMP MM L0:JB P0.0,L1 MOV 40H,#0 LJMP MM L1: JB P0.1,L2 MOV 40H,#4 LJMP MM L2: JB P0.2,L3 MOV 40H,#8 SJMP MM L3

23、:JB P0.3,LOOP MOV 40H,#12 MM: MOV P0,#0F0H NOP JB P0.4,NX1 MOV 41H,#0 LJMP EE NX1:JB P0.5,NX2 MOV 41H,#1 SJMP EE NX2:JBP0.6,NX3 MOV 41H,#2 SJMP EE NX3:JB P0.7,EE MOV 41H,#3 EE: MOV A,40H ADD A,41H MOV 42H,A LJMP LOOP /4位led顯示子程序 XIANSHI:PUSH ACC MOV A,42H MOV B,#0FH MUL AB MOV B,#100 DIV AB MOV 6AH,A MOV A,#10 XCH A,B DIV AB MOV 6BH,A MOV 6CH,B NEXT:MOV DPTR,#DDD MOV A,6