單片機控制三相異步電動機正反轉.doc

1、我的這次畢業(yè)設計論文主要介紹了三相異步電動機的發(fā)展史，及國的現狀和單片機遠距離控制三相異步電動機未來的應用前景。并且闡述了三相異步電動機正轉、反轉、停止 的控制原理，如何用紅外遙控設備實現電動機的正轉、反轉、停止三種狀態(tài)的切換。還闡 述了單片機遠距離控制三相異步電動機的設計方案，并繪制了原理圖和PCB板圖，撰寫了程序源代碼。實現了對三相異步電動機正轉、反轉、停止的控制。這期間主要使用protel99se 軟件繪制原理圖和制板，使用proteus7.1軟件進行程序代碼的仿真和功能的理論驗證。最后通過硬件的調試驗證程序代碼的實際功能，完成對單片機遠距離控制三相異步電動機的 設計。關鍵詞紅外遙控設備

2、、單片機；三相異步電動機電機、控制器。第一章、引 言1.1 三相異步電動機發(fā)展史在國外，費拉里斯和特斯拉發(fā)明多相交流系統(tǒng)后，19世紀80年代中期，多沃羅沃爾斯基發(fā)明了三相異步電動機。并在后來得到了廣泛的應用。三相異步電動機是交流電動機 的一種，又稱感應電機。具有結構簡單，制造容易，堅固耐用，維修方便，成本低廉等一 系列優(yōu)點。因其具有較高的效率及接近于恒速的負載特性，故能滿足絕大多部分工農業(yè)生 產機械的拖動要求，從而成為各類電機中產量最大，運用最廣的一種電動機。1.2 我國三相異步電動機發(fā)展我國電動機的研究及制造起始于本世紀 50年代后期。從50年代后期到60年代后期， 主要是高等院校和科研機構

3、為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產品。這些產品以多段結構 三相異步電動機為主。70年代初期，電動機的生產和研究有所突破。除反映在驅動器設計 方面的長足進步外，對電動機本體的設計研究發(fā)展到一個較高水平。70年代中期至80年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動機不斷被開發(fā)。80年代后三相異步電動機已經得到廣泛的應用。1. 3單片機遠距離控制三相異步電動機的應用前景目前，隨著電子技術、控制技術以及電動機本體的發(fā)展和變化，單片機遠距離控制三 相異步電動機系統(tǒng)已經受到廣泛的應用。因為在很多工業(yè)生產中，很多工廠的環(huán)境很差， 工人在現場工作，很容易患各種職業(yè)病，不管是對工廠還是對工人都是很大的損失。因此，

4、隨著社會的需要，機械設備的遠程控制的出現對工廠的生產起到了很大的幫助。提高了社 會生產力，對未來的社會發(fā)展有很深遠的意義。因此，單片機遠距離控制三相異步電動機 的發(fā)展前景非常廣。第二章、三相異步電機控制系統(tǒng)2. 1三相異步電動機系統(tǒng)框圖2. 2控制單元控制單元、驅動電路為控制系統(tǒng)的核心部分?？刂茊卧钦麄€系統(tǒng)最核心的部分，是系統(tǒng)的指揮中心。用于協調各部分的運 行，主要負責接收通信端口或輸入電路送來的信息，并對其進行識別，譯碼，并做 出相應的動作，發(fā)出控制信號用以控制步進電動機。 控制單元實質上是具有處理能 力的微處理器芯片?？刂茊卧梢杂桑簡纹瑱C、DSP、PLC等充當。本文選用由 ATEML公

5、司生產 的AT89C52單片機。2. 3驅動電路驅動電路是負責將控制單元送來的微電流信號進行放大用以驅動三相異步電 動機運轉，驅動電路實質上是功率放大器。常見的驅動電路：單電壓型功放電路、高低壓切換型功放電路、斬波恒流功 放電路等再就是采用專用的集成芯片。 本文采用L297/L298芯片，由這兩種芯片構成的驅動電路具有控制方便、精度高、并且不需要外圍擴展。2. 4通信端口通信端口是三相異步電機控制器與上位機（主要是指計算機）進行通信的接口，PC機串口采用的通信標準RS-232標準。使用單片機的USART端口與計算機 的串口（9芯）相連進行通信。3. 5其它顯示屏：人機交互的窗口，使用 LED顯

6、示器。輸入電路：用于輸入控制信息，告訴控制器如何運轉第三章、AT89c52單片機3.1 MCS-51單片機硬件結構雖然單片機在形態(tài)上只是一塊芯片,但它已具有了微型計算機的組成結構和功能。在 MCS-51單片機中除了有 CPU、存儲器和并行輸入/輸出接口外，還包含由定時器/計數器、串行I/O 接口和中斷管理邏輯 等部件。3.2 MCS-51單片機的基本組成MCS-51單片機是由8位CPU、存儲器、串并行I/O 口、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)、振蕩器和時鐘系統(tǒng)等組成，各部分之間通過系統(tǒng)總線 相連。如圖1所示為MCS-51單片機的系統(tǒng)功能模塊框圖。（點擊查看大圖）圖1.1MCS-51單片機的系統(tǒng)功能模

7、塊框圖33 AT89S52單片機的引腳圖及各引腳功能說明AT89S52是Atmel公司生產的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制 器，具有8位在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。AT89s52使用Atme公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，也適于常規(guī)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用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方 案。AT89s52具有PDIP、PLCC、TQFP3種封裝形式以適用于不同的使用場合。各封裝引腳定義如圖1.2所示。悟產川1 (TtOp

8、I 11 tPUL 3 PLS 4 Pt4Ei4IMGSIJPI 5 f « iMisoprsr 7 博QftPfJE 9RSTC 9 并 iWPti I 11 I聞麗I內川抬$1 13 no>p34r u FI>P15C 15 犯 時叩口"XTAL2C li XTMICjli gmh3< NCG3? (ADTVi 冊二寸"AE1 37 3RL8)A&e) 3M 3即3a 3S J 翻金(AIM) 臾二河51川河) 爰見)5 IAD6) PU.7 (AD7：< 31： ： avpp.邦 BI£，*R萬 器外IR 都酶間 2

9、7 J P2.6 (AW 力"15網彝 25j 3P2.4 (A12) 器 JP2 3(Ail> 23 J P22 侑 10) 筮3 2.1 i網 21匕立21餌，-A Acussfhns力防的$曰 幽g »TCWlowqnRDl陽由$ p«qu /曲PM中，MiPMC 博a吁kwc唧熱，做3* 3即5 F柄 閾W*:陽7四a3rMlUOI p 6 LUlSOlPl e l貨STI 第mgD【Nt(rmi pi i 匚 ,071113 c1Mh相3匚 |TQ| Pq4(TuP3fir玄&?H 月 eVqan 二Qw L3dr- fnorQzn 06

10、D& n s s <£r2nGEErEGU PJ 4 w 口口的3供匚出 31 3 IAC.3 JPL7|AE：7i 葬口小呼271m£巾際 詞:阿EW 25 口科也/體1的SH 口內多由H» 23hPtft(AimueTd-KM W0S usi u 0£G-<- ufix«UQN3J :“IX unalx -rw 芯t想 夢 就或術圖1.2 AT89S52弓I腳圖下面簡單介紹AT89s52各引腳的功能:VCC：電源。GND：地。P0 口： P0 口是一個8位漏極開路的雙向I/O 口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平

11、。對P0端口寫“1”時，引腳用做高阻抗輸 入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0 口也被作為低8位地址/數據 復用。在這種模式下，P0具有部上拉電阻。在Flash編程時，P0 口也 用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗時， 需要外部上拉電阻。P1 口： P1 口是一個具有部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P1輸出緩沖器能驅動4個TT邏輯電平。當對P1端口寫“1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以 作為輸入口使用。當作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻的 原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.。和P1.2分別作為定時器/計數 器2的外部計數輸入（P1.0/T2 ）和定

12、時器/計數器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX）,具體如表1-1所示。在Flash編程和校驗時，P1 口 接收低8位地址字節(jié)。P2 口： P2 口是一個具有部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅動4個TT 邏輯電平。對P2端口寫“ 1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻 的原因，將輸出電流（皿）。在訪問表P1 口部分管腳的第二功能引腳號第二功能P10PL1P15T2 （定時御計鼓番72的外部計散甫入.時鐘瑜出T2EX （定時母計整器T2由楠把嚏直觸發(fā)信號和方向控制MOSI （在京統(tǒng)編程用）技術成就夢想PL6P1.7MISO

13、在系統(tǒng)編程用）SCK（在系統(tǒng)編程用）51CT技術成就夢想外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數據存儲器（如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高8位地址。在這種應用中，P2 口使用很強的 部上拉發(fā)送lo在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器 時，P2 口輸出P2鎖存器的容。在Flash編程和校驗時，P2 口也接收 高8位地址字節(jié)和一些控制信號。P3 ： P3 口是一個具有部上拉電阻的 8位雙向I/O 口，P2輸出緩沖器能驅動4個TT邏輯電平。對P3端口寫“ 1”時，部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于部電阻 的原因，將輸出電流（

14、IIL）。P3 口也作為AT89s52特殊功能（第二功能）使用，如表1-2所示。在Flash編程和校驗時，P3 口也接收一 些控制信號。表1-2 P3 口部分管腳的第二功能弓潰號1第R1引蝸案二功能mRXD （審描人）PM %TD值時（!懵修大）（O）弓謂號罌R援犧號第二雕TXDB,出）P力二/TH定時患耀仙）P32DiTD （外部中藥0P56巴3nmi （加審中青gP37RST:復位輸入。在晶振工作時，RST腳持續(xù)兩個機器周期高電平將使單片機復位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR （地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無 效。在DISRTO默認狀

15、態(tài)下，復位高電平有效。ALE/PROG：地址鎖存控制信號（ALE）在訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，止匕引腳（PROG）也用做編 程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作 為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址為 8EH的SFR的第0位置“1 ”，ALE操作將無效。這一位置“1 ”，ALE僅在執(zhí)行MOVX或MOVC指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位(地址為8EH的SFR的第。位)的設置對微控制器處于外部執(zhí)行模 式下無效。PSEN：外

16、部程序存儲器選通信號(PSEN)是外部程序存儲器選通信號。當AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周 期被激活兩次，而在訪問外部數據存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H至!J FFFFH的 外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行部程序指令，EA 應該接VCCo在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。3.4MCS-51單片機的復位復位是單片機的初始化工作，其作用是使 CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定

17、的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS-51的RST引腳是復位信號的輸入端，高電平有效，持續(xù)時間要在24個時鐘周期以上。單片機復位后，其部各寄存器的狀態(tài)如表 1-3所示。表1-3復位后片各專用寄存器的值復位期間，片RAM的狀態(tài)不受復位的影響；復位后，PC的值為0000H,所以單片機總是從起始地址0000H處開始執(zhí)行程序。當單片機運行出錯或進入死循環(huán)時可按復位鍵重新啟動。第四章 單片機紅外遙控器設計4.1紅外線遙控的概念紅外線遙控是目前使用很廣泛的一種通信和遙控技術。由于紅外線遙控裝置具有體積小、功耗低、功能強、成本低等特點，因而，繼彩電、錄像機之后，在錄音機、音響設備、空凋機以及玩具等其它小

18、型電器裝置上也紛紛采用紅外線遙控。工業(yè)設備中，在高壓、輻射、有 毒氣體、粉塵等環(huán)境下，采用紅外線遙控不僅完全可*而且能有效地隔 離電氣干擾。紅外線是太線中眾多不可見光線中的一種，由德國科學家霍胥爾于1800年發(fā)現，又稱為紅外熱輻射，他將太用三棱鏡分解開，在各種 不同顏色的色帶位置上放置了溫度計，試圖測量各種顏色的光的加熱 效應。結果發(fā)現，位于紅光外側的那支溫度計升溫最快。因此得到結 論：太譜中，紅光的外側必定存在看不見的光線，這就是紅外線。也 可以當作傳輸之媒界。太譜上紅外線的波長大于可見光線，波長為0.751000 um。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為 0.751.50 um之間；中

19、紅外線，波長為1.506.0 um之間；遠紅外線，波長 為6.01000 um之間。真正的紅外線夜視儀是光電倍增管成像，與望遠鏡原理全完不同，白天不能使用，價格昂貴且需電源才能工作4.2 紅外遙控系統(tǒng)通用紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部分組成，應用編/解碼專用集成電路芯片來進行控制操作，如圖 1所示。發(fā)射部分包括鍵盤矩 陣、編碼調制、LED紅外發(fā)送器；接收部分包括光、電轉換放大器、解調、解碼電路。圖la紅外發(fā)射原理圖劌外遙控接收原理框圖圖1b紅外接受原理圖4.3 遙控發(fā)射器及其編碼紅外遙控發(fā)射器專用芯片很多，根據編碼格式可以分成兩大類，這 里我們以運用比較廣泛，解碼比較容易的一類來加以說明，現以

20、日本 NEC的UPD6121G組成發(fā)射電路為例說明編碼原理。當發(fā)射器按鍵按 下后，即有遙控碼發(fā)出，所按的鍵不同遙控編碼也不同。這種遙控碼具有以下特征:采用脈寬調制的串行碼，以脈寬為0.565ms、間隔0.56ms、周期為1.125ms的組合表示二進制的“0； ”以脈寬為0.565ms、間隔1.685ms、周期為2.25ms的組合表示二進制的“1, ”其波形如圖2所示。bit rt0rt|bit M r II劈56mM|; 056ms 1r IJ25ms11225ms'圖2 遙控碼的口。力和、”上述“0和” “1組”成的32位二進制碼經38kHz的載頻進行二次調制 以提高發(fā)射效率，達到降

21、低電源功耗的目的。然后再通過紅外發(fā)射二極 管產生紅外線向空間發(fā)射，如圖3所示，連發(fā)波形如圖4所示。bit"。：bit a I w“0.56m1 二-1J25ms2.25im圖2 遙控碼的“ 0 ”和nUPD6121G產生的遙控編碼是連續(xù)的32位二進制碼組，其中前16位為用戶識別碼，能區(qū)別不同的電器設備，防止不同機種遙控碼互相干擾。該芯片的用戶識別碼固定為十六進制01H；后16位為8位操作碼（功能碼）及其反碼。UPD6121G最多額128種不同組合的編碼。當遙控器在按鍵按下后，周期性地發(fā)出同一種32位二進制碼，周期約為108ms。一組碼本身的持續(xù)時間隨它包含的二進制“0和” “1的”個

22、數不同而不同，大約在4563ms之間，圖4為發(fā)射波形圖。當一個鍵按下超過36ms,振蕩器使芯片激活，將發(fā)射一組108ms 的編碼脈沖，這108ms發(fā)射代碼由一個起始碼（9ms），一個結果碼（4. 5ms ），低8位地址碼（9ms18ms），高8位地址碼（9ms18ms） ,8位數據碼（9ms18ms）和這8位數據的反碼（9ms18ms）組成。如 果鍵按下超過108ms仍未松開，接下來發(fā)射的代碼（連發(fā)代碼）將僅 由起始碼（9ms）和結束碼（2.5ms）組成。代碼格式（以接收代碼為準，接收代碼與發(fā)射代碼反向）位定義單發(fā)代碼格式連發(fā)代碼格式注：代碼寬度算法:16位地址碼的最短寬度：1.12 X16=

23、18ms 16位地址碼的最長寬度：2.24ms X 16=36ms已知8位數據代碼及其8位反代碼的寬度和不變：(1.12ms+2.2 4ms) X8=27ms，32 位代碼的寬度為(18ms+27ms)(36ms+27ms)1 .解碼的關鍵是如何識別“。和” “1, ”從位的定義我們可以發(fā)現“ 0、” “1均”以0.56ms的低電平開始，不同的是高電平的寬度不同，“ 0” 為0.56ms, “1為"L68ms,所以必須根據高電平的寬度區(qū)別“0和” “1。”如果 從0.56ms低電平過后，開始延時，0.56ms以后，若讀到的電平為低，說明該位為“0, ”反之則為“1, ”為了可*起見，

24、延時必須比 0.56ms長些，但又不能超過1.12ms,否則如果該位為“0, ”讀到的已 是下一位的高電平，因此取(1.12ms+0.56ms) /2=0.84ms最為可*, 一般取0.8 4ms左右均可。2 .根據碼的格式，應該等待 9ms的起始碼和4.5ms的結果碼完 成后才能讀碼。4.4 紅外遙控解碼實驗硬件一體化紅外線接收器是一種集紅外線接收和放大整形于一體，不 需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號兼 容的所有工作，而體積又很小巧，它適合于各種紅外線遙控和紅外線 數據傳輸，廣泛用于電視機、衛(wèi)星接收機、VCD、DVD、音響、空調 等家用電器中接收紅外信號，圖5是一

25、體化接收頭的引腳排列圖，圖6是本站產品配套的采用屏蔽線焊接的一體化紅外接收頭，采用屏蔽線 焊接，抗干擾能力強，接收更可*。沒有購買實驗板配套的一體化紅 外接收頭的網友可以根據圖2所示接收頭引腳排列圖自己焊接一個。圖6：本站產品配套一體化紅圖5： 一體化紅外接外接收頭（已經用屏蔽線焊接 好，抗干擾能力強，插入實驗（引腳排列圖）板即可使用）下面就是我們將要進行紅外遙控解碼實驗所要用到的硬件設備：S51增強型實驗板、ISP編程器、AT89s51實驗芯片、豪華型多功能紅外線遙控器。圖7： S51增強型單片機實驗板及防插反紅外遙控接口圖8：豪華型多功能紅外遙控器+高靈敏度一體化紅外接收頭（23 元）ca

26、ciclcooool期03040501507T9E7T DSTCLC2 KloKllmmaCJolJvrTEosos圖9： 32鍵豪華型紅外遙控器原理圖圖10： ISP編程器燒寫實驗單片機芯片AT89S524.5 紅外遙控解碼實驗我們經過對前面的遙控編解碼知識的學習，對紅外遙控有了基本 的了解，下面我們馬上進行解碼實驗。本紅外遙控解碼實驗的的功能是：程序對遙控器發(fā)射的遙控碼進行解碼，解碼成功時蜂鳴器發(fā)出”圖”的解碼成功提示音,如果按壓的是數字鍵“09”就將按鍵值在實驗板上的5位數碼管上顯示出按鍵值，同時將按鍵的十六進制值用P1 口的8位發(fā)光二極管指示出來：如果按壓的不是數字鍵”09就百接從P1

27、 口輸出鍵侑：下面是遙控解碼匯編源程序。實驗時將先連接好硬件設備，將配套的一體化紅外遙控接收頭插入實驗板上的“紅外遙控"接口，在Keil單片機集成開發(fā)環(huán)境中新建工 程，通過Keil將源程序編譯得到HEX格式目標文件yk.hex,最后使用ISP編程器將目標文件燒寫到AT89S51單片機中，插到S51增強型 實驗板上運行，拿出配套的紅外遙控器進行解碼測試，看看實驗結果是否和程序相同。»>點此下載HEX格式目標文件yk.hex »>»>點此下載遙控解碼源程序和Keil工程文件»>ORG 0000HMAIN: MOVSP,#60

28、HSB:MOVMOVMOVMOVJNBMOVACALLJBP0,#0FFHP1,#OFFHP2,#0FFHP3,#0FFHP3.2,$R6,#10YS1P32MAiN；等待遙控信號出現;調用882微秒延時子程序;延時882微秒后判斷P3.2腳是否出現高電平如果有就退出解碼程序DJNZR6, SB；重復10次，目的是檢測在8820微秒如果出現高電平就退出解碼程序；以上完成對遙控信號的9000微秒的初始低電平信號的識別。導脈沖結果碼PP:JNBACALLMOVMOVMOVP3.2, $YS2R1,#1AHR2,#4R3,#8；等待高電平避開9毫秒低電平引；延時4.74毫秒避開4.5毫秒的;設定1A

29、H為起始RAM區(qū)JJJJ: JNB P3.2,$；等待地址碼第一位的高電平信號LCALL YS1；高電平開始后用882微秒的時間尺去判斷信號此時的高低電平狀態(tài)MOV C,P3.20或1存入C中JNCUUUJBP3.2,$;將P3.2引腳此時的電平狀態(tài);如果為0就跳轉到UUU;如果為1就等待高電平信號結束UUU:MOVA,R1RRCA最低位MOVRI, ADJNZ R3JJJJINCRI;將RI中地址的給A;將C中的值0或1移入A中的；將A中的數暫時存放在R1中;接收地址碼的高8位;對R1中的值加1,換成下一個RAMDJNZR2,PP；接收完16位地址碼和8位數據碼和8位數據反碼，存放在1AH/

30、1BH/1CH/1DH的RAM中；以下對代碼是否正確和定義進行MOVA,1AH；比較高8位地址碼XRLA,#00000000B；判斷1AH的值是否等于00000000,相等的話A為。JNZMAIN；如果不相等說明解碼失敗退出解碼程序MOVAJBH；比較低8位地址碼程序確？XRLJNZMOVCPLXRL不同則無效丟棄,JNZ解碼程序LCALLMAINA,1CHAJDH；再判斷高8位地址是否正確；如果不相等說明解碼失敗退出解；比較數據碼和數據反碼是否正;將1CH的值取反后和1DH比較核對數據是否準確MAINSOUND；如果不相等說明解碼失敗退出；解碼成功，聲音提示MOVA,1AHCPLMOVPl,A;遙控碼十六進制值通過Pl LED顯不出來 下面為。9鍵碼判斷并在實驗板的5位數碼管中顯示鍵值在本次畢業(yè)設計中,只用到。2鍵!JZPD:MOVA,1AHIRDO: