單片機控制直流電機并測速電壓ADDA轉換以及pwm按鍵調速正轉反轉

1、單片機原理及應用 課程設計報告書 題 目：用單片機控制直流電動機并測量轉速姓 名：徐銀浩學 號：1110702225專 業(yè)：電子信息工程指導老師：沈兆軍設計時間：2014年 11月信息工程學院目 錄1.引 言11.1 設計意義11.2 系統(tǒng)功能要求12.方案設計13. 硬件設計13.1 AT89C51最小系統(tǒng)33.2 按鍵電路43.3 A/D轉換模塊43.4. D/A轉換模塊63.5 電機轉速測量電路73.6 顯示電路 83.7 總電路圖 104. 軟件設計114.1 系統(tǒng)主程序設計124.2 按鍵掃描程序設計124.3 顯示子程序124.4 定時中斷處理程序124.5 A/D轉換程序135.

2、 系統(tǒng)調試146.設計總結167.參考文獻178.附 錄A；源程序189.附 錄B；電路原理總圖、作品實物圖片23用單片機控制直流電動機并測量轉速1 引 言1.1. 設計意義電動機作為最主要的動力源，在生產和生活中占有重要地位。電動機的調速控制過去多用模擬法，隨著計算機的產生和發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現，電動機的控制也發(fā)生了深刻的變化，本系統(tǒng)利用直流電機的速度與施加電壓成正比的原理，通過滑動變阻器向ADC0809輸入控制電壓信號，經AD后，輸入到AT89C51中，AT89C51將此信號轉發(fā)給DAC0832，通過功放電路放大后，驅動直流電機。1.2. 系統(tǒng)功能要求單片機擴展有A/D轉

3、換芯片ADC0809和D/A轉換芯片DAC0832。通過改變A/D輸入端可變電阻來改變A/D的輸入電壓，D/A輸入檢測量大小，進而改變直流電動機的轉速。手動擴展。在鍵盤上設置兩個按鍵直流電動機加速鍵和直流電動機減速減。在手動狀態(tài)下，每按一次鍵，電動機的轉速按照約定的速率改變。 用顯示器LED或LCD顯示數碼移動的速度，及時形象地跟蹤直流電動機轉速的變化情況。2 方案設計為了使用單片機對電動機進行控制，對單片機的基本要求應有足夠快點速度；有捕捉功能?？傮w設計方案如圖所示數碼顯示數碼驅動DAC0832按鍵控制單片機ADC0808信號放大電壓信號驅動電機 光電管脈沖計數圖2.1總體設計方案（1）鍵盤

4、向單片機輸入相應控制指令，由單片機通過P3.0口輸出信號，該編碼通過DAC0832譯成相應的模擬電壓，經過信號放大實現電動機轉向與轉速的控制。（2）可變電阻接ADC0808轉變成相應電壓的數字信號，單片機通過P1口讀取，再由P2口輸出與轉速相應的8位BCD編碼與DAC0832相接。電動機的運轉狀態(tài)則通過四位數碼管顯示出來。 （3）電機的測速顯示，采用光電傳感器測量電機的轉速，在設計中，在電機轉軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個孔。電機轉軸每轉一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過紙卡的孔到達接受二極管，就可在接受二極管上產生相應的脈沖信號。計算下1s內輸出的脈沖信號的個數，把計數的結果取一半，就可得到

5、電動機的轉動速度。（4）通過Max7219驅動器驅動4位共陰極LED燈，這樣節(jié)省了許多I/O口。3硬件設計3.1AT89C51最小系統(tǒng)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合

6、在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C51單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。圖3.1 單片機最小系統(tǒng)的設計AT89C51 提供以下標準功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲器，128字節(jié)內部RAM，32 個I/O 口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0Hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內容，但

7、振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個硬件復位。3.2 按鍵電路單片機的P3.6和P3。7口分別接一個按鍵用于控制電機。當按下“叫”鍵時，電機轉速提高，進入加速狀態(tài)；當按下“減”鍵時，電機轉速減慢，進入減速狀態(tài)。通過“加”“減”兩個按鍵可以達到鍵盤控制電機的作用。3.3 A/D轉換模塊（1）ADC0808 ADC0808是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。是目前國內應用最廣泛的8位通用A/D芯片。 主要特性 1）8路輸入通道，8位A/D轉

8、換器，即分辨率為8位。 2）具有轉換起?？刂贫恕?3）轉換時間為100s(時鐘為640kHz時)，130s（時鐘為500kHz時） 4）單個+5V電源供電。 5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點和滿刻度校準。 6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。 7）低功耗，約15mW。 ADC0809的工作過程首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作

9、中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。 轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。 （1）定時傳送方式 對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期。可據此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數據傳送。 （2）查詢方式 A/D轉換芯片由表明轉換完成的狀態(tài)

10、信號，例如ADC0808的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態(tài)，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。 （3）中斷方式 把表明轉換完成的狀態(tài)信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。 不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。圖3.3 AD轉換電路的設計（2）工作原理 如圖3.3所示，外部電源通過滑動變阻器向ADC0808輸入控制電壓信號，經A/D處理后，輸入到AT89C51中，交由AT89C51處理，進行下一步動作。3.4 D/A轉換模塊（1）DAC08

11、32 DAC0832是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。主要特性參數 1.分辨率為8位； 2.電流穩(wěn)定時間1us； 3.可單緩沖、雙緩沖或直接數字輸入； 4.只需在滿量程下調整其線性度； 5.單一電源供電（+5V+15V）； 6.低功耗，20mW。DAC0832的工作方式DAC0832進行D/A轉換，可以采用兩種方法對數據進行鎖存。 第一種方法是使輸入寄存器工作在鎖存狀態(tài)，而DAC寄存器工作在直通狀態(tài)。具

12、體地說，就是使 和 都為低電平，DAC寄存器的鎖存選通端得不到有效電平而直通；此外，使輸入寄存器的控制信號ILE處于高電平、 處于低電平，這樣，當 端來一個負脈沖時，就可以完成1次轉換。 第二種方法是使輸入寄存器工作在直通狀態(tài)，而DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)。就是使和為低電平，LE為高電平，這樣，輸入寄存器的鎖存選通信號處于無效狀態(tài)而直通；當和端輸入1個負脈沖時，使得DAC寄存器工作在鎖存狀態(tài)，提供鎖存數據進行轉換。 圖3.4 DA轉換電路的設計（2） 工作原理如上圖3.4所示，電壓信號輸入后經過AD轉換輸入到AT89C51，由單片機通過P1口輸出與轉速相應的8位BCD編碼，該編碼通過DAC08

13、32譯成相應的模擬電壓，經過信號放大實現電動機轉向與轉速的控制。3.5電機轉速測量電路圖3.5光電傳感器測速設計 采用光電傳感器測量電機的轉速，在設計中，在電機轉軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個孔。電機轉軸每轉一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過紙卡的孔到達接受二極管，就可在接受二極管上產生相應的脈沖信號。計算下1s內輸出的脈沖信號的個數，把計數的結果取一半，就可得到電動機的轉動速度。3.6 顯示電路（1） MAX7219MAX7219/MAX7221是一種集成化的串行輸入/輸出共陰極顯示驅動器,它連接微處理器與8位數字的7段數字LED顯示，也可以連接條線圖顯示器或者64個獨立的LED。其上包括一

14、個片上的B型BCD編碼器、多路掃描回路，段字驅動器，而且還有一個8*8的靜態(tài)RAM用來存儲每一個數據。 只有一個外部寄存器用來設置各個LED的段電流。 MAX7221與SPI、 QSPI以及 MICROWIRE相兼容，同時它有限制回轉電流的段驅動來減少EMI（電磁干擾）。 一個方便的四線串行接口可以聯(lián)接所有通用的微處理器。 每個數據可以尋址在更新時不需要改寫所有的顯示。MAX7219/MAX7221同樣允許用戶對每一個數據選擇編碼或者不編碼。 整個設備包含一個150A的低功耗關閉模式，模擬和數字亮度控制，一個掃描限制寄存器允許用戶顯示1-8位數據，還有一個讓所有LED發(fā)光的檢測模式。功能特點：

15、1、10MHz連續(xù)串行口 2、獨立的LED段控制 3、數字的譯碼與非譯碼選擇 4、150A的低功耗關閉模式 5、亮度的數字和模擬控制 6、高電壓中斷顯示 7、共陰極LED顯示驅動 8、限制回轉電流的段驅動來減少EMI（MAX7221） 9、SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口（MAX7221） （2） 工作原理如圖3.6所示，可變電阻接ADC0808轉變成相應電壓的數字信號，單片機通過P0口讀取，再由P1口輸出與轉速相應的8位BCD編碼到MAX7219。經由MAX7219處理后通過四位數碼管顯示出來。采用光電傳感器測量電機的轉速，在設計中，在電機轉軸末梢上安裝紙卡，在紙卡上留出兩個

16、孔。電機轉軸每轉一圈，發(fā)射二極管發(fā)出的光便通過紙卡的孔到達接受二極管，就可在接受二極管上產生相應的脈沖信號。計算下1s內輸出的脈沖信號的個數，把計數的結果取一半，就可得到電動機的轉動速度。 圖3.6 顯示電路的設計3.7 總電路圖 由各子模塊設計給得出總硬件電路設計如下圖3.7所示 圖3.7硬件總電路圖4 軟件設計4.1 系統(tǒng)主程序設計本系統(tǒng)編程部分工作采用KELI-C51語言完成，采用模塊化的設計方法，與各子程序做為實現各部分功能和過程的入口，完成鍵盤輸入、按鍵識別、ADC0809讀取和DAC0832輸出、脈沖計數以及數碼管顯示等部分的設計。開始 系統(tǒng)初始化 按鍵是否按下 N Y讀取鍵值 減

17、速加速電機減速電機加速 電機轉動產生脈沖脈沖計數 調用MAX7219驅動顯示速度返回圖4.1 主程序流程圖4.2 按鍵掃描程序設計 按鍵掃描程序采用中斷方式，按下鍵，完成延時去抖動、鍵碼識別、按鍵功能執(zhí)行。要實現按住加/減速鍵不放時恒加或恒減速直到放開停止，就需在判斷是否松開該按鍵時，每進行一次增加/減少一定的占空比。4.3顯示子程序Max7219驅動顯示子程序用于處理DAC0832處理出來的8位BCD，利用數組方式定義顯示緩存區(qū)，緩存區(qū)有8位，分別存放各個數碼管要顯示的值。流程圖如下圖4.3所示開始 初始化MAX7219讀取計數數據調用顯示子程序數碼管顯示數據顯示完成 圖4.3 max721

18、9驅動顯示電路4.4 定時中斷處理程序定時中斷處理程序：采用定時方式1，因為單片機使用12M晶振，可產生最高約為65.5ms的延時。對定時器置初值B1E0H可定時20ms，即系統(tǒng)時鐘精度可達0.02s。當20ms定時時間到，定時器溢出則響應該定時中斷處理程序，完成對定時器的再次賦值，并對全局變量time加1，這樣，通過變量time可計算出系統(tǒng)的運行時間。4.5 A/D轉換程序首先判斷A/D轉換是否允許進行，當WR又低變高時AD開始轉換，再讀取轉換數據結果，把數據存到ad_data中，完成A/D轉換。流程圖如下圖4.4所示開始acds=0 N、 Y允許A/D轉換讀取轉換數據結果數據結果把數據存到

19、ad_data中停止A/D轉換圖4.5 A/D轉換程序流程圖5系統(tǒng)調試圖5.1 Keil c51編譯調試 因為代碼設計到的知識點比較多，并且很多知識我們都忘了，所以在編寫的時候，有很多不會的，但是最終自己通過查閱圖書館資料解決了那些問題。圖5.2 仿真結果圖5 設計總結上個學期的單片機課已經早早的上完了，但是理論純屬理論，沒有與實踐的結合總讓我們學的不踏實，感覺沒有達到學以致用的效果。這學期我們大四了，老師給我們安排了這次單片機課程設計，給了我們學以致用的做好的實踐。 關于這次課程設計，我花費了比較多的心思，既是對課程理論內容的一次復習和鞏固，還讓我們豐富了更多與該專業(yè)相關的其他知識，比如軟件

20、應用等，在摸索中學習，在摸索中成長，在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現效率很高，這是我做這次課程設計的又一收獲，在真正設計之前我們做了相當豐富的準備，首先鞏固一下課程理論，再一遍熟悉課程知識的構架，然后結合加以理論分析、總結，有了一個清晰的思路和一個完整的的軟件流程圖之后才著手設計。在設計程序時，我們不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；養(yǎng)成注釋程序的好習慣是非常必要的，一個程序的完美與否不僅僅是實現功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也能為資料的保存和交流提供了方便；我覺得在設計課程過程中遇到問題是很正常，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，以免下次再碰

21、到同樣的問題的課程設計又出錯了。 除了對此次設計的準備工作之外，我們還學到了很多平時難得的東西，首先是團隊協(xié)作，在這次設計當中，難免和同學產生觀點和意見的分歧，以及分工明細、時間安排等不合理，通過這次設計，我們體會到了團結合作的重要性及力量之強大，還有讓我們處理事情更加有條理，思路更加清晰明了了，發(fā)現、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都將受益于我在以后的學習、工作和生活中。 此次的設計，其實也是我們所學知識的一次綜合運用，讓我深深的認識到了學習單片機要有一定的基礎，要有電子技術方面的數字電路和模擬電路等方面的理論基礎，特別是數字電路；也要有編程語言的匯編語言或C語言。要想成為單片機高手，我

22、們首先要學好匯編語言，然后轉入C語言學習，所以我們不能學到后面就忘了前面的知識，更應該將所學的知識緊緊的結合在一起，綜合運用，所謂計，就是要求創(chuàng)新，只有將知識綜合運用起來才能真正的設計好。7參考文獻1 陳益飛，沈兆軍.單片機原理及應用技術.國防工業(yè)出版社，2011.2陳忠平. 基于proteus的51單片機設計和仿真.電子工業(yè)出版社.2013.3 Mark Nelson著.瀟湘工作室譯.串行通信開發(fā)指南M.中國水利水電出版社，2002. 4 王宜懷.單片機原理及其嵌入式應用教程M.北京希望電子出版社，2002. 5 韓潤萍,陳小萍.點陣LED顯示屏控制系統(tǒng)J.微計算機信息，2003，19（10

23、）：50-51. 6 張毅剛，劉旺.單片機原理及應用.北京高等教育出版社，2013.6：287-291.8附 錄A；源程序#include<reg51.h>#include<stdio.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define da1_7 P2 /da轉換口#define ad1_7 P0 /ad轉換口sbit ST=P13; sbit OE=P17;sbit EOC=P16; /ad轉換完成標志sbit LOAD=P11; /max7219 loadsbit DIN=P10; /max7

24、219輸入sbit CLK=P12; /max7219clksbit Motor=P30;sbit Inc=P36; /速度增加sbit Dec=P37; /速度減小uchar flag_add=0,flag_dec=0;uchar speed=90,t=0;uint motorspeed,counter=0,calsp;uint temp; uchar disp4;uchar code dispaly_list= 0x00,0x01,0x02,0x03,0x04, 0x05,0x06,0x07,0x08 ;void key();void display(); /max7219顯示void c

25、alspeed();/速度計數void delay(uint z); /延時void InitDis(); /max7219 初始化void init_timer0(); /中斷初始void w_max7219(unsigned char addr,unsigned char wdata);void main (void ) InitDis(); init_timer0(); while(1) key(); ST=0; ST=1; ST=0; /start 降 ，AD開始轉換 delay(10); OE=0; while(EOC=0); /等待轉換結束 OE=1; temp=ad1_7; da

26、1_7=temp;/ OE=0; / display(); calspeed(); /*按鍵檢測函數 */void key() /按鍵檢測函數 if(flag_add=0) if(!Inc) /p3.6 加 flag_add=1; /標志 speed+=5; if(speed>=100) speed=100; if(Inc) flag_add=0; if(flag_dec=0) if(!Dec) flag_dec=1; speed-=5; if(speed<=5) speed=5; if(Dec) flag_dec=0; /*初始化 定時*/ void init_timer0()

27、EA=1; EX0=1; IT0=1; /外中斷1 TMOD=0X01; TH0=(65535-10000)/256; /10MS TL0=(65535-10000)%256; TR0=1; /定時1 ET0=1; /*脈沖計數*/void calspeed() if(calsp>=100) /100*10ms=1s motorspeed=counter; counter=0;/計數清零 calsp=0; /標志清零 void _timer0 () interrupt 1 /硬件調用 TH0=(65535-10000)/256; /10MS TL0=(65535-10000)%256;calsp+; /定時次數 等待100次 及1s/ t+; /10ms加1 if(t>=100) t=0; if(t<speed) Motor=1; else Motor=0; void _INT0() interrupt 0 counter+; /外中斷計數void delay(uint z)/延時uint