基于單片機的直流電機控制系統(tǒng)方案

1、PAGE22 / NUMPAGES22基于AT89S52單片機直流電機PWM控制系統(tǒng)1 緒論1.1直流電機的發(fā)展直流電動機在冶金、礦山、化工、交通、機械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機的控制只是簡單的控制，很難進行調(diào)速，不能實現(xiàn)智能化。如今，直流電動機的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機的支持，單片機應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進了自動控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動化時代，單片機應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進了學(xué)科發(fā)展和專業(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。由于單片機的體積小、重量輕、功能強、抗干擾能力強、控制靈

2、活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點，計算機性能的不斷提高，單片機的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。在實際應(yīng)用中，電動機作為把電能轉(zhuǎn)換為機械能的主要設(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。電動機的調(diào)速性能如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(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。直流電機由于具有速度控制容易，啟動制動性能良好，且能在寬圍平滑調(diào)速等特點而在電力、冶金、機械制造等工業(yè)部門中得到廣泛應(yīng)用。直流電動機轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵磁控制閥與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低俗時受到磁場飽和的限制，高速

3、時受到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(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電樞電壓的接通和斷開的時間比（即占空比）來控制馬達的速度，在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電機通電時，其速度增加，電機斷電時其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時間，就可使電機的速度保持在一穩(wěn)定值上。1.2單片機以與微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展單

4、片微型計算機的誕生是計算機發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，以與市場對產(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，

5、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。早期直流傳動的控制系統(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，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度與可靠性較低。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動系統(tǒng)，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。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，直流傳動控制采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。微處理器誕生

6、于上個世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大規(guī)模與超大規(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提供了可能，利用微處理器控制電機完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求，還促進了電機生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進電機、無刷直流電機、開關(guān)磁阻電動機等便于控制且實用的新型電機，使電機的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對于簡單的微處理器控制電機，只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件，使電路開通或關(guān)斷就可實現(xiàn)對電機的控制?，F(xiàn)在帶微處理器的可

7、編程控制器，已經(jīng)在各種的機床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用，通過對可編程控制器進行編程就可以實現(xiàn)對電機的規(guī)律化控制。對于復(fù)雜的微處理器控制電機,則要利用微處理器控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等，使電機按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微處理器控制，可使電機的性能有很大的提高。目前相比直流電機和交流電機他們各有所長，如直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損與換向火花等問題；交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)2。高性能的微處理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROC

8、ESSOR即數(shù)字信號處理器)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)，使電機傳動的自動化程度大為提高。在先進的數(shù)控機床等數(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)行速度可達數(shù)百萬兆以上每秒，且具有適合的矩陣運算。2 系統(tǒng)論述21設(shè)計背景近年來，隨著科技的進步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機得到了越來越廣泛的應(yīng)用。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速圍廣;過載能力大,能承受頻繁的沖擊負載,可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn);需要能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求，從而對直流電機的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速，改變電樞電

9、壓調(diào)速等技術(shù)已遠遠不能滿足要求，這時通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法應(yīng)運而生。22 設(shè)計思路直流電機PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括：實現(xiàn)對直流電機的加速、減速以與電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停，并且可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。主體電路：即直流電機PWM控制模塊。這部分電路主要由AT89S52單片機的I/O端口、定時計數(shù)器、外部中斷擴展等控制直流電機的加速、減速以與電機的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，并且可以調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速，能夠很方便的實現(xiàn)電機的智能控制。其間是通過AT89S52單片機產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號并輸入到L298驅(qū)動芯片來控制直流電機工作的。該直流電機PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成：

10、設(shè)計輸入部分：這一模塊主要是利用帶中斷的獨立式鍵盤來實現(xiàn)對直流電機的加速、減速以與電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急?？刂?。設(shè)計控制部分：主要由AT89S52單片機的外部中斷擴展電路組成。直流電機PWM控制實現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機和L298直流電機驅(qū)動模塊組成。設(shè)計顯示部分： LED數(shù)碼顯示部分，實現(xiàn)對PWM脈寬調(diào)制占空比的實時顯示。23 系統(tǒng)框架設(shè)計直流電機PWM調(diào)速方案方案說明：直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89S52單片機為控制核心，由命令輸入模塊、LED顯示模塊與電機驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨立式鍵盤作為命令的輸入，單片機在程序控制下，定時不斷給L298直流電機驅(qū)動芯片發(fā)送PWM波形，H型驅(qū)動

11、電路完成電機正，反轉(zhuǎn)和急?？刂?；同時單片機不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比送到LED數(shù)碼管完成實時顯示。3 PWM脈寬調(diào)制原理31 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，改變負載兩端的電壓，從而達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：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等7。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。如圖1所示：圖1

12、PWM信號的占空比設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；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，就可以得到不同的電機平均速度Vd,從而達到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度Vd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)速方法基于單片機類由軟件來實現(xiàn)PWM：在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個重要參數(shù)在電源電壓不變的情況下，電樞端電壓的平均值取決于占空

13、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：保持不變，只改變t，這樣使周期(或頻率)也隨之改變。B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持t不變，只改變，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，同時改變和t。前兩種方法在調(diào)速時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，將會引起振蕩，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機電樞兩端電壓。利用單片機的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。3.3 PWM實現(xiàn)方式方案一：采用定時器做

14、為脈寬控制的定時方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確，誤差只在幾個us。方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不與方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。故采用方案一。 4系統(tǒng)硬件設(shè)計4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1 硬件模塊組成（1）單片機控制模塊（2）L298電機驅(qū)動模塊（3）LED顯示模塊（4）獨立鍵盤控制模塊3.3系統(tǒng)硬件各模塊電路4.1.2 單片機整個控制模塊單片機整個控制模塊 這里利用定時計數(shù)器讓單片機P2口的P2.6、P2.7引腳輸出占空比不同的方波，然后經(jīng)驅(qū)動芯片L298放大后控制直流電機。驅(qū)動芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差，在調(diào)速時一根引腳線為低電平，另一個引腳產(chǎn)生調(diào)速方

15、波，這樣兩個引腳的電壓差就可通過控制其中一個引腳來控制。當(dāng)需要改變電機轉(zhuǎn)動方向時，兩個引腳的輸出相反。 定時計數(shù)器若干時間（1us）中斷一次，就使P2.6或P2.7產(chǎn)生一個高電平或低電平。直流電機的速度分成100個等級，因此一個周期就有100個脈沖，周期為一百個脈沖的時間，速度等級對應(yīng)一個周期的高電平脈沖的個數(shù)。占空比為高電平脈沖個數(shù)占一個周期總脈沖個數(shù)的百分數(shù)。一個周期加在電機兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大，加在電機兩端的電壓越大，電機轉(zhuǎn)動越快。電機的平均速度等于在一定的占空比下電機的最大速度乘以占空比。當(dāng)我們改變占空比時，就可以得到不同的電機平均速度，從而達到調(diào)速的目的。精確

16、的講，平均速度與占空比并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似看成線性關(guān)系。42 AT89S52的簡介42.1 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 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(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(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。與MCS-51單片機產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲器；10

17、00次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz；三級加密程序存儲器；32個可編程I/O口線；三個16位定時器/計數(shù)器；八個中斷源；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；看門狗定時器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識符。42.2 AT89S52主要功能列舉1、擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash2、晶片部具時鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz）3、部程序存儲器（ROM）為 8KB4、部數(shù)據(jù)存儲器（RAM）為 256字節(jié)5、32 個可編程I/O 口線6、8 個中斷向量源7、三個 16 位定時器/計數(shù)器8、三級加密程序存儲器9、全雙工UART串行通道42.3 AT89S52

18、各引腳功能介紹VCC：AT89S52電源正端輸入，接+5V。VSS：電源地端。XTAL1：單芯片系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸入端。XTAL2：系統(tǒng)時鐘的反相放大器輸出端，一般在設(shè)計上只要在 XTAL1 和 XTAL2 上接上一只石英振蕩晶體系統(tǒng)就可以動作了，此外可以在兩引腳與地之間加入一 20PF 的小電容，可以使系統(tǒng)更穩(wěn)定，避免噪聲干擾而死機。RESET：AT89S52的重置引腳，高電平動作，當(dāng)要對晶片重置時，只要對此引腳電平提升至高電平并保持兩個機器周期以上的時間，AT89S51便能完成系統(tǒng)重置的各項動作，使得部特殊功能寄存器之容均被設(shè)成已知狀態(tài)，并且至地址0000H處開始讀入程序代碼而執(zhí)行程序

19、。EA/Vpp：EA為英文External Access的縮寫，表示存取外部程序代碼之意，低電平動作，也就是說當(dāng)此引腳接低電平后，系統(tǒng)會取用外部的程序代碼（存于外部EPROM中）來執(zhí)行程序。因此在8031與8032中，EA引腳必須接低電平，因為其部無程序存儲器空間。如果是使用 8751 部程序空間時，此引腳要接成高電平。此外，在將程序代碼燒錄至8751部EPROM時，可以利用此引腳來輸入21V的燒錄高壓（Vpp）。ALE/PROG：ALE是英文Address Latch Enable的縮寫，表示地址鎖存器啟用信號。AT89S52可以利用這支引腳來觸發(fā)外部的8位鎖存器（如74LS373），將端口

20、0的地址總線（A0A7）鎖進鎖存器中，因為AT89S52是以多工的方式送出地址與數(shù)據(jù)。平時在程序執(zhí)行時ALE引腳的輸出頻率約是系統(tǒng)工作頻率的1/6，因此可以用來驅(qū)動其他周邊晶片的時基輸入。此外在燒錄8751程序代碼時，此引腳會被當(dāng)成程序規(guī)劃的特殊功能來使用。PSEN：此為Program Store Enable的縮寫，其意為程序儲存啟用，當(dāng)8051被設(shè)成為讀取外部程序代碼工作模式時（EA=0），會送出此信號以便取得程序代碼，通常這支腳是接到EPROM的OE腳。AT89S52可以利用PSEN與RD引腳分別啟用存在外部的RAM與EPROM，使得數(shù)據(jù)存儲器與程序存儲器可以合并在一起而共用64K的定址

21、圍。PORT0（P0.0P0.7）：端口0是一個8位寬的開路汲極（Open Drain）雙向輸出入端口，共有8個位，P0.0表示位0，P0.1表示位1，依此類推。其他三個I/O端口（P1、P2、P3）則不具有此電路組態(tài)，而是部有一提升電路，P0在當(dāng)做I/O用時可以推動8個LS的TTL負載。如果當(dāng)EA引腳為低電平時（即取用外部程序代碼或數(shù)據(jù)存儲器），P0就以多工方式提供地址總線（A0A7）與數(shù)據(jù)總線（D0D7）。設(shè)計者必須外加一鎖存器將端口0送出的地址栓鎖住成為A0A7，再配合端口2所送出的A8A15合成一完整的16位地址總線，而定址到64K的外部存儲器空間。PORT2（P2.0P2.7）：端口

22、2是具有部提升電路的雙向I/O端口，每一個引腳可以推動4個LS的TTL負載，若將端口2的輸出設(shè)為高電平時，此端口便能當(dāng)成輸入端口來使用。P2除了當(dāng)做一般I/O端口使用外，若是在AT89S52擴充外接程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，也提供地址總線的高字節(jié)A8A15，這個時候P2便不能當(dāng)做I/O來使用了。PORT1（P1.0P1.7）：端口1也是具有部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個LS TTL負載，同樣地若將端口1的輸出設(shè)為高電平，便是由此端口來輸入數(shù)據(jù)。如果是使用8052或是8032的話，P1.0又當(dāng)做定時器2的外部脈沖輸入腳，而P1.1可以有T2EX功能，可以做外部中斷輸入的觸發(fā)

23、腳位。PORT3（P3.0P3.7）：端口3也具有部提升電路的雙向I/O端口，其輸出緩沖器可以推動4個TTL負載，同時還多工具有其他的額外特殊功能，包括串行通信、外部中斷控制、計時計數(shù)控制與外部數(shù)據(jù)存儲器容的讀取或?qū)懭肟刂频裙δ?。其引腳分配如下：P3.0：RXD，串行通信輸入。P3.1：TXD，串行通信輸出。P3.2：INT0，外部中斷0輸入。P3.3：INT1，外部中斷1輸入。P3.4：T0，計時計數(shù)器0輸入。P3.5：T1，計時計數(shù)器1輸入。P3.6：WR：外部數(shù)據(jù)存儲器的寫入信號。P3.7：RD，外部數(shù)據(jù)存儲器的讀取信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的

24、高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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(dāng)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/PSE

25、N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(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間部程序存儲器。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與部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。42.4 AT89S52的部資源 AT89S52 有6個中斷源：兩個外部中斷（INT0 和INT1），三個定時中斷（定時器0、1、2）和一個串行中斷。這些中斷每個中斷源都可以

26、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還包括一個中斷允許總控制位EA，它能一次禁止所有中斷。 AT89S52部具有看門狗定時器與3個16位可編程定時器/計數(shù)器。16位是指他們都是由16個觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計數(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)計數(shù)器用，或者當(dāng)定時器用，并且記數(shù)（定時）的圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時器方式控制器TMOD來完成的。 存儲器結(jié)構(gòu)：MCS-51器件有單獨的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器都可以64K尋址。程序存儲器：如果EA引腳接地，程序讀取只從外部存儲器開始。對于 89S52

27、，如果EA 接VCC，程序讀寫先從部存儲器（地址為0000H1FFFH）開始，接著從外部尋址，尋址地址為：2000HFFFFH。數(shù)據(jù)存儲器：AT89S52 有256 字節(jié)片數(shù)據(jù)存儲器。高128 字節(jié)與特殊功能寄存器重疊。也就是說高128字節(jié)與特殊功能寄存器有一樣的地址，而物理上是分開的。當(dāng)一條指令訪問高于7FH 的地址時，尋址方式?jīng)Q定CPU 訪問高128 字節(jié)RAM 還是特殊功能寄存器空間。直接尋址方式訪問特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接尋址指令訪問0A0H（P2口）存儲單元MOV 0A0H , #data使用間接尋址方式訪問高128 字節(jié)RAM。例如，下面的間接尋址方式中，R0 容

28、為0A0H，訪問的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0 , #data堆棧操作也是簡介尋址方式。因此，高128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM也可用于堆棧空間。 4. 3 L298電機驅(qū)動模塊4. 3.1 L298電機驅(qū)動簡介 L298是SGS公司的產(chǎn)品，L298N為15個管角的單塊集成電路，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負載(比如繼電器，直流和步進馬達)和開關(guān)電源晶體管。部包含4通道邏輯驅(qū)動電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達 1.5 A，Vss 電壓最小 4.5 V，最大可達 36 V；Vs 電壓最大值也是 36

29、 V。L298N可直接對電機進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙電機。4. 3.2 L298部的原理圖4. 3.3 L298 引腳符號與功能引 腳功 能SENSA、SENSB分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地ENA 、ENB使能端，輸入PWM信號IN1、IN2、IN3、IN4輸入端，TTL邏輯電平信號OUT1、OUT2、OUT3、OUT4輸出端，與對應(yīng)輸入端同邏輯VCC邏輯控制電源，4.57VVSS電機驅(qū)動電源，最小值需比輸入的低電平電壓高GND地4. 3.4 L298的邏輯功能IN1IN2ENA電機狀態(tài)XX0停止101順時針011逆時針000停止110停止當(dāng)使能端為高電平時，輸入端

30、IN1為PWM信號,IN2為低電平信號時,電機正轉(zhuǎn)；輸入端IN1為低電平信號，IN2為PWM信號時,電機反轉(zhuǎn);IN1與IN2一樣時,電機快速停止。當(dāng)使能端為低電平時,電動機停止轉(zhuǎn)動。在對直流電動機電壓的控制和驅(qū)動中，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)動方式和開關(guān)驅(qū)動方式在線性放大驅(qū)動方式。半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū)優(yōu)點是控制原理簡單，輸出波動小，線性好，對鄰近電路干擾小，缺點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）來控制電動機的電壓，從而實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)速的控制。4. 4 LED數(shù)碼管顯示4. 4.

31、1 LED簡介LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED的心臟是一個半導(dǎo)體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導(dǎo)體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導(dǎo)體，在它里面空穴占主導(dǎo)地位，另一端是N型半導(dǎo)體，在這邊主要是電子。但這兩種半導(dǎo)體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當(dāng)電流通過導(dǎo)線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復(fù)合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長也就是光的顏色，是由形成P-N結(jié)的材料決

32、定的。除半導(dǎo)體激光器外，當(dāng)電流激勵時能發(fā)射光學(xué)輻射的半導(dǎo)體二極管。嚴(yán)格地講，術(shù)語LED應(yīng)該僅應(yīng)用于發(fā)射可見光的二極管；發(fā)射近紅外輻射的二極管叫紅外發(fā)光二極管（IRED,Infrared Emitting Diode）；發(fā)射峰值波長在可見光短波限附近，由部份紫外輻射的二極管稱為紫外發(fā)光二極管；但是習(xí)慣上把上述三種半導(dǎo)體二極管統(tǒng)稱為發(fā)光二極管。4. 4.2 LED七段數(shù)碼管的結(jié)構(gòu) 共陰極 共陽極 管腳圖其中：圖（a）為共陰極結(jié)構(gòu)，8斷發(fā)光二極管的陰極端連接在一起，陽極端分開控制，使用時公共端接地，要使哪根發(fā)光二極管，則對應(yīng)的陽極端接高電平。圖（b）為共陽極結(jié)構(gòu)，8端發(fā)光二極管的陽極端連接在一起，陰

33、極端分開控制，使用時公共端接電源。要使哪根發(fā)光二極管，則對應(yīng)的陰極端接地。其中7段發(fā)光二極管構(gòu)成7筆的字形“8”,1根發(fā)光二極管構(gòu)成小數(shù)點。圖“c”為引腳圖，從a-g引腳輸入不同的8位二進制編碼，可顯示不同的數(shù)字或字符。通常把控制發(fā)光二極管的7（或8）位二極管編制稱為字段碼。不同數(shù)字或字符其字段碼不一樣，對于同一個數(shù)字或字符，共陰極連接和共陽極連接的字段碼也不一樣，共陰極和共陽極的字段碼互為反碼。4. 4.3常見數(shù)字和字符的字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼顯示字符共陰極字段碼共陽極字段碼03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF7

34、1H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8HY6EH91H87FH80HL38HC7H96FH90H8.FFH00HA77H88H“滅”00FFHB7CH83H4. 4.4 LED數(shù)碼管和單片機的連接電路的接法決定了必須采用逐位掃描顯示方式。即從段選口送出某位LED的字型碼，然后選通該位LED，并保持一段延時時間。然后選通下一位，直到所有位掃 描完。4. 4.5簡單的程序流程4. 4.6本系統(tǒng)中單片機與LED的連接4.5獨立式鍵盤控制模塊4.5.1鍵盤的功能與分類鍵盤是一種最常用的輸入設(shè)備,它是一組按鍵的集合，從功能上可分為數(shù)字鍵

35、和功能鍵兩種，作用是輸入數(shù)據(jù)與命令，查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)簡單的人機對話。鍵盤的分類（a）鍵盤按照接口原理可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類。這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識別鍵符與給出相應(yīng)鍵碼的方法。 編碼鍵盤主要是用硬件來實現(xiàn)對鍵的識別； 非編碼鍵盤主要是由軟件來實現(xiàn)鍵盤的定義與識別。（b）鍵盤按照其結(jié)構(gòu)可分為獨立式鍵盤與矩陣式鍵盤兩類。 獨立式鍵盤主要用于按鍵較少的場合,矩陣式鍵盤主要用于按鍵較多的場合，也稱行列式鍵盤4.5.2獨立式鍵盤獨立式鍵盤的按鍵相互獨立，每個按鍵接一根I/O口線，一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會影響其它I/O口線的工作狀態(tài)。因此，通過檢測I/O口線的電平狀態(tài)，即可

36、判斷鍵盤上哪個鍵被按下4.5.3獨立式鍵盤與單片機的5系統(tǒng)軟件設(shè)計 直接應(yīng)用AT89S52的軟件方法實現(xiàn)PWM信號輸出，這比硬件實現(xiàn)PWM信號成本低。限制少。實現(xiàn)便捷。其流程圖如下所示。4.1流程圖4.1.1主程序流程圖 圖 8 主程序流程圖4.1.2定時器中斷程序流程圖圖 9 定時器中斷程序流程圖4.1.3 鍵盤控制流程圖圖 10 鍵盤控制流程圖結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計，使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識,也使我深刻體會到單片機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對學(xué)過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。在本次課程設(shè)計過程中，我學(xué)會了在網(wǎng)絡(luò)上查找有關(guān)本設(shè)計的各硬件的資源

37、，其中包括：直流電機PWM調(diào)速、AT89S52單片機、L289引腳圖與其引腳功能等，LED數(shù)碼管顯示，為本次畢業(yè)設(shè)計提供了一定的資料。在做畢業(yè)設(shè)計的初期階段，難度很大，沒有頭緒。通過求助于老師、理清了思路。同時，在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料，攻克了畢業(yè)設(shè)計中的道道難題。通過本次科技創(chuàng)新實踐，我學(xué)到了許多東西，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）。也鍛煉了我的protel畫圖能力，以前學(xué)的時候元器件都是給定的只要到庫里面找出名字就可以，只要連線就可以，而這次是根據(jù)自己的

38、設(shè)計需要去畫，感覺不同。本次設(shè)計我能獨立完成，算是有了很大的收獲?？偟母惺苡幸韵聨追矫妫?、通過本次畢業(yè)設(shè)計，我不但對單片機有了更為深入的了解，對一個課題如何畫流程圖，編程序等有了一定的認識。2、進一步加強了我的動手能力和運用專業(yè)知識的能力，從中學(xué)習(xí)到如何去思考和解決問題，以與如何靈活地改變方法去實現(xiàn)設(shè)計方案。特別是深刻體會到了軟件和硬件結(jié)合的重要性，以與兩者的聯(lián)系和配合作用。3、讓我了解到單片機技術(shù)對當(dāng)今人們生活的重要性。同時這次做畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷也使我受益匪淺，讓我知道做任何事情都應(yīng)腳踏實地，刻苦努力地去做，只有這樣，才能做好。致經(jīng)過近半學(xué)期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本

39、科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以與一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感我的指導(dǎo)老師老師。老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細心地糾正設(shè)計容中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路也給予我無盡的啟迪。并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次要感我的同學(xué)對我無私的幫助，特別是在直流電機控速技術(shù)

40、的相關(guān)信息方面，正因為如此我才能順利的完成設(shè)計。最后我要感我的母校工程學(xué)院，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會我專業(yè)知識。在此，我再說一次！大家！。參考文獻1 林志琦.基于Proteus的單片機可視化軟硬件仿真M.:航空航天大學(xué)出版 社,2006.92 周潤景,麗娜.基于PROTEUS的電路與單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真M.:航空航天大學(xué),2006.53 靖武,周靈彬.單片機系統(tǒng)的PROTEUS設(shè)計與仿真M.:電子工業(yè),2007.44 周潤景,麗娜.PROTEUS入門實用教程M.:機械工業(yè),2007.95 樓然苗,光飛.51系列單片機設(shè)計實例M.:

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