計算機課程設(shè)計皮文杰要點

河南機電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計報告河南機電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計報告河南機電高等?？茖W(xué)校課程設(shè)計報告課程名稱：《計算機控制技術(shù)》題目:直流電機速度控制專業(yè)班級：生產(chǎn)過程自動化姓名：皮文杰學(xué)號：121416124成績：2014年6月20日設(shè)計任務(wù)書課題簡介：設(shè)計制作和調(diào)試一個由MCS51單片機組成的直流測控系統(tǒng)。通過這個過程學(xué)習(xí)熟悉鍵盤控制和七段數(shù)碼管的使用，掌握直流電機的速度控制和測試方。技術(shù)指標：1、 在顯示器上顯示任意四位十進制數(shù)2、 將8個鍵定義鍵值為0~7,按任意鍵在顯示器上顯示對應(yīng)鍵值3、 實現(xiàn)功能：定義鍵盤按鍵：5個為數(shù)字鍵0?4;3個功能鍵：設(shè)置SET、清零CLR、開始START;顯示器上的四位可顯示每分鐘的速度；通過鍵盤的按鍵，設(shè)置直流電機每分鐘的速度值；按START鍵啟動電機開始轉(zhuǎn)動，按SET鍵停止；按CLR鍵清零。目錄TOC\o"1-5"\h\z引言 1\o"CurrentDocument"第1章 系統(tǒng)分析 2\o"CurrentDocument"功能簡介 2\o"CurrentDocument"方案選擇 21.2.1總體方案設(shè)計 21.2.2PWM電路選擇 31.2.3由單片機直接控制的PWM 31.2.4利用高速的DA實現(xiàn)的PWM 4\o"CurrentDocument"第2章 硬件電路設(shè)計 5\o"CurrentDocument"2.1控制芯片選擇 5\o"CurrentDocument"2.2數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示 6\o"CurrentDocument"2.3矩陣式鍵盤設(shè)計 8\o"CurrentDocument"2.4直流電動機調(diào)速的驅(qū)動 9\o"CurrentDocument"第3章軟件設(shè)計 10\o"CurrentDocument"3.1矩陣式鍵盤程序流程圖 10\o"CurrentDocument"3.2數(shù)碼管程序流程圖 11\o"CurrentDocument"3.3驅(qū)動電路程序流程圖 12\o"CurrentDocument"第4章總結(jié) 13\o"CurrentDocument"附錄硬件電路圖 14\o"CurrentDocument"原理圖布局 14\o"CurrentDocument"參考文獻 15第2章 硬件電路設(shè)計2.1控制芯片選擇根據(jù)實驗要求選擇80C51芯片。選擇該芯片可以根據(jù)控制開關(guān)按鈕的開關(guān)狀態(tài)，控制數(shù)碼管的數(shù)字顯示以及變頻直流電動機的轉(zhuǎn)速。80C51單片機，是8位高性能單片機，具有40根引腳。屬于標準的MCS-51的HCMOS產(chǎn)品。它結(jié)合了HMOS的高速和高密度技術(shù)及CHMOS的低功耗特征，標準MCS-51單片機的體系結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)。 80C51內(nèi)置中央處理單元、128字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM、32個雙向輸入/輸出（I/O）口、2個16位定時/計數(shù)器和5個兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)時鐘振蕩電路。40根引腳按其功能可分為四類：電源線2根VCC:編程和正常操作時的電源電壓，接+5V。VSS:地電平。晶振：2根XTAL1:振蕩器的反相放大器輸入。使用外部震蕩器是必須接地。XTAL2:振蕩器的反相放大器輸出和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。當使用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩信號。I/O口有p0、p1、p2、p3共四個8位口，32根I/O線，其功能如下：P0.0?P0.7（AD0?AD7）是I/O端口O的引腳，端口O是一個8位漏極開路的雙向I/O端口。在存取外部存儲器時，該端口分時地用作低8位的地址線和8位雙向的數(shù)據(jù)端口（在此時內(nèi)部上拉電阻有效）。P1.0?P1.7端口1的引腳，是一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O通道，專供用戶使用。P2.0?P2.7（A8?A15）端口2的引腳。端口2是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，在訪問外部存儲器時，它輸出高8位地址A8?A15P3.0?P3.7端口3的引腳。端口3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O端口，該口的每一位均可獨立地定義第一 I/O口功能或第二I/O口功能。作為第一功能使用時，口的結(jié)構(gòu)與操作與P1口完全相同，第二功能如下示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2（外部中斷）P3.3（外部中斷）P3.4T0（定時器0外部輸入）P3.5T1（定時器1外部輸入）P3.6（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P1.0——140+—￥茁：P1.1239^_PD2P1.23珈_PD2P1.3——PD2PP1.4咖PDAP15珈P04-1P1.6_34*'PU升A1.7E33卩PUERSTW廿_93"—PO.7^RXD；P30f1031屮一EA-TXD/P31+1130*—ALE；PROGINT0/P32—1229V PSKH儀132汨——P2.7+JT0JP3.411427*——P2弘T1/P3》1526祕—P2.刃162”PMXTAL2171￡2軸23PP2>P22QXTAL1一192加P2.2爍一2021*-'_P2E圖2-18051管腳圖2.2數(shù)碼管轉(zhuǎn)速顯示LED數(shù)碼管（LEDSegmentDisplays）是由多個發(fā)光二極管圭寸裝在一起組成“8”字型的器件，弓I線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。圖2-2數(shù)碼管數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度咼，缺點是占用 I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 5X8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為 1?2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O端口，而且功耗更低。2.3矩陣式鍵盤設(shè)計矩陣式鍵盤的按鍵識別方法 ，確定矩陣式鍵盤上何鍵被按下介紹一種行掃描法”。行掃描法行掃描法又稱為逐行（或列）掃描查詢法，是一種最常用的按鍵識別方法，介紹過程如下。1、判斷鍵盤中有無鍵按下 將全部行線置低電平，然后檢測列線的狀態(tài)。只要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與行線相交叉的按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。2、判斷閉合鍵所在的位置 在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀態(tài)。若某列為低，則該列線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。在這次課程設(shè)計中要求有 8個按鍵，其中包過0-4這5個數(shù)字按鍵，以及3個功能鍵：設(shè)置SET、清零CLR、開始START。其中的0-3數(shù)字鍵的一端與80C51的P1.0，其余的另一端分別連接80C51單片機的P1.4,P1.5,P1.6,P1.7相連。設(shè)置SET功能鍵分別連接P1.2和P1.6,開始START功能鍵分別連接P1.3,P1.4,而剩下的功能鍵CLR則分別連接P1.2,P1.7，這樣就可以利用按鈕開關(guān)和80C51芯片構(gòu)成簡單的矩陣式鍵盤。01234SECLSTTR圖3-1 矩陣式鍵盤2.4直流電動機調(diào)速的驅(qū)動電路部分，選擇采用基于L298的直流電動機PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要來調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)接通和斷開的時間的長短，通過改變直流電動機上電樞電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。在整個PWM調(diào)速器中，CPU既是運算處理中心，又是控制中心，是最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS—51系列完全兼容的80C51單片機，它是-種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。圖2-3直流電動機速度控制電路圖

第3章軟件設(shè)計3.1矩陣式鍵盤程序流程圖在80C51單片機的程序編寫上，采用C語言的程序編寫方法。鍵盤設(shè)計部分的程序流程圖如下：

3.2數(shù)碼管程序流程圖關(guān)：個使州_尢百位、千位顯示碼的位碼延時10us1幵個位數(shù)碼顯示位碼延時5湘11各位位輕十位、百位、千位顯示膜式同上關(guān)：各位位碼1延時10JLlS、同一字符碼顯超0次到了嗎?〉圖3-2數(shù)碼管顯示流程圖

3.3驅(qū)動電路程序流程圖直流電動機調(diào)速的驅(qū)動電路部分，選擇采用基于L298的直流電動機PWM調(diào)速方法。PWM調(diào)速裝置是利用大功率晶體管的開關(guān)特性來調(diào)制固定電壓的直流電源，按一個固定的頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要來調(diào)節(jié)一個周期內(nèi)接通和斷開的時間的長短，通過改變直流電動機上電樞電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。在整個PWM調(diào)速器中，CPU既是運算處理中心，又是控制中心，是最關(guān)鍵的器件。本系統(tǒng)中選用與MCS—51系列完全兼容的80C31單片機，它是一種低功耗、高性能、CMOS八位微處理器。流程圖如下：輸出低電平占空值賦初值流程圖如下：輸出低電平占空值賦初值計數(shù)器賦初值輸出高電平啟動AD初三 返回第4章總結(jié)數(shù)字式直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)是由硬件和軟件巧妙相結(jié)合做到最大限度的消除誤差完成了基本要求。在反復(fù)修改系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能達到了發(fā)揮部分的要求。實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速控制的智能化。PWM技術(shù)是直流電機調(diào)速中最為有效的方法。本文對直流電機 PWM調(diào)速系統(tǒng)進行分析，詳細介紹系統(tǒng)的工作原理及其實現(xiàn)方法，闡述了利用 ARM處理器對直流電機進行調(diào)速控制的方式和實現(xiàn)的方法。綜合應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、PWM脈寬調(diào)制技術(shù)，按鍵控制ARM開發(fā)板片內(nèi)外設(shè)PWM輸出、引腳輸出。主要的研究結(jié)果如下：介紹了PWM直流電機驅(qū)動原理，對使用L298N型直流電機驅(qū)動模塊進行分析和闡述；并利用ARM1138開發(fā)板輸出控制L298N驅(qū)動電路進而控制兩個直流電機運轉(zhuǎn)，詳細說明其原理和接線圖；移植實時嵌入式系統(tǒng)Cortex?-M3內(nèi)核內(nèi)核到ARM1138開發(fā)板，對針對此開發(fā)板的片內(nèi)外設(shè)PWM端口、GPIO端口寫出了驅(qū)動程序；調(diào)節(jié)速度轉(zhuǎn)向及液晶顯示的程序。并且采用比例算法閉環(huán)控制實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速的最優(yōu)化調(diào)節(jié)， 減少誤差；采用按鍵完成人與機器之間的互動，同時采用液晶顯示雙電機轉(zhuǎn)速信息；直流電機的調(diào)速控制是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及許多學(xué)科領(lǐng)域。用 ARM實現(xiàn)直流電機的PWM調(diào)速控制是其中一個研究熱點。利用現(xiàn)有的嵌入式操作系統(tǒng)可以縮短開發(fā)周期、降低開發(fā)成本。直流電機作為執(zhí)行元件，在科技的進步中起到了非常重要的作用，而直流電機調(diào)速系統(tǒng)可方便地應(yīng)用于各種自動化控制領(lǐng)域。通過本次課程設(shè)計，加深了對計算機控制技術(shù)中的51系列單片機的認識和理解，對其應(yīng)用有了更深