單片機(jī) 系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

第10章

系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

10.1步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)10.2紅外線感應(yīng)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)10.3通用多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng)10.1步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 10.1.1步進(jìn)電機(jī)控制原理10.1.2步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)10.1.3步進(jìn)電機(jī)變速控制返回本章首頁(yè)

+27VMLAMLBMLC1K15K15K15K1K1K74068031P1.0P1.1P1.2P2.3P2.0D7D0Q7Q0A11A8A7A0D7D0D7D02732CEOEGOEALEPSEN～～～～～～～圖10-1單片機(jī)控制三相步進(jìn)電機(jī)原理圖10.1.1步進(jìn)電機(jī)控制原理三相步進(jìn)電機(jī)的通電方式有：（1）三相三拍通電方式： A→B→C→A。（2）三相雙三拍通電方式：AB→BC→CA→AB。（3）三相六拍通電方式： A→AB→B→BC→C→CA。按以上順序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。要使電機(jī)反轉(zhuǎn)，將上述步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電相序反過(guò)來(lái)即可。如三相三拍反轉(zhuǎn)的通電方式為：A→C→B→A。節(jié)

拍通電順序控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進(jìn)制十六進(jìn)制16A000000010125AB000000110334B000000100243BC000001100652C000001000461CA0000010105表10-1三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制模型返回本節(jié)10.1.2步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制的任務(wù)就是：①判斷旋轉(zhuǎn)方向②按順序送出控制脈沖③判斷脈沖是否送完正反轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)的存放單元見(jiàn)表10-2和表10-3，其中26H和2DH中存放模型結(jié)束標(biāo)志，程序流程如圖10-2所示。表10-2正轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)內(nèi)存字節(jié)地址20H21H22H23H24H25H26H控制模型數(shù)據(jù)01H03H02H06H04H05H00H表10-3反轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)內(nèi)存字節(jié)地址27H28H29H2AH2BH2CH2DH控制模型數(shù)據(jù)01H05H04H06H02H03H00HY置反轉(zhuǎn)模型地址恢復(fù)模型首址保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器置正轉(zhuǎn)模型地址輸出控制模型返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)是數(shù)據(jù)結(jié)束?步數(shù)為0?YYNNN轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1?圖10-2程序延時(shí)控制程序流程圖返回本節(jié)10.1.3步進(jìn)電機(jī)變速控制 步長(zhǎng)fcfL1L2L3圖10-3變速控制過(guò)程設(shè)頻率階梯計(jì)數(shù)器設(shè)階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器設(shè)置定時(shí)器轉(zhuǎn)向標(biāo)志為1?CPU開(kāi)中斷CPU關(guān)中斷結(jié)束頻率階梯為0?主程序設(shè)置正轉(zhuǎn)模型地址YN設(shè)T0初值地址指針設(shè)置反轉(zhuǎn)模型地址YNT0初值地址更新恢復(fù)模型首址保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)輸出控制模型模型地址增1賦升頻T0初值恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)模型結(jié)束?頻率階梯為0?階梯步長(zhǎng)為0?階梯步長(zhǎng)賦值中斷服務(wù)程序是升頻?返回賦降頻T0初值YYYNNNNY圖10-4變頻控制程序流程圖編寫(xiě)變頻控制程序作如下說(shuō)明：（1）利用定時(shí)器T0延時(shí)，其初值存放在EPROM的同一頁(yè)中。降頻是升頻的逆過(guò)程。（2）步進(jìn)電機(jī)控制模型數(shù)據(jù)及存放地址（如表10-2~10-5所示）。（3）在升、降頻過(guò)程中，考慮步進(jìn)電機(jī)慣性，要求每改變一次頻率，需持續(xù)運(yùn)行一定步數(shù)，稱(chēng)頻率階梯步長(zhǎng)。表10-4標(biāo)志位定義表表10-5初值分配表位地址標(biāo)志內(nèi)容

字節(jié)地址存儲(chǔ)內(nèi)容70H運(yùn)行方式：0代表恒速，1代表變速

1AH頻率階梯步長(zhǎng)計(jì)數(shù)器R2的值71H變速方式：0代表降速，1代表升速

1BH頻率階梯計(jì)數(shù)器R3的值72H恒速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1CH恒速段步長(zhǎng)低8位73H升速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1DH恒速段步長(zhǎng)高8位74H降速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1EH恒速段T0初值低8位75H程序結(jié)束標(biāo)志：02代表程序結(jié)束

1FH恒速段T0初值高8位返回本節(jié)10.2紅外線感應(yīng)自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng) 10.2.1系統(tǒng)硬件電路10.2.2紅外線傳感器集成芯片介紹10.2.3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)返回本章首頁(yè)10.2.1系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)控制電路如圖10-5所示。用MCS-51系列單片機(jī)與完全兼容的AT89C51作主控芯片，經(jīng)擴(kuò)展和接口電路構(gòu)成控制系統(tǒng)。紅外線傳感器能以非接觸形式檢測(cè)人體中輻射出的紅外線能量變化，并將此變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出。系統(tǒng)有自動(dòng)和手動(dòng)兩種功能。電機(jī)選用單相交流電機(jī)，由三個(gè)控制信號(hào)P3.0、P3.1、P3.4來(lái)控制其正、反轉(zhuǎn)和速度變換。BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u電壓檢測(cè)模塊電機(jī)溫度檢測(cè)P3.3/INT1手動(dòng)/自動(dòng)切換手動(dòng)關(guān)按鈕P3.4P3.02.2uDSG紅外傳感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程開(kāi)關(guān)2行程開(kāi)關(guān)3手動(dòng)開(kāi)按鈕光電隔離電機(jī)正轉(zhuǎn)繼電器J1電機(jī)過(guò)熱報(bào)警轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊A/D轉(zhuǎn)換蜂鳴報(bào)警行程開(kāi)關(guān)4行程開(kāi)關(guān)1電壓過(guò)高報(bào)警速度異常報(bào)警速度變換繼電器J3電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器J2ADC0809EOCP1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K×6LEDAT89C51VCC圖10-5紅外線自動(dòng)門(mén)控制系統(tǒng)原理圖返回本節(jié)10.2.2紅外線傳感器集成芯片介紹 紅外線傳感器集成芯片BISS0001特點(diǎn)（如圖10-6、10-7所示）：（1）用CMOS工藝，功耗低。（2）具有獨(dú)立的高輸入阻抗運(yùn)算放大器，可與多種傳感器匹配。（3）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信號(hào)。（4）內(nèi)設(shè)延時(shí)和封鎖定時(shí)器，性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍寬。（5）內(nèi)置參考電源。（6）工作電壓范圍寬（3V～5V）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT圖10-6BISS0001芯片引腳圖+－OP1+－OP2+－COP1+－COP2+－COP3狀態(tài)控制器參考電源封鎖時(shí)間定時(shí)延遲時(shí)間定時(shí)51141598161213321071164A1IN-1OUT2IN2OUTVcVRF/RESET1IN+VHVLVMVRVLVHVMVRVDDVSSIBV0

VRR1RR1RR2R2C2RC2C1RC1U2U1VsRESET圖10-7BISS0001芯片內(nèi)部電路原理圖返回本節(jié)10.2.3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)整個(gè)系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷服務(wù)程序、門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉子程序、各種故障處理及報(bào)警子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進(jìn)行初始化、中斷設(shè)置、手動(dòng)與自動(dòng)切換等功能。中斷服務(wù)程序包括兩個(gè)外部中斷和兩個(gè)定時(shí)器中斷（如圖10-8~10-12所示）。啟動(dòng)下一通道通道號(hào)加１指向0809地址轉(zhuǎn)換結(jié)束否?采樣結(jié)束否?數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)指針加１開(kāi)T1中斷中斷返回YNN關(guān)T1中斷開(kāi)始是否手動(dòng)方式?定時(shí)器T0、T1設(shè)置開(kāi)定時(shí)器中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置開(kāi)中斷關(guān)外部中斷1開(kāi)定時(shí)器T0開(kāi)外部中斷1系統(tǒng)是否有故障?系統(tǒng)終止YNYNY圖10-8系統(tǒng)主程序流程圖圖10-9T1中斷服務(wù)程序流程圖延時(shí)10s加速停機(jī)開(kāi)中斷減速關(guān)門(mén)有人否?有人否?加速否?有人否?減速否?停機(jī)否?系統(tǒng)是否有故障?系統(tǒng)是否有故障?開(kāi)門(mén)子程序中斷返回Y關(guān)外部中斷NYYNNNYYNYNNYYN圖10-10外部中斷服務(wù)程序流程圖門(mén)狀態(tài)檢測(cè)電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)停止加速?減速?停止?返回YNNYNY開(kāi)門(mén)圖10-11開(kāi)門(mén)子程序流程圖返回本節(jié)10.3通用多點(diǎn)溫度控制系統(tǒng) 10.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10.3.2通信協(xié)議10.3.3硬件電路 10.3.4軟件設(shè)計(jì)返回本章首頁(yè)10.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)RS-485接口從機(jī)0#主機(jī)RS-485接口……RS-485接口從機(jī)1#RS-485接口從機(jī)n#圖10-13系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖返回本節(jié)10.3.2通信協(xié)議 1．通信過(guò)程（1）寫(xiě)指令單片機(jī)發(fā)指令——→從機(jī)接收指令——等待→反饋接收信息（2）讀指令主機(jī)發(fā)指令——→從機(jī)接收指令——等待→從機(jī)取出參數(shù)給主機(jī)——→等待——→主機(jī)反饋接收信息2．通信設(shè)定（1）從機(jī)站號(hào)（2）通信速率（3）通信再試次數(shù)（4）校驗(yàn)方式3．?dāng)?shù)據(jù)格式l

主機(jī)到從機(jī)的通信數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)寫(xiě)入的格式有兩種，數(shù)據(jù)寫(xiě)入指的是主單片機(jī)對(duì)從單片機(jī)的發(fā)送指令。

從機(jī)號(hào)指令代碼校驗(yàn)和從機(jī)號(hào)指令代碼指令參數(shù)校驗(yàn)和格式A（讀指令）格式B（寫(xiě)指令）l

從機(jī)到主機(jī)的數(shù)據(jù)格式不論主機(jī)發(fā)送的指令是何種格式，從機(jī)收到主機(jī)指令后都要向主機(jī)發(fā)回確認(rèn)信息。從機(jī)號(hào)YES/NO返回?cái)?shù)據(jù)校驗(yàn)和從機(jī)號(hào)YES/NO校驗(yàn)和格式A’

格式B’返回本節(jié)10.3.3硬件電路 AT89C52單片機(jī)具有MCS-51內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS-51單片機(jī)100%兼容，片內(nèi)有8KFlashEPROM，256字節(jié)RAM，6個(gè)中斷源，一個(gè)串行口，最高工作頻率可達(dá)24M，完全可滿足本系統(tǒng)的需要。主機(jī)管理各從機(jī)，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的各溫度測(cè)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集與處理。從機(jī)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集以及現(xiàn)場(chǎng)溫度的控制。系統(tǒng)的主從機(jī)硬件結(jié)構(gòu)原理圖分別見(jiàn)圖10-14和圖10-15所示。返回本節(jié)10.3.4軟件設(shè)計(jì) 1．主機(jī)軟件設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)從機(jī)數(shù)量以及對(duì)溫度控制響應(yīng)實(shí)時(shí)性的要求，采取不同的時(shí)間間隔掃描各從機(jī)，讀取各溫度測(cè)控點(diǎn)的溫度信息或發(fā)送控制指令。主機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括鍵處理模塊、顯示管理模塊、通信讀數(shù)據(jù)模塊、通信寫(xiě)指令模塊、故障處理模塊等。2．從機(jī)軟件設(shè)計(jì)從機(jī)主要接收主機(jī)指令，完成主機(jī)規(guī)定的溫度控制及相關(guān)操作。從機(jī)也配有鍵盤(pán)，允許用戶現(xiàn)場(chǎng)控制溫度。從機(jī)軟件設(shè)計(jì)也包括鍵處理模塊、溫度數(shù)據(jù)采集（A/D）模塊、顯示模塊、通信模塊、輸出管理模塊、故障處理模塊。通訊正常？Y開(kāi)始T20msFlag=1？N產(chǎn)生故障消息T20msFlag=0;系統(tǒng)初始化聯(lián)絡(luò)各從機(jī)T20ms=？鍵處理模塊顯示模塊通訊管理模塊故障處理模塊T20ms=0T20ms=2T20ms=3T20ms=1YN圖10-16主機(jī)主程序流程圖返回本節(jié)以下是利用TLC0832型A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的子程序。TLC0832引腳圖及用法見(jiàn)從機(jī)系統(tǒng)圖10-15。該型號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器是TI公司近年推出的新型兩通道8位逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，允許差分輸入方式工作。利用單片機(jī)的I/O口線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。TLC0832型A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集參考程序清單如下：

CollectAD： PUSH PSW PUSH ACC CLR CS MOV R6，#08H ；計(jì)數(shù)初值，接收8位數(shù)據(jù)LOAD1： CLR CLK ；產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)低電平，第1個(gè)脈沖

NOP SETB DI ；發(fā)啟動(dòng)信號(hào)

NOP SETB CLK ；產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)高電平

NOP NOP CLR CLK ；第2個(gè)脈沖NOP SETB DI ；SGL=1，單通道輸入方式

NOP SETB CLK NOP NOP CLR CLK ；第3個(gè)脈沖

NOP CLR DI ；ODD=0，選擇通道0

NOP SETB CLK NOP