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1、计算机控制技术 课程设计 成绩评定表 设计课题基于 89C51的直流电机调速设计 学院名称：电气工程学院 专业班级： 学生姓名： 学号 ： 同 组 者： 指导教师： 设计地点： 设计时间： 指导教师意见： 成绩: 签名：年月日 单片机系统课程设计任务书 学生姓名专业班级学号 题目基于 89C51的直流电机调速的设计 课题性质工程设计课题来源自选 指导教师 主要内容 （参数） 利用 89C51设计直流电机调速系统，实现以下功能： 1对电机进行速度调节； 2通过键盘输入调节电机的速度； 3显示电机的速度； 任务要求 （进度） 第 1-3 天：根据给定的课程设计方案，了解并熟悉课程设计任务及要求，
2、查阅相关书籍及资料。 第 3-4 天：按照课程设计的方案设计选择合适的元件并画单元电路。 第 5-6 天：设计软件，编写相关程序程序。 第 7-8 天： 去实验室进行调试， 根据调试的出现的各种情况修改调整程序。 第 9-10 天：写课程设计报告。 主要参考 资料 1 张迎新单片微型计算机原理、应用及接口技术（第2 版）M 北京： 国防工业出版社， 2004 2 国家机械工业委员会. 电机原理 M. 北京：机械工业出版社， 3 宋戈 黄鹤松 员玉良 蒋海峰 51 单片机应用开发范例大全（第一版） 北京：人民邮电出版社，2010 02 4 康华光电子技术基础（模拟部分）第五版高等教育出版社 5
3、邱关源电路（第五版）高等教育出版社 6马忠梅 . 单片机的C语言应用程序设计M. 北京：北京航空航天大学出版社，1997 7付家才，杨庆江，赵金宪.单片机控制工程实践技术M. 北京：化学工业出版社， 8徐爱钧，彭秀华.Keil Cx51 单片机高级语言编程与Vision2应用实践 M. 北京： 电子工业出版社，2004 审查意见 系（教研室）主任签字：年月日 目录 1 引言. 4 2 总体方案设计 . 5 总体方案 . 5 原件选择及介绍. 6 3 硬件电路设计 . 10 单片机及其外围整体电路. 10 键盘扫描电路 . 12 LED 显示模块电路 . 错误!未定义书签。 D/A 转换器及其与
4、 MCU 的接口电路 . 13 4 系统软件设计 . 13 主程序设计 . 13 中断服务程序设计. 15 子程序的设计 . 17 5 系统调试与总结 . 18 调试总结 . 18 参考文献 . 19 附录 A 系统原理图 . 20 附录 B 源程序 . 21 1 引言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域 和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫 生，商务和办公设备中， 还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱， 空调，DVD 等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力 资源中，百分之九十以上来自电动机
5、。同样，我国生产的电能中有百分之六十是 用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调 速控制一般采用模拟法， 对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动 机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进 步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛， 尤其是在智能机器人中的应用。 直流电动机的起动和调速性能、 过载能力强等特 点显得十分重要， 为了能够适应发展的要求， 单闭环直流电动机的调速控制系统 得到了很大的发展。 而作为单片嵌入式系统的核心单片机，正朝着多功能、 多 选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强
6、I/O 功能等方向发展。随着计 算机档次的不断提高， 功能的不断完善， 单片机已越来越广泛地应用在各种领域 的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是 因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合 理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以 提高整个系统的可靠性和可行性。 在自动化控制中， 许多场合需要单片机控制直流电机进行变速，这里我们介绍一种低成本的 简单实现方法。经实践证明，运行稳定可靠。 直流电机变速原理 直流电机的变速主要有3 种方式： 1. 控制电枢电压改变电机的转速。 2. 控制电机的励磁电流改变电
7、机的转速。 3. 在电枢回路中，串联电阻改变电机的转速。 使用单片机控制直流电机的变速。一般采用调节电枢电压的方式 图 1-1 直流电机物理模型图 2 总体方案设计 总体方案 本课程设计所介绍的单片机控制直流电机调速系统，可通过键盘读取输入调 节直流电速度并且显示档位功能，具有结构简单，操作方便、输出档位可显示， 反映灵敏、 控制精细等特点。 其输出档位采用三位数码管动态显示，方便操作与 观察。该设计控制器使用单片机AT89C51 ，8 位并行数模转换 DAC0832 芯片，4*4 的 16 位按键键盘、用三位共阳极 LED数码管实现档位的显示 , 能准确达到以上要 求。 AT89C51作为主
8、控制器，不断扫描4*4 共 16 位键盘，并通过数码管显示出 输入数据，用三位数码管显示百、十、个位，数码管以并口传送数据, 实现档位 的显示，同时将数据通过 P1口输给 DAC0832 芯片进行数 / 模控制，输出的电压直 接控制直流电机的速度。 图 2-1 系统整体设计图 元件选择及介绍 （1） DAC0832 （数模转换器 ） DAC0832是 8 分辨率的D/A 转换集成芯片，与微处理器完全兼容。这个 DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系 统中得到广泛的应用。D/A 转换器由8 位输入锁存器、8 位 DAC寄存器、 8 位 D/A 转换电路及转换控制电路构
9、成。 a. 主要特性参数：分辨率为8 位 电流稳定时间1us； 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入； 只需在满量程下调整其线性度； 单一电源供电（+5V+15V）； 低功耗， 200mW 。 b芯片结构： D0D7：8 位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于90ns( 否则锁存器的 数据会出错 ) ； ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效； CS ：片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效； WR1 ：数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由 ILE 、 CS 、WR1的逻辑组合产生LE1，当 LE1 为高电平时，数据锁存器状态 随输入数据线变换，LE1的负
10、跳变时将输入数据锁存； XFER ：数据传输控制信号输入线，低电平有效， 负脉冲 （脉宽应大于500ns） 有效； WR2 ：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1 、 XFER的逻辑组合产生LE2，当 LE2 为高电平时， DAC寄存器的输出随 寄存器的输入而变化，LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC 寄存器并开始D/A 转换。 IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1 值之和为一常数； Rfb：反馈信号输入线，改变Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； Vcc：电源输入端，Vcc 的
11、范围为 +5V+15V； VREF ：基准电压输入线，VREF的范围为 -10V+10V； AGND ：模拟信号地 DGND ：数字信号地 图 2-2 DAC0832 的引脚图 c. 工作方式： 根据对 DAC0832 的数据锁存器和 DAC 寄存器的不同的控制方式， DAC0832 有 三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。 （2）AT89C51单片机 89C51 是一种带4K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低电压、高性能CMOS8 位微 处理器，俗称单片机。 单片机
12、的可擦除只读存储器可以反复擦除100 次。该器件 采用 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和 输出管脚相兼容。 其主要特性： 1000次写/ 擦循环； 数据保留 10 年； 全静态工作： 0HZ-24MHZ ； 三级程序存储器锁存； 128*8位内部 RAM ； 32可编程 I/O 线； 两个 16 位定时器 / 计数器； 5个中断源， 2 个中断优先级； 可编程串行口通道； 低功耗的闲置和掉电模式； 片内振荡器和时钟电路； 引脚功能： VCC：接供电电压。 GND：接地。 P0口：P0口为一个 8 位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收 8TTL门电流。
13、当 P1口的管脚第一次写1 时，被定义为高阻输入。 P0能够用于外部程序数据存储 器，它可以被定义为数据 / 地址的低八位。 在 FIASH编程时， P0 口作为原码输入 口，当 FIASH进行校验时， P0输出原码，此时 P0外部必须被拉高。 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P1口缓冲器能接 收输出 4TTL 门电流。 P1 口管脚写入1 后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH 编程和校验时， P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8 位双向 I/O 口，P2口缓冲器可接收， 输出 4 个 TTL门电流，当 P2口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作 为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于 内部上拉的缘故。 P2口当用于外部程序存储器或16 位地址外部数据存储器进行 存取时， P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势， 当对外部八位地址数据存储
