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1、基于单片机的育流电机测速、调速及显示系统课稈设计课程设计报告题目：基于单片机的右流电机测速、调速及显示系统设计 学 院：机电工程学院 专业班级：测控071班学 号：16姓 名：陈顺指导教师：冯梅琳、王军 设计地点：机电实验中心 同组人员：何红兵、骆亮亮 设计时间：2010-10-082010-10-25江西理工大学创新实践报告 摘要关键词：单片机、PWM、调速、测速、显示系统江西理工大学创新实践报告目录摘要目录第一章概述31.1概述31.2 Quick51的技术简介和发展前最1.2.1 SmartSOPC 与 Quick511.2.2 Quick51特性第二 章334总体 方 案设计52805
2、1单片机简介62.2 PWM信号发生电路设计122.2.1 PWM的基木原理122.3 128*64液晶显示 13第三章不更件设计与连接 143传感器电路设计 143.2信号处理电路设计163.3存储器电路设计173.3I2C总线概述 173.3.2存储器电路 183.4显示电路设计183.5 PWM信号发生电路设计 19第四章软件设计 204系统软件总流程图 204.2稈序清单21第五章结论与展望 31附录 32附一速度控制子程序 32附二电路图35参考文献36答辩问题 37江西理丁大学创新实践报告第一章1概述概述冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。PWM控制技
3、 术就是以该结论为理论基础，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，川这些脉 冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆 变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。PWM控制的基木原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪 80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅 速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随肴电力电了技术、微电子技术和自动控制技术 的发展以及备种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制 技术获得了空前的发展。到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。P
4、WM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用 的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科Z间的界限, 结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向 z。1.2 Quick51的技术简介和发展前景1.2.1 SmartSOPC 与 Quick51SmartSOPC教学实验开发平台集众多功能于一体，是SOPC、DSP、EDA、ARM、ARM7 SOC以及8051教学实验、科研开发的最佳选择。开发平台采用“主板+核心板的模式，更 换不同的核心板即可实验不同平台的功能。Quick51正是跟SmartSOPC相配
5、套的8051单片机核心板。Quick51是一款自3江西理工大学创新实践报告由的、开放全部系统资源的单片机实验板。单片机芯片采用Philips 新推出的拥有64KB Flash的增强型8052Quick51特性采用Philips半导体新型单片机P89LV51RD2,增强型Intel 8052 CPU内核。具有许多增强功能,如内置64KB用户程序Flash, 8KB引导Flash （用来支持ISP和IAP 功能），1KB片内静态RAM,双倍速模式，双DPTR, 4个中断优先级，进入掉电模式后外 部中断可唤醒（8052只有复位，不方便），硬件SPI,增强型UART,等等。配备的P89LV51RD2单
6、片机支持ISP （在系统可编程）方式下载用户程序。Quick51只需要一根普通电脑RS-232通信电缆（该电缆己经随SmartSOPC实验箱标配） 就能实现ISP下载，不需要制作专门的下载线。配备1片专门的仿真芯片。在目前最流行的8051内核单片机Windows环境软件开发工具KeiIC51的支持下，能够方便地进行%更件在线仿真，而口并不需要安装特别的驱 动稈序。该仿真芯片能够全面支持单步、全速、断点、跳出、变量观察、外围设备访问等仿 真功能。晶振（默认11.0592MHz）采用插座式安装，为用户替换成其它频点的晶振来做实验提供了方便。复位方式可选：RC复位、按键复位、看门狗复位。此外，看门狗
7、芯片还内置有 256B 的 EEPROMo单片机的4组I/O端口全部用双排插针引出，方便用户做实验。扩展32KB静态RAMo扩展512KB大容量Flash存储器，可以用作程序Flash或者大容量数据存储。扩展1个8位并行高阻输入端口、1个8位并行推挽输出端口。采用PLD器件作为译码器。提供8组输出，地址范围己经印在PCB上，一日了然。在产品光盘里提供译码器内部结构的等效电路原理图。4江西理T大学创新实践报告第二章总体方案设计本速度表由信号预处理电路、8051单片机、LCD显示电路、串口数据存储电路和系统软 件组成。其中信号预处理电路包含信号放大、波形变换和波形整形。信号预处理电路中的放 大器用
8、于对待测信号进行放大，以降低对待测信号的幅度要求；波形变换和波形整形电路则 用来将放大的信号转换成可与单片机接口的TTL信号；通过单片机的设置可使INTO引脚 能够对内部定时器TO的工作进行控制，这样能精确地测岀加到INTO引脚的正脉冲宽度（即 测出脉冲信号的周期）；速度显示部分采用数码显示模块，所得的数据采用I2C总线，并通过 E2PROM来存储，因而节省了所需单片机的口线和外用辭件，同时也简化了显示部分的软 件编程。系统软件包括单片机和液品模块的初始化模块、液晶模块的写数据/命令子模块、数据显 示模块以及实时中断服务模块等。该设计能实时地将所测的速度显示出来。该速度表能将传感器输入到单片机
9、的脉冲信号的 宽度（传感器将车速转变成相应宽度的脉冲信号）实时地测量出来，然后通过单片机计算出速 度，再将所得的数据存储到串口数据存储器，并由动态数码显示模块实时显示出所测速度。 木设计川两个按键來控制显示速度。考虑到信号的衰减、干扰等影响,在信号送入单片机前 应对其进行放大整形，然后再输入到单片机进行测速。系统方框图如图21所示。江西理T大学创新实践报告2.1 8051单片机简介一、8051单片机的基本组成8051单片机由CPU和8个部件组成，它们祁通过片内单一总线连接，其基本结构依然是 通用CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中 控制方法。二、CPU及
10、8个部件的作用功能介绍如下中央处理器CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。内部数据存储器：8051芯片中共有256个RAM单元，能作为存储器使用的只是前128个 单元，其地址为OOH7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元，简称内部 RAM。特殊功能寄存器：是用来对片内备部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器, 是一个特殊功能的RAM区，位于内部RAM的高128个单元，其地址为80HFFHo内部程序存储器：8051芯片内部共有4K个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称 内部ROMo并行I/O 口: 8051芯片内部有4个8位的I/O 口 （P0, Pl, P2
11、, P3）,以实现数据的并行 输入输岀。串行口 ：它是用来实现单片机和其他设备Z间的串行数据传送。定时器：8051片内有2个16位的定时器，用来实现定时或者计数功能，并且以其定时或 计数结果对计算机进行控制。中断控制系统：该芯片共有5个中断源，即外部中断2个，定时/计数中断2个和串行中断1个。江西理工大学创新实践报告振荡电路：它外接石英晶体和微调电容即可构成8051单片机产生时钟脉冲序列的时钟电 路。系统允许的最高晶振频率为12MHzo三、8051单片机引脚图四、单片机系统中所用其他芯片简介1. 地址锁存器74LS37374LS373片内是8个输出带三态门的D锁存器。其结构如下图所示：当使能端
12、G呈高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返冋低电平的瞬间实现锁存。如 果此时芯片的输出控制端OE为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通 过三态门输出。以下是其引脚图：7江西理T大学创新实践报告2. 程序存储器27128(1)芯片引脚(2)功能表江西理T大学创新实践报告3. 数据存储器6264(1) 芯片引脚(2) 芯片功能表江曲理工大学创新实践报告五、8051单片机扩展电路及分析接线分析P0.7-P0.0：这8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。第一种情况 是8051不带片外存储器，P0 口可以作为通用I/O 口使用，P0.7P0.0用于传送CPU的I/O 数
13、据。第二种情况是8051带片外存储器，P0.7-P0.0在CPU访问片外存储器时先是用于传 送片外存储器的低8位地址，然后传送CPU对片外存储器的读写数据。10江西理工大学创新实践报告P2.7P2.0：这组引脚的第一功能可以作为通用的I/O使用。它的第二功能和P0 口引脚的 第二功能相配合，用于输出片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不 能像P0 口那样还可以传送存储器的读写数据。P3.7-P3.0：这组引脚的第一功能为传送用户的输入/输出数据。它的第二功能作为控制用, 每个引脚不尽相同，如下表所示：VCC为+5V电源线，VSS为接地线。ALE/PROG：地址锁存允许/编程线
14、，配合P0 口引脚的第二功能使用，在访问片外存储器 时,8051 CPU在P0.7P0.0引脚线上输出片外存储器低8位地址的同时还在ALE/PROG线 上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低8位地址锁存到外部专用地址锁 存器，以便空岀P0.7-P0.0引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。在不访问片 外存储器时，8051白动在ALE/PROG线上输出频率为l/6fOSC的脉冲序列。该脉冲序列可 以用作外部时钟源或者作为定时脉冲源使用。EA/VPP：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制8051使用片内ROM还是片外ROMo如果EA=1,那么允许使用片内ROM；如果EA=0
15、,那么允许使用片外ROMoPSEN：片-外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051白动11江西理工大学创新实践报告在PSEN线上产生一个负脉冲，用于片外ROM芯片的选通。其他情况下，PSEN线均为 高电平封锁状态。RST/VPD：复位备用电源线，可以使8051处于复位工作状态。XTAL1和XTAL2:片PWM信号发生电路设计2.2.1 PWM的基木原理PWM （脉冲宽度调制）是通过控制同定电压的直流电源开关频率，改变负载两端的电压, 从而达到控制要求的一种电压调報方法。PWM可以应用在许多方面，比如：电机调速、温 度控制、压力控制等等。在PWM驷动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并H根据需要改 变一个周期内“接通和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电圧的“占-空比。來达到 改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。也正因为如此，PWM又被称为“开 关驱动装置雹如下图所示：设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax,设占空比为D=tl/T,则电机的平均速度为Va =
