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1、2011级单片机课程设计 单片机课程设计报告书课题名称直流电机控制器设计姓 名学 号院、系、部电气工程系专 业电气工程及其自动化指导教师焦永梅 2014年6月26日直流电机控制器设计一、设计目的1、能够根据题目要求实掌握编写程序、调试程序、软件仿真及与硬件结合。2、掌握并熟练使用protues绘图软件。3、了解直流电机控制原理。4、学习单片机控制直流电机的编程方法。5、了解数码管动态显示的原理。6、掌握按键扫描的工作原理。二、设计要求1、利用D/A电路，输出-8V到+8V的电压，控制直流电机。2、电机速度可调，具有启动键、方向控制键及提示灯、加速键、减速键及停止键：S0键-升速，每按一次，电压
2、值增大一个定值，转速提高。S1键-减速，每按一次，电压值减小一个定值，转速降低。利用霍尔元件感应电机转速，读出感应脉冲，从而计算出电机转速（转/分），用数码管显示出来。三、硬件电路设计3.1 系统结构框图直流电机控制器系统由单片机、数码管显示模块、按键控制模块、霍尔元件和直流电机模块四部分组成。系统框图如图3-1所示。数码管显示按键控制霍尔元件直流电机单片机 图3-1 系统结构框图 3.2系统电路原理图系统电路原理图如下图所示图3-2 系统电路原理图3.3AT89C51单片机介绍AT89C51单片引脚如下图所示图3-3 AT89C51单片机引脚图XTAL1：输入到单片微机内部振荡器的反相放大器
3、。当采用外部振荡器时，对HMOS单片微机，是引脚应接地：对CHMOS单片微机，此引脚作驱动端。XTAL2：反相放大器的输出，输入到内部时钟发生器。当采用外部振荡器时，XTAL2接收振荡器信号，对CHMOS单片微机，此引脚悬浮。I/O共4个口，32根I/O线：P0：8位、漏极开路的双向I/口。P1：8位、准双向I/O口。在编程/校验期间，用作输入低位字节地址。P1口可以驱动4个LSTTL负载。 P2：8位、准双向I/O口。当使用片外存储器时，输出高8位地址。在编程/校验期间，接收高位字节地址。P2口可以驱动4个LSTTL负载。P3：8位、准双向I/O口，具有内部上拉电路。P3提供各种替代功能。P
4、3口可以驱动4个LSTTL负载。串行口：P3.0:RXD串行输入口。P3.1:TXD串行输出口。中断：P3.2:INT0外部中断0输入。P3.3:INT1外部中断1输入。定时器/计数器：P3.4:T0定时器/计数器0的外部输入。P3.5:T1定时器/计数器1的外部输入。数据存储器选通：P3.6:WR低电平有效，输出，片外数据存储器或I/O端口写选通。P3.7:RD低电平有效，输出，片外数据存储器或I/O端口读选通。RST：复位输入信号，高电平有效。EA/VPP：片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。EA=1选择片内程序存储器；EA=0，则程序存储器全部在片外，而不管片内是否有程序存储器。AL
5、E:地址锁存允许信号，输出。由于ALE以1/6振荡器频率的固定速率输出，可作为对外输出的时钟或用作外部定时脉冲。PSEN：片外程序存储器读选通信号，低电平有效。EA：片外程序存储器访问允许信号，低电平有效。EA=1选择片内程序存储器;EA=0，则程序存储器全部在片外，而不管片内是否有程序存储器。3.5 数模转换芯片介绍数模转换芯片如图所示 图3-4 数模转换芯片 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
6、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WR2、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
7、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。3.5 谐振电路谐振电路如图所示 图3-5谐振电路谐振电路用于产生一个特定的时钟频率，使AT89C51单片机能正常的工作。晶振片用于产生时钟频率，该晶振能产生11.0592MHZ的频率。两个旁路电路，有频率微调的作用，主要是让电路更容易起振，两个电容值要求一样，否则容易使谐振不平衡，造成停振或不起振的现象。本设计中采用的是两个1nF的电容。3.6L298芯片介绍图3-6 L298芯片引脚符
8、号功能115SENSING ASENSING B此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号23OUT 1OUT 2此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载4Vs电机驱动电源输入端57IN 1IN2输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A的开关611ENABLE AENABLE B使能控制端.输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作。8GND接地端，芯片本身的散热片与8脚相通9Vss逻辑控制部分的电源输人端口1012IN 3IN 4输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关1314OUT 3OUT 4此两脚是全桥式驱动器B的两个输
9、出端，用来连接负载 四、流程图设计4.1总体设计思路在矩阵键盘中，开辟出“c”键为模式键，第一次按下为模式1，此时除加减速按键“A”“B”键和模式键“C”外所有按键均被屏蔽，实现加减速模式，并通过数码管实时显示实际转速。当再次按下模式键“C”时，进入模式2，此时屏蔽加减速按键，此模式为自设定转速模式，首先选择正转还是反转按键“E”和“F”键，数码管显示“E”F”,再选择速度，按下“0-9”按键进行速度设定，设定顺序为从高位到低位，为两位并实时显示，多余的输入数字将被屏蔽，只取最后两位。完成设置后，按下确定键“D”键，电机开始转动。此时除确认键“D”键外所有键均被屏蔽。再次按下确认键，电机停止转
10、动。此时只开放模式按键“C”。从设置模式开始入口系统功能。数码管除了现实实时转速外，在模式2中，设定转速时起到显示设定值的作用。4.2流程图利用光电测速法得出实际转速:使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。当直流电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时，测速光电门获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合，一个计数，一个定时。计算出单位时间内的脉冲数m，经过单位换算，就可以算得直流电机旋转的速度。本实验采用以r/sec为单位的转速加以显示。将采集到的实际速度与程序给定速度数据比较，假定设定值为正转，则如果实际速度小于设定速度，那么将运行函数中速度形参自加1；相反，如果实际速度大于设定
11、速度，将运行函数中速度形参自减一。如果设定值反转，则同上，只需将运行函数中形参由自加改为自减，自减改为自加即可。主程序流程图如下图所示图4-1 主流程图五、源程序ORG 0000HSJMP DISPLAYORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中断入口地址ORG 000BHLJMP DINGSHI ; 定时中断T0入口地址RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.4ORG 0030H ; 此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的 ; 显示程序为主程序DISPLAY: SETB EA ; 打开中断总开关SETB EX0 ; 打开外部中断0开关SETB IT0 ; 打
12、开外部中断0下降沿触发MOV TMOD,#01H ; 设置定时工作方式MOV TL0,#0FFH ; 设置定时初值MOV TH0,#0FFHSETB ET0 ; 打开定时中断T0开关 CLR P0.5 CLR P0.6CLR P0.7SETB TR0 ; 定时器T0开始定时MOV DPTR,#TAB ; 夜晶显示的字符首地址 MOV R0,#00H ; 脉宽的初值MOV R1,#16 ; SET SPEED PLEASE的字符个数MOV R3,#00HMOV R4,#00HLP9: LCALL CHUSHILP2:ACALL BUSYMOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,
13、AACALL DATASINC DPTR DJNZ R1,LP2 LP3: CJNE R3,#00H,LP4CJNE R4,#00H,LP4SJMP LP3 LP4: MOV R7,#00H ; 中断的标志 MOV R5,#09H ; CURRENT : 的字符个数ACALL BUSYMOV P1,#0C0HACALL ENABLEMOV DPTR,#MMTABACALL BUSYLP5: MOV A,#00HMOVC A,A+DPTRMOV P1,AINC DPTRACALL DATASACALL BUSYDJNZ R5,LP5 MOV DPTR,#STABMOV A,R2MOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R3 ; 显示速度的十位MOVC A,A+DPTRMOV P1,AACALL DATASACALL BUSYMOV A,R4
