1、 目 錄一、設計目的-二、設計要求-三、總體設計-1.直流電機調速原理 -2.直流電機調速設計方案-3.總體設計框圖-四、各部分電路設計1.各種元器件- 80c51單片機簡介- 晶振- d/a轉換器-2.時鐘電路-3.8位d/a轉換芯片0832及其接口-4.按鈕控制電路-五、整體電路圖1.元件清單-2.調試與仿真-3.仿真的具體實現-六、設計總結1、 設計過程中遇到的問題及解決方法-2、 設計體會-3、 對設計的建議-七、參考文獻-1、 設計目的 （1） 研究直流電機的調速性能 （2） 學會數模轉換器的使用與連接2、 設計要求 通過改變輸入來調節d/a輸出，進而控制直流電動機的轉速。具體的就是

2、通過改變開關的輸入，然后通過80c51單片機中存儲的程序的控制作用。3、 總體設計 直流電機調速原理 根據kvl方程：電機轉速n=(ua-iara)/ca,其中，對于極對數p，匝數為n，電樞支路數為a的電機來說：電機常數ca=pn/60a,意味著電機確定后，該值是不變的。而在ua-iara中，由于ra僅為繞組電阻，導致iara非常小，所以ua-iara約等于ua。由此可見我們改變電樞電壓時，轉速n即可隨之改變。圖3-1所示電樞電壓為a,電樞電流為，電樞電阻為,電機常數ca，勵磁磁通量是。所以直流電動機的轉速與施加于電動機兩端的電壓大小有關。本系統用dac0832控制輸出到直流電動機的電壓的方法

3、來控制電動機的轉速。直流電機調速方案下面作為控制直流電機的轉速的方案做比較： 方案一：通過控制直流電機的電樞電壓調速（即本實驗所采用的方案），對于小容量的電機，當要求轉速不太精確的情況下，采用控制直流電機的電樞輸入電壓或電流是一種十分方便而競經濟的方法，輸入電壓（電流）容易控制而又容易得到，所以采用本方案。 方案二：通過控制直流電機的激磁大小來控制直流電機的轉速，此方案需要能調節激磁的直流電機，電路的氣他部分則相同，然而對于這類電機，價格相對較貴，較之方案一則顯得不那么經濟，況直流電機調速本身是一種相對較小的系統，所以本方案較之方案一相對復雜且不經濟。方案三：即將方案而二和三結合起來，此方案相

4、對來說則更為復雜和不經濟，因此選擇方案一。 具體地說本設計采用stc89c51做為主要芯片，輸入匯編語言程序，采用dac0832作為數模轉換芯片，輸出直流電機所需的電壓，通過控制直流電機的輸入電壓來控制它的轉速。 總體設計框圖如下所示80c51dac0832 轉換器80c51時鐘電路運算放大器按鈕控制 電路直流電動 機 四 各部分電路設計 1 各種元器件 80c51單片機簡介 80c51單片機是把那些作為控制應用所必需的基本內容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數據存儲器、程序存儲器、并行i/o口、串行口、定時器/計數器、中斷系統及特殊功能

5、寄存器。它們都是通過片內單一總線連接而成，其基本結構依舊是cpu加上外圍芯片的傳統結構模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。 (1) 80c51單片機的構成 a微處理器該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數據，還可以進行位變量的處理。 b數據存儲器 片內為128個字節，片外最多可外擴至64k字節，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結果、數據暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數據存儲器。 c程序存儲器 由于受集成度限制，片內只讀存儲器一般容量較小，如果片內的只讀存儲器的

6、容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節。 d中斷系統 具有5個中斷源，2級中斷優先權。 e定時器/計數器 片內有2個16位的定時器/計數器， 具有四種工作方式。 f串行口由1個全雙工的串行口，具有四種工作方式。可用來進行串行通訊，擴展并行i/o口，甚至與多個單片機相連構成多機系統，從而使單片機的功能更強且應用更廣。g p1、p2、p3、p4口為4個并行8位i/o口。80c51的四個i/o口在使用上的分工和特點 p0口: 可作通用i/o口用，也可作地址/數據線用。作通用i/o口用時，輸出級為開漏極電路，在驅動外部電路時應接上拉電阻;在接有外部存儲器時，p0口作地址/數據

7、線用，先輸出低8位地址到外部地址鎖存器，后輸人指令代碼或輸人/輸出數據。 pl口: 是一個8位準雙向口，作通用i/o口用。 p2口: 是一個8位準雙向口，作通用i/o口用。當外部接有存儲器時，可用于輸出高8位地址。 p3口: 是一個多功能端口。其基本功能仍然是通用i/o口，使用時與pl、p2口類似。其第二功能則是串行口，外部中斷線，定時器/計數器的輸入及外部數據存儲器的選通信號等。 h特殊功能寄存器共有21個，用于對片內的個功能的部件進行管理、控制、監視。實際上是一些控制寄存器和狀態寄存器，是一個具有特殊功能的ram區。由上可見，80c51單片機的硬件結構具有功能部件種類全，功能強等特點。 8

8、0c51單片機的最小應用系統設計80c51是片內有rom/eprom的單片機，因此，這種芯片構成的最小系統簡單可靠。用80c51單片機構成最小應用系統時，只要將單片機接上時鐘電路和復位電路即可，如圖3.1 80c51單片機最小系統所示。由于集成度的限制，最小應用系統只能用作一些小型的控制單元。 其應用特點：(1) 有可供用戶使用的大量i/o口線。(2) 內部存儲器容量有限。(3) 應用系統開發具有特殊性。 （2）80c51的時鐘電路 80c51雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。80c51單片機的時鐘產生方法有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用內部時鐘方式，利用芯片內

9、部的振蕩電路，在xtal1、xtal2引腳上外接定時元件，內部的振蕩電路便產生自激振蕩。xtal1：接外部石英晶體的一端，在單片機內部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構成了片內振蕩器。當采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引腳接地；對于chmos單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端。xtal2：接外部石英晶體的另一端。在單片機內部，它是片內振蕩器的反相放大器的輸出端。當采用外部時鐘時，對于hmos單片機，該引腳作為外部振蕩信號的輸入端；對于chmos單片機，該引腳懸空不接。本設計采用最常用的內部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯諧振回路。振蕩晶體可在1.2mhz到12mhz之間

10、選擇。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，cx1、cx2可在20pf到100pf之間取值，但在60pf到70pf時振蕩器有較高的頻率穩定性。所以本設計中，振蕩晶體選擇6mhz,電容選擇65pf.在設計印刷電路板時，晶體和電容應盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩定和可靠地工作。為了提高溫度穩定性，應采用npo電容。（3）復位電路 80c51的復位是由外部的復位電路來實現的。 上電自動復位是通過外部復位電路的電容充電來實現的。只要vcc的上升時間不超過1ms,就以實現自動上電復位。 晶振 晶振的作用和原理 ：每個單片機系統

11、里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機系統里晶振的作用非常大，他結合單片機內部的電路，產生單片機所必須的時鐘頻率，單片機的一切指令的執行都是建立在這個基礎上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機的運行速度也就越快。 晶振用一種能把電能和機械能相互轉化的晶體在共振的狀態下工作，以提供穩定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內調整頻率，稱為壓控振蕩器（vco）。 晶振的作用是為系統提供基本的時鐘信號。通常一個系統共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調整頻率的方

12、法保持同步。 晶振通常與鎖相環電路配合使用，以提供系統所需的時鐘頻率。如果不同子系統需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環來提供。 下面就具體的介紹一下晶振的作用以及原理，晶振一般采用如圖1a的電容三端式(考畢茲) 交流等效振蕩電路；實際的晶振交流等效電路如圖1b，其中cv是用來調節振蕩頻率，一般用變容二極管加上不同的反偏電壓來實現，這也是壓控作用的機理；把晶體的等效電路代替晶體后如圖1c。其中co，c1，l1，rr是晶體的等效電路。 d/a轉換器d/a轉換器：數/模轉換器，它把數字量轉換成電模擬量。即把二進制數字量轉換為與其數值成正比的電模擬量。 dac0832引腳圖1.

13、 d/a轉換器的性能指標 1）分辨率：是指d/a能轉換的二進制位數，位數越多，分辨率越高； 例：轉換8位，若電壓滿量程為5v，則能分辨的最小電壓為：5v/25620mv； 2）轉換時間：指數字量輸入到轉換輸出穩定為止所需的時間； 3）精度：指d/a實際輸出與理論值之間的誤差，一般采用數字量的最低有效位作為衡量單位； 例：1/2lsb，若是8位轉換，則精度是（1/2）（1/256）滿度= 1/512滿度。 4）線性度：當數字量變化時，d/a輸出的電模擬量按比例關系變化的程度。 模擬量輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。 2. d/a和微機接口技術的關鍵 是數據鎖存問題。 有些d/a芯片本身不帶

14、數據鎖存器，而cpu向d/a芯片輸出一個數據只在db上持續很短時間，所以必須用外部芯片，如用74ls273或8255a作為d/a轉換的數據鎖存器。 3 8位d/a轉換芯片0832及其接口 0832芯片采用cmos工藝，電流輸出型d/a，8位，轉換時間約1us。 主要性能 輸入的數字量為8位； 采用cmos工藝，所有引腳的邏輯電平與ttl兼容； 數字了輸入可以采用雙緩沖，單緩沖或直通方式； 轉換時間：1us； 精度：1lsb； 分辨率：8位； 單一電源，5v15v，功耗20mw； 參考電壓：+10v-10v。 2）內部結構及引腳功能 dac0832的內部結構框圖和外部引腳參見圖11.1。 內部結

15、構 a 8位輸入寄存器：可作為輸入數據第一級緩沖； b 8位dac寄存器：可作為輸入數據第二級緩沖； c 8位d/a轉換器：將dac寄存器中的數據轉換成具有一定比例的直流電流。 d 邏輯控制部分：0832芯片內部有兩個數據緩沖器，分別由兩組控制信號控制，當ile=1 =0 =0時，d7d0上的數據鎖存到輸入寄存器中。 當 =0 =0時，輸入寄存器中的數據被鎖存到dac寄存器中。 引腳功能 (1)、di7di0 ：8位的數據輸入端，di7為最高位。 (2)、iout1 ：模擬電流輸出端1，當dac寄存器中數據全為1時，輸出電流最大，當 dac寄存器中數據全為0時，輸出電流為0。(3)、iout2

16、 ：模擬電流輸出端2， iout2與iout1的和為一個常數，即iout1iout2常數。(4)、rfb ：反饋電阻引出端，dac0832內部已經有反饋電阻，所以 rfb端可以直接接到外部運算放大器的輸出端，這樣相當于將一個反饋電阻接在運算放大器的輸出端和輸入端之間。(5)、vref ：參考電壓輸入端，此端可接一個正電壓，也可接一個負電壓，它決定0至255的數字量轉化出來的模擬量電壓值的幅度，vref范圍為(+10-10)v。vref端與d/a內部t形電阻網絡相連。(6)、vcc ：芯片供電電壓，范圍為(+5 15)v。 (7)、ile：數據輸入鎖存允許，高電平有效； (8)、agnd ：模擬

17、量地，即模擬電路接地端。 (9)、dgnd ：數字量地。 利用d/a轉換器可以產生各種波形，如方波、三角波、鋸齒波等，以及它們組合產生的復合波形和不規則波形。這些復合波形利用標準的測試設備是很難產生的。dac0832轉換器，它把數字量轉換成電模擬量。即把二進制數字量轉換為與其數值成正比的電模擬量。 此設計電路主要由dac0832與80c51連接及其接口電路，按鈕控制電路，80c51的時鐘電路，dac0832與運算放大器的連接電路以及直流電動機的連接電路等組成。 2 設計電路中的時鐘電路 設計電路中的時鐘電路由一個晶振，兩個電容和一個電解電容組成為電路提供所需時鐘脈沖。其中晶振的頻率6mhz，兩

18、個電容為30pf主電路，80c51雖然有內部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。80c51單片機的時鐘產生方法有兩種。內部時鐘方式和外部時鐘方式。本設計采用外部時鐘方式。時鐘電路的晶振一端接xtal1，另一端接xtal2，電解電容的正極端接c51的rst，保持低電平，保證單片機正常工作。3 dac0832與80c51接口電路：采用一個80c51和一個dac0832轉換器來輸出電路調節后的模擬信號，來供給直流電機，通過改變dac0832的輸入，進而改變dac0832的輸出進而對直流電動機進行調速。電路圖如下 dac0832與80c51接口電路圖 電路由80c51單片機p0.1-p0.7口接

19、dac0832的數據輸入端d1.0-d1.7，即p0口輸出八位電信號給dac0823的d0d7作為數據輸入端。單片機p2.7 口輸出作為dac0832轉換器的片選信號和控制數據傳輸控制信號輸入的信號，p3.6口作為dac0832的寫選通信號控制輸入的信號和dac0832的寄存器選通輸入端的信號，同時有agnd 模擬量地即模擬電路接地端和dgnd 數字量接地端共同接地。 dac0832與80c51接口電路的連接時80c51單片機的輸出作為dac0832的輸入，從而實現了80c51單片機的控制，進而達到控制dac0832的輸出，也就是控制直流電動機的輸入。 4 按鈕控制電路 按鈕控制電路示意圖按鈕

20、控制電路是該直流電動機調速設計電路中的控制部分，也就是通過該按鈕控制電路實現直流電動機的調速。80c51單片機的p1.4和p1.6的輸入接按鈕的一端，按鈕的另一端接地，這樣的連接實現了通過按鈕的0和1狀態使80c51單片機的輸入發生改變。5 dac0832與運算放大器以及電動機的接口電路 dac0832的iout1端即模擬電流輸出端1和iout2端即模擬電流輸出端2分別與運算放大器的反相輸入端和正向輸入端相連接。運算放大器的輸出端與直流電動機的一端相連接，而直流電動機的另一端接地。 五 整體電路圖 整體電路設計圖1元件清單： 1 兩個電容， 2 一個電解電容 3 四個按鈕 4 80c51單片機

21、 5 dac0832轉換器 6 運算放大器lm358 7 直流電動機 8 歐姆電阻 9 晶振源 10 15v直流電源2 調試與仿真 硬件調試：連接電路后，運行protues軟件 軟件調試：通過運行keil軟件實現對軟件的調試 設計的軟件程序為 源程序： org 0000h start: ljmp main org 0030h main: mov dptr,#7fffh mov a,#00h movx dptr,a loop1: jnb p1.0,loop1 loop2: jnb p1.2,incd jnb p1.4,decd jnb p1.6,stop sjmp loop2 incd: add

22、 a,#20h movx dptr,a cjne a,#0e0h,loop2 mov a,#00h sjmp loop2 decd: clr c subb a,#50h movx dptr,a cjne a,#00h,loop2 mov a,#00h sjmp loop2 stop: mov a,#00h movx dptr,a jnb p1.0,stop sjmp loop2 end 3仿真的具體實現 加速：按上面的按鈕即可實現電動機的加速 減速：按下面的按鈕即可實現電動機的減速 仿真中的電動機的加速運行如下圖所示 仿真電機加速運行圖 六、設計總結 1 設計過程中遇到的問題及解決方法： （1） 80c51的功能引腳圖和接線方法不是很了解，但是在設計過程中運用參考書和通過向老師咨詢的一解決。 （2）在焊接的過程中由于不太熟練焊接技術造成焊接