1、精選優質文檔-傾情為你奉上濱江學院課程設計題目基于單片機的電機轉速控制院系信息與控制專業自動化班級三負責人尤崇森指導教師周旺平二一年十二月二十八日專心-專注-專業目錄一、 系統設計要求及思路 1.1 設計要求- 31.2 設計思路- 3 二、 硬件系統2.1 穩壓電路- 32.2 89c51簡介- 42.3 晶振，復位電路設計- 52.4 電機驅動電路- 62.5 電機測速電路- 82.6 LCD顯示- 9三、 軟件系統3.1 PWM波形產生- 113.2 程序流程圖- 13四、 系統調試4.1 軟件調試- 174.2 硬件連線- 18五、 設計總結參考文獻附錄一 設計人員分布清單- 19附錄

2、二 元器件清單- 20第一章 系統設計要求及思路1.1 設計要求運用單片機的控制原理，設計一個采用閉環反饋控制的電機轉速調節系統。用閉環控制原理快速調節電機轉速，從而實現電機的正轉，反轉，停止，加速，減速，并通過LCD顯示屏顯示電機的實際轉速，設定轉速。1.2 設計思路首先將單片機作為控制中樞，從按鈕源接收到電機各種動作的信號，接著由單片機調制PWM信號發出指令，經過H橋電機驅動電路，控制電機執行相應的動作，之后采用光電元件組成的測速電路檢測出電機轉速，輸送到單片機進行誤差計算，進而再調制PWM的信號控制電機加速減速等動作，如此反復，直到電機達到設定的電機轉速。第二章 硬件系統2.1 穩壓電路

3、電子產品中，常見的三端穩壓集成電路有正電壓輸出的78 ×× 系列和負電壓輸出的79××系列。顧名思義，三端IC是指這種穩壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。它的樣子像是普通的三極管，TO- 220 的標準封裝，也有9013樣子的TO-92封裝。用78/79系列三端穩壓IC來組成穩壓電源所需的外圍元件極少，電路內部還有過流、過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。該系列集成穩壓IC型號中的78或79后面的數字代表該三端集成穩壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負9V。因為使用

4、方便，故經常采用。圖1 穩壓電路2.2 AT89C51簡介AT89C51是一種帶4K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C

5、2051是它的一種精簡版本。外形及引腳排列如圖所示圖2 AT89C51管腳說明： （1） VCC：供電電壓。 （2）GND：接地。 （3）P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 （4）P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電

6、平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 （5）P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 （6

7、）P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） P3口同時為閃爍編程和編程校

8、驗接收一些控制信號。 （7）RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 （8）ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執行狀態ALE禁止

9、，置位無效。 （9）/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。 （10）/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 （11）XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 （12）XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3 晶振，復位電路的設

10、計晶振電路 單片機是一種時序電路，必須提供脈沖信號才能正常工作，在單片機內部已集成了振蕩器，使用晶體振蕩器，接18、19腳。只要買來晶振，電容，連上就可以了，其電路圖如圖4所示。XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出，該反向放大器可以配置為片內振蕩器2。圖3 晶振電路復位電路 在上電或復位過程中，控制CPU的復位狀態：這段時間內讓CPU保持復位狀態，而不是一上電或剛復位完畢就工作，防止CPU發出錯誤的指令、執行錯誤操作，也可以提高電磁兼容性能。 無論用戶使用哪種類型的單片機，總要涉及到單片機復位電路的設計。而單片機復位電路設計的好壞，直接影響到整個系統工作的可靠性。許多用戶在設計完

11、單片機系統，并在實驗室調試成功后，在現場卻出現了“死機”、“程序走飛”等現象3，這主要是單片機的復位電路設計不可靠引起的。電路如圖5所示。圖4 復位電路2.3 電機驅動電路L298是SGS的產品，比較常見的是MuLtiwatt封裝的L298N,內部同樣包含4道邏輯驅動電路。可以方便的驅動兩個直流電機，或一個兩相步進電機。L298可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調節輸出電壓，可以直接用單片機的IO口來提供信號，而且電路簡單，實用方便。L298N可接受標準的TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.57V電壓。4腳VS接電源電壓，輸出電流為2.

12、5A，可驅動電感性負載。1腳和15腳下管的發射極分別單獨引出以便接入電源采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅動2個電動機，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之間可分別接電動機。本實驗我們選用驅動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機正反轉，ENA,ENB接控制使能端，控制電機的停轉。L298芯片 管腳說明：（1） SENSA：電流監測端，H橋的電流反饋腳，不用時可直接接地。（2） OUT1：輸出端，與M1對應。（3） OUT2：輸出端，與M2對應。（4） VS：電源，用來給電動機供電。（5） IN1：輸入端。（6） ENA：使能端，和M1、M2配合使用。（7） IN2

13、：輸入端。（8） GND：接地。（9） VCC：電源，用來給芯片供電。（10） IN3：輸入端（11） ENB：使能端，和M3、M4配合使用。（12） IN2：輸入端。（13） OUT3：輸出端，與M3對應。（14） OUT4：輸出端，與M4對應。（15） SENSB：電流監測端，H橋的電流反饋腳，不用時可直接接地。2.5 電機測速電路本設計采用的是紅外傳感器（由紅外線發射管、紅外線接收管構成的紅外計數電路）紅外線發射管簡介：紅外線發射管也稱紅外線發射二極管，屬于二極管類。它是可以將電能直接轉換成近紅外光（不可見光）并能輻射出去的發光器件，主要應用于各種光電開關及遙控發射電路中。紅外線發射管的

14、結構、原理與普通發光二極管相近，只是使用的半導體材料不同。紅外發光二極管通常使用砷化鎵（GaAs）、砷鋁化鎵（GaAlAs）等材料，采用全透明或淺藍色、黑色的樹脂封裝。 產品參數：發射距離、發射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、發射的光強度、波長。以上決定紅外線發射管產品的主要性能及使用范圍。紅外線接收管特征與原理：紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結，和普通二極管相比，在結構上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接受入射光線，PN結面積盡量做的比較大，電極面積盡量減小，而且PN結的結深很淺，一般小于

15、1微米。紅外線接收二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小于0.1微安），稱為暗電流。當有紅外線光照時，攜帶能量的紅外線光子進入PN結后，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產生電子-空穴對（簡稱：光生載流子）。它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。紅外線接收二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨著光的變化而相應變化。 分類： 紅外線接收管有兩種，一種是光電二極管，另一種是光電三極管。光電二極管就是將光信

16、號轉化為電信號，光電三極管在將光信號轉化為電信號的同時，也把電流放大了。因此，光電三極管也分為兩種，分別別是NPN型和PNP型。 作用： 紅外接收管的作用是進行光電轉換，在光控、紅外線遙控、光探測、光纖通信、光電耦合等方面有廣泛的應用。 如何選擇紅外線接收管：紅外線最重要的參數就是光電信號的放大倍率，一般的有1000-1300 1300-1800 1800-2500，這些對靈敏度有決定作用。紅外計數電路圖6 計數測速電路紅外計數電路主要由紅外發射和接收電路組成. 紅外發射和接收電路: 在電動機上安裝一對紅外發射和接收管, 當電動機轉動時,對紅外光反射、散射和折射,穿過紅外光的光強瞬間減少, 紅

17、外接收管導通程度也在瞬間減小, 因而產生一個脈沖信號; 信號放大比較電路: 電容拾取脈沖信號后由運放LM324進行放大, 放大倍數為10倍, 再將放大的信號由運放LM324比較后輸出標準的低電平脈沖信號(undershoot), 其中C1=0. 01F, R1=11K, R2=500, R3=10K, R4=100K, R5=100K, R6=5K, R7=100K, R6 和R7 起著抗干擾作用1. 然后將獲得的脈沖信號送到單片機的計數器引腳進行計數, 這樣就可以達到計數的目的. 圖7 轉速檢測示意2.6 LCD顯示液晶顯示原理液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區域進行控制

18、，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規模集成電路直接驅動、易于實現全彩色顯示的特點，目前已經被廣泛應用在便攜式電腦、數字攝像機、PDA移動通信工具等眾多領域。根據要求選用1602LCD：圖8 1602LCD尺寸圖1602LCD主要技術參數： 顯示容量:16×2個字符芯片工作電壓:4.55.5V 工作電流:2.0mA(5.0V) 模塊最佳工作電壓:5.0V 字符尺寸:2.95×4.35(W×H)mm圖9 1602內部結構圖10 接口圖1602液晶模塊內部的字符發生存儲器（CGROM）已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿

19、拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號等，每個字符都有一個固定的代碼，比如大寫英文字母A的代碼是B（41H），顯示時模塊把地址41H中的點陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因為1602識別的是ASCII碼直接賦值，在單片機編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如A。1602采用標準的16腳接口，其中第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數據寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為

20、讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數據。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數據線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。第三章 軟件系統#include <reg51.h>#include<math.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit add=P00;sbit dec

21、=P01;sbit en1=P30; /* L298的Enable A */sbit s1=P31; /* L298的Input 1 */sbit s2=P32; /* L298的Input 2 */uchar t=0; /* 中斷計數器 */uchar m1=0; /* 電機速度值 */uchar tmp1; /* 電機當前速度值 */sbit E=P37 ;sbit RW=P36;sbit RS =P35 ;sbit test =P34;int time = 0 ;int num_medium=0;int num_display = 0;int count_speed=0;uchar ww

22、ord=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;/* 電機控制函數 index-電機端口號; speed-電機速度 */void motor(uchar index, char speed)if(speed>=0 && speed<=100)if(index=1)m1=abs(speed);if(speed>0)s1=1;s2=0;void delay1(uint j) /* 簡易延時函數 */for(j;j>0;j-);/延時t毫秒void delay(uchar t) uint i ;whi

23、le(t) for(i=0;i<125;i+);t-;void wc51r(uchar j)RS=0;RW=0;P1=j;E=1;E=0;delay(3);/寫數據函數LCD void wc51ddr(uchar j)RS=1;RW=0;P1=j;E=1;E=0;delay(2);/初始化函數LCD void init () wc51r(0x01); /清屏 wc51r(0x38); /使用8位數據，顯示兩行，使用5*7的字型 wc51r(0x0c); /顯示器件，光標開，字符不閃爍 wc51r(0x06); /字符不動，光標自動右移一格 /*/*T1中斷服務程序*單位時間（S）方波的個

24、數*/ void time1_int(void) interrupt 3 count_speed+; if(count_speed=20) count_speed = 0; num_display = num_medium; num_medium = 0; /*/*速度顯示的數據處理*/void datamade() uint data MM,NN; wc51r(0xc2); wc51ddr('S'); wc51ddr('p'); wc51ddr('e'); wc51ddr('e'); wc51ddr('d');

25、wc51ddr(0x3a); NN = num_display%100; MM = num_display/100; wc51ddr(wwordMM); MM = NN/10; NN = NN%10; wc51ddr(wwordMM); wc51ddr(wwordNN); /*/*主函數*/ void main() unsigned char i; P2 = 0x00; ET0 = 1; ET1 = 1; TMOD = 0x12; TH0=0x9B; TL0=0x9B; TH1 =0x3c; TL1 =0xb0; EA=1; TR0 = 1; TR1 = 1;init(); /液晶顯示初始化程序 while(1) while(add=0&&i<=100) motor(1,i); i+; delay1(3000); while(dec=0&&i>=0) motor(1,i); i-; delay1(3000); wc51r(0x84); wc51ddr('M'); wc51ddr('O'); wc51ddr('T'); w