1、1引言隨著微電子技術的不斷發展與進步，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機已可以在一塊芯片上同時集成CPU存儲器、定時器/計數電路，這就很容易將計算機技術與測量控制技術結合，組成智能化測量控制系統。在現代工業中，直流電動機作為電能轉換的傳動裝置，被廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、國防等工業部門中。直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。隨著對生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長，越來越多的生產機械要求能實現自動調速。直流調速系統的發展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新發展成就。

2、正是這些技術的進步使直流調速系統發生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數字與模擬的混合控制系統和純數字控制系統，并向全數字控制方向快速發展。本文設計了用DAC0808設計直流電動機調速器的基本方案，闡述了該調速器系統的基本結構、工作原理、運行特性及其設計方法。本系統用電壓表測量直流電動機的轉速，用MCS-51單片機輸出數字信號通過DAC0808芯片實現數模轉換，從而輸出模擬電壓來控制調節直流電動機的轉速。本設計主要研究利用單片機及DAC0808實現數模轉換調速，直流電機的控制和測量方法，從而對直流電機的調速控制精度、響應速度以及節約能源等

3、都具有重要意義。2設計總體方案設計要求基本要求：使用AT89C51單片機為核心，使用數模轉換元件DAC0808寸單片機輸出的數字信號進行轉換，輸出模擬信號驅動直流電動機。具體要求：在設計中，設計8個按鍵寸應直流電動機的8擋不同轉速，按下不同按鍵時，電動機將以不同速度轉動，在8個按鍵中取一個按鍵為直流電動機轉動停止按鍵。8擋不同轉速的設定由學生自己決定。仿真：控制程序在Keil軟件中編寫，編譯，整個控制電路在Proteus仿真軟件中連接調示設計思路(1) 根據設計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件，并編寫相應控制程序。(2) D/A轉換采用DAC080實現，與單片機的接口為P0口，采用

4、運放電路輸出電壓模擬量對直流電動機調速。(3) 直流電動機有8擋轉速，分別由8個按鍵通過連接單片機的P1口控制，8個按鍵H-A，轉速依次升高，A按鍵轉速最大，其中H按鍵為直流電動機停轉鍵。(4) 直流電動機的轉速由與其并聯的電壓表顯示，電壓越大，轉速越快。2.1 設計方案直流電機調速系統硬件以MCS-51單片機為控制核心，包括電源電路、按鍵控制電路、單片機控制、數模轉換、電機驅動電路、轉速顯示等部分。硬件電路設計系統框圖如圖1所示。圖1直流電機調速系統框圖3硬件電路設計1.1 DAC0808的簡介DAC0808的管腳圖及各引腳功能：1u)6NCfNOrEZCOWPENSftTIONGNOVRE

5、fi.jVeeVrEF|+)413“io-DACOmMSBA1丄SERIES-期ISBA2-S-A?710A3ASMAS圖2DAC0808引腳圖DAC0808是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點，在單片機應用系統中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。DAC0808吉構：DOD78位數據輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns（否則鎖存器的數據會出錯）；ILE:數據鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；000000CS:片選信號輸入線（選通數據鎖存器），低電平有

6、效；WR1數據鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CSWR的邏輯組合產生LE1，當LE1為高電平時，數據鎖存器狀態隨輸入數據線變換，LE1的負跳變時將輸入數據鎖存；XFER數據傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；WR2DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由WR1XFER的邏輯組合產生LE2,當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數據鎖存器的內容打入DAC寄存器并開始D/A轉換。I0UT1:電流輸出端1,其值隨DAC寄存器的內容線性變化；I0UT2:電流輸出端2,其值與I

7、OUT1值之和為一常數；Rfb:反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；Vcc:電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V;VREF基準電壓輸入線，VREF勺范圍為-10V+10V;AGND模擬信號地DGND數字信號地單片機系統性能AT89C51是美國ATME公司生產的低電壓，高性能CMOS位單片機，片內含有4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和128字節的隨機存儲器。該器件采用ATMEI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，ATME的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控

8、制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51功能性能：與MCS-51成品指令系統完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環；數據保留時間：10年；全靜態工作：0-24MHZ三級程序存儲器鎖定；128*8B內部RAM32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片內震蕩器和掉電模式。1.1.2 AT89C51各引腳功能口線，兩個16位定時/計數器，一個5向量兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片T89C51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B內部RAM32個I/O內震蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0H

9、z靜態邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節電工作模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM定時/計數器，串行通信口及中斷系統繼續工作，掉電方式保存RAh中的內容，但震蕩器停止工作并禁止其他所有工作直到下一個硬件復位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖3所示。P1J0匚P1.1Cpi衛匚PiJCP1.4匚(MOSHP1JScMISO)P1J0C(9CKJP1-7CRSTC(FtXD)P3J0匚(TXD)P3.1匚(IMTEJP32C(網TlP2匚(TflfP3-4C(Tl)PSi匚(WFI)P3j6CRD)P3.7CKTAL2匚XTALlCG14DC vcc FXJO m.1IAD1

10、) PO空 PC3(AD3 P0.4(AD4) P05(AM)訊想(AOsj P0.7(AD7) EA/VFP ALBFROG PS&j P2.7(A15) P5j0(Alt) P2(A13) P2.4(A12) P2J(All) P2J(A1C) P2.1(A$i) P2J0(Afi)圖3AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲器，P0口可以為通用I/O口使用，用于傳送CPU勺輸入/輸出數據，這時輸出數據可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數據可以

11、得到緩沖，增加了數據輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲器，在CPI訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數據。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口的8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當P1口作為通用I/O口使用時，的功能和P0口的第一功能相同，也用于傳送用戶的輸入和輸出數據。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能相同即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那

12、樣傳送存儲器的讀/寫數據。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能相同，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全相同，如下表1所示：表1P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0RXT（串行口輸入）P3.1TXD（串行口輸出）P3.2/INT0（外部中斷0輸入）P3.3/INT1（外部中斷1輸入）P3.4T0（定時器/計數器0的外部輸入）P3.5T1（定時器/計數器1的外部輸入）P3.6/WR（片外數據存儲器寫允許）P3.7/RD（片外數據存儲器讀允許）Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51的CPU在引腳線去傳

13、送隨后而來的片外存儲器讀/寫數據。在不訪問片外存儲器時，89C51自動在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。EA:片外存儲器訪問選擇線，可以控制89C51使用片內ROME使用片外ROM,若EA=1，則允許使用片內ROM,若EA=0,則只使用片外ROMPSEN:片外ROM勺選通線，在訪問片外ROM寸，89C51自動在PSEN線上產生一個負脈沖，作為片外ROMS片的讀選通信號。RST復位線，可以使89C51處于復位（即初始化）工作狀態。通常89C51復位有自動上電復位和人工按鍵復位兩種。XTAL1和XTAL2片內震蕩電路輸入線，這兩個端子用來

14、外接石英晶體和微調電容，即用來連接89C51片內OSC震蕩器）的定時反饋回路。1.2 復位電路和時鐘電路331復位電路設計單片機在啟動運行時都需要復位，使CPU和系統中的其他部件都處于一個確定的初始狀態，并從這個狀態開始工作。MCS-51單片機有一個復位引腳RST采用施密特觸發輸入。當震蕩器起振后，只要該引腳上出現2個機器周期以上的高電平即可確保時器件復位。復位完成后，如果RST端繼續保持高電平，MCS-51就一直處于復位狀態，只要RST恢復低電平后，單片機才能進入其他工作狀態。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，本系統采用的是51系列單片機常用的上電復位和手動復位組合電路，只要Vc

15、c上升時間不超過1ms它們都能很好的工作。時鐘電路設計單片機中CPU每執行一條指令，都必須在統一的時鐘脈沖的控制下嚴格按時間節拍進行，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發出的。CPU執行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。MCS-51單片機芯片內部有一個高增益反相放大器，用于構成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路。本設計系統采用內部時鐘方式，禾I用單片機內部的高增益反相放大器，外部電路只需要一個晶振和2個電容即可。電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數，電路中，電容器C1和C2對震蕩

16、頻率有微調作用，通常的取值范圍是3010pF,在這個系統中選擇了30pF;石英晶振選擇范圍最高可選24MHz它決定了單片機電路產生的時鐘信號震蕩頻率，在本系統中選擇的是12MHz因而時鐘信號的震蕩頻率為12MHzC1卄30pFC2卄30pFR1-8.2k-U11918IC3I10ul29L-31手動復位按鈕;圖4復位時鐘電路圖1.3 按鍵電路及直流電機控制8個按鍵A-H控制直流電動機轉速，A、B、C、DE、F、G各轉速按鍵控制轉動速度依次降低，H為直流電動機轉動停止按鍵。電動機轉速通過并聯在其兩端的電壓表顯示其兩端電壓，電壓值越大，轉速越高。（可選用顯示轉速的直流電動機，但由于轉速顯示短時間內

17、無法穩定，由直流電動機工作原理轉速與其電壓成正比，可用電壓表顯示其轉速。）-“A-o?i-“Eoo-F-,o-Hhur*.0.o-“A-o?i-“Eoo-F-,o-Hhur*.0.o圖5按鍵電機電路圖4仿真用DAC0808設計直流電動機調速器已經完成，就可以選取相應的芯片和元器件，禾U用Proteus軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實現電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應的軟件配合，才能達到設計要求。軟件調試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發系統發現逐步改正。Proteus軟件

18、可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD鍵盤、RS232終端等動態外設模型來對設計進行交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成單片機系統原理圖電路繪制、PCB設計，更為顯著點的特點是可以與uVisions3IDE工具軟件結合進行編程仿真調試。本系統的調試主要以軟件為主，其中，系統電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用Keil軟件將程序（見附錄）寫入單片機bjEl$SourceGroup1國STARTUPJk51

19、也SW.ASM5a2030405g07080910111213M15傳引打劃潦燮序giisionSC:UsersJonyDesldop%的單片機諜程設計軟件程序ASM-4OK/SO.O2K/SC11=1FileEditViewProjectDebugFlashPeripheralsToolsSVCSWindowHelpq01xe.w鬼備*o昌越回國：ffl:霑通篦蘭jC|Target1弓枯睜ORGOOOOHAJMPHAINORG0003HAJMPINSERORG0030HMAIN:SETBEXOSETBITOSETBEAHOVP0,0HOVP1,#OFFHHERE:SJKPHEREORG020

20、0HINSER:JMBP1.O,LOJNBPl.1,L1JNBP1.2,L2JNBP1.9,L3JNBPl.UJNBP1.5,L5JHBP1.6,L6JNBP1.7,L7LO:KOVA,#00HHOVpO,AKOVPl,0FFHRETILI:MOVA,1EHKOVpO,AKOVPl,#0FFHRETIL2:KOVA,#3CHKOVP0,AHOVPl,0FFH=1AleEditViewProjectDebugHashPeripheralsToolsSVCSWindowHelpRistar1Vftlua曰RecBSys0x000x000x000x000x000x000x000x00a0x00b0x

21、002P0x070x07dptr0x0000PC$C：0x.states0stc000.-pzv0x00ProjectWorkspace兀您鳥O2淀左兔鬼峯3此卅*(B|匾telsallO陽巒茗矽円祁eF3SourceGeup1田砲？MMo舫00財“IPJUIM01)70002H2IP2KEXOW005：HIA15:5ETD05STBITOSSTDEl助P0,0W/9PlOHHKBS:SJIPJEREOW020：ixmjroJOTPi.l,LlJKDPI.2,L2JKDjraPl.4,14JMJPl.5,15jraJOTLO:L2:K7JLtOOH7pO.AW/lPl.tfOJTHJSTI切A

22、.tlEH切pO.Ayrpi.poffhF2TI切A.SKH祕PO.APl.aOHH|i.BmMACorwd入RdsHes/目味處遲己代碼生慮工具9lui-AT8X51IASEM51二迭擇處理2t單擊浙建給它添標記：廠:Wk均又1干召|溥程序ASMZJ5新n|m5V*5VaIfU3G.OOkI32b手動尖位技tawvThfonC1-tinpr_I.口X1C2J-30pC51VTAft4POO/ACO1/AV1rox*Ap2P03/AXX3TO.4/AP4poaxATALZautrVAAlAlWrv./lMVfPSENALEEAP286P21/P22/A10P23/A11P2WA12P2CZA1

23、3P2W4P27/A15EAfAP33RX0P31/TXr1*lQr1.1r1/*4aiuP331?JT1F34T0P3GH1P30m燉7而r1鼻yr4卩IQgy*T89C51301238371030”3d?3-4733032VEECOMPOUTVREFVREF*O.luiU2：2!3.bi078名稱幡改日期大小_LastLoaded改用DM0308設計的直泥“2012/6/1722:OBDBK文件104KB,STARTUP.A512005/3/2215:22島51文件7KB二STARTUP1ST2012/6/1722:03LST文祥14KBSTARTUP.OBJ2012/1722:03OBJ

24、文眸1ICE聞用DAC0808設應直流老機滙送器.MN2012/6/1722:08SchematicDesign104KBDACO旳E設計的直濮fl馮速器PWI2012/6/1B11:00PWI文眸1KBS|用DAC0&08設曲直流匡機笥f議DF2012/6/1722:12Netlist3KB源程序2012/6/1722：03文件2KB2012/6/1722:03ASM文件1KB世源程序*hex2012/6/17HEX文件1KB2012/6/1722:03LNP文件1KB源程序丄ST2012/6/1722:OBLST文件6KB.:源程序.M512012/6/1722:03M51文件6KB201

25、2/6/1722:03OBJ文件1KBL:源程序.Opt2012/6/1722:08OPT文眸2ICEQ2012/6/1722)3PLG文件2KB,:源程序.52012/6/1722：OSSDI文件2KB2012/6/1722:OSpistonProject3源程序_U說辰k2012/6/1721:59組圖6操作截圖BAK文件0KB5結論由上所述，用DAC080聯計直流電動機調速器基本完成。但設計中的不足之處仍然存在。這次設計是我第一次用Keil和Proteus實現了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經驗。本系統采用電壓表測量電動機的轉速，用MCS-51單片機對直流電機的轉速進行控制，用DAC0808芯片實現輸出模擬電壓值來控制直流電動機的轉速。本設計主要研究直流電機的控制和測量方法，從而對電機的控制精度、響應速度以及節約能源等都具有重要意義。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步