基于单片机的无级遥控调速系统毕业设计.docx

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基于单片机的无级遥控调速系统毕业设计

毕业设计课题及任务

课题简介

该课题主要利用单片机控制技术，无线红外遥控技术，采用汇编语言或C语言编程来控制单相交流电机的工作过程。

其目的是培养学生利用单片机控制技术，无线红外遥控技术，采用汇编语言或C语言编程控制技术解决生产、生活中的实际问题，对提高学生的设计能力动手能力和工程实践技能有较重要的意义。

学生在设计该课题时，应具备电路分析、电子技术、电机及电气控制技术、电子CAD技术、单片机控制技术、C语言程序设计、机电一体化技术等方面的相关知识，掌握电路设计流程图，电子元器件的选择、电路原理图的设计及连线。

熟悉程序的编写，输入，修改和调试等。

课题任务

要求

一、毕业设计（论文）的内容简介

本设计要求采用单片机控制单相交流电机的运行速度，各个相关数据由LCD动态显示，并能实现对电机速度进行红外遥控，同时使电机运行时具有自动定时功能。

要求就此系统采用89C51或89CT2051单片机完成其系统设计

二、毕业设计（论文）的要求与数据

1、选择正确的电子元件

2、画出电气控制系统原理图及PCB板的布线设计

3、用C语言或汇编语言编写出系统控制程序

4、系统的安装与调试

三、毕业设计（论文）应完成的工作：

1、开题报告（2000字左右）

2、电气控制系统原理图及PCB板图

3、电气接线图

4、电子元件详细清单

5、系统程序清单及注释

6、写出毕业设计说明书

进程安排

第1—2周:

生产实习

第3-4周：

根据课题要求，查阅相关理论书籍，设计参考书及相关资料，进一步加深对课题的理解和认识。

第5--8周：

根据控制要求，设计控制电路状态流程图，设计系统控制程序，设计系统电气控制原理图。

第9--11周：

选择电子电器元件

第12--13周：

开始组装电路，上机开始调试控制程序。

第14--15周：

调试，修改，完善设计，撰写毕业设计说明书。

第16周：

设计资料的修改、整理、完善。

毕业设计答辩。

参考资料

1、电路与磁路高教出版社蔡元宇主编

2、电子技术高教出版社胡宴如主编

3、电子线路CAD机械工业出版社王廷才主编

4、C语言程序设计高教出版社陈方主编

5、微机原理与应用技术高教出版社廖哲智主编

6、机电一体化系统高教出版社赵先仲主编

7、交流调速系统机械工业出版社周绍英主编

毕业实践开题报告书

系专业

学生姓名

课题名称

基于单片机的无级遥控调速系统设计

课题

准备

情况

课题准备时间分为三周

第一周选择单片机。

第二周选择射频接受芯片。

第三周选择电机控制芯片。

思路和方法

我们可以把课题设计分为三大模块，每个模块都要软件和硬件的设计。

第一个模块是单片机控制系统。

第三个模块是程序设计。

第二个模块是红外线遥控。

拟重点解决的问题

1.如何实现红外线的遥控。

2.主芯片选89C51还是89C2051。

3.遥控发射和接受程序怎样编写。

计

划

进

度

第1--4周：

根据课题要求，查阅相关理论书籍，设计参考书及相关资料，进一步加深对课题的理解和认识。

第5--8周：

根据控制要求，设计控制电路状态流程图，设计系统控制程序，设计系统电气控制原理图。

第9--11周：

选择电子电器元件。

第12--13周：

开始组装电路，上机开始调试控制程序。

第14--15周：

调试，修改，完善设计，撰写毕业设计说明书。

第16周：

设计资料的修改、整理、完善。

毕业设计答辩。

指导教师意见

签名：

年月日

毕业实践考核表

系专业

学生姓名

课题名称

基于单片机的无级遥控调速系统设计

课题

完成

情况及自我评价

组织纪律好，设计思路正确，设计内容及格式符合设计要求，设计任务完成及时。

指导教师评价

评语

评分

（共40分）

签名：

年月日

评阅教师评价

评语

评分

（共30分）

签名：

年月日

答辩小组评价

评语

评分

（共30分）

组长签名：

年月日

毕业实践评审组审核

经综合考核该学生毕业实践得分分，评定为

组长签名：

年月日

摘要

随着计算机在社会领域的渗透，单片机的应用不断地走向深入，其应用于智能仪器，极大地扩充了传统仪器的应用范围。

智能仪器凭借其体积小、功能强、功耗低等优势，迅速地在家用电器、科研单位和工厂应用

遥控电动机是90年代初期在广东珠江三角洲地区作做大量的研发和生产，并有专门的掩模芯片作为主控芯片使用，现本人将用单片机作了接收和发射的配套使用的系统方案。

红外遥控电路现在已成为一种设计电路的时尚,现简单地介绍了基于单片机红外线遥控发射、接收系统的原理，用89C2051作为遥控接收系统解码器的一种巧妙实现方法，及完整的51汇编程序代码。

包括发射、接收的原理图及其编程的主程序、发送程序、接收程序、定时中断程序的流程过程，从而完成此设计的要点，参考流程方框图的构思过程，可以编写应用软件。

遥控电动机控制系统分为两大部分：

遥控器和电动机控制板。

本设计将分别加以描述。

关键字：

单片机红外线遥控调速系统

第一章概述…………………………………………………………

（1）

1.1单片机简介………………………………………………

（1）

1.1.1主要特性……………………………………………………

（2）

1.1.2管脚说明……………………………………………………（3）

1.1.3振荡器特性…………………………………………………（4）

1.1.4芯片擦除…………………………………………………（4）

第二章红外遥控技术……………………………………………（5）

2.1红外遥控系统组成……………………………………………（5）

2.2红外遥控发射…………………………………………………（5）

2.3红外遥控接收…………………………………………………（6）

第三章硬件设计……………………………………………………（6）

3．1遥控器……………………………………………………………（6）

3.2接收控制板………………………………………………………（9）

第四章软件设计………………………………………………………（10）

4.1程序流程……………………………………………………………（10）

4.2遥控发射程序……………………………………………………（12）

4.3遥控接收程序………………………………………………………（16）

第五章调试……………………………………………………………（20）

5.1硬件调试…………………………………………………………….（20）

5.2软件调试…………………………………………………………（21）

5.3综合调试…………………………………………………………（21）

附图一………………………………………………………………（23）

附图二………………………………………………………………（24）

总结……………………………………………………………………（25）

参考文献……………………………………………………………（26）

第一章概述

在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的机电能量转换效率；二是应能根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。

电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。

因此，调速技术一直是研究的热点。

长期以来，直流电动机由于调速性能优越而掩盖了结构复杂等缺点广泛的应用于工程过程中。

直流电动机在额定转速以下运行时，保持励磁电流恒定，可用改变电枢电压的方法实现恒定转矩调速；在额定转速以上运行时，保持电枢电压恒定，可用改变励磁的方法实现恒功率调速。

采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。

因此，20世纪80年代以前，在变速传动领域中，直流调速一直占据主导地位。

近几年来，科学技术的迅速发展为交流调速技术的发展创造了极为有利的技术条件和物质基础。

交流电动机的调速系统不但性能同直流电动机的性能一样，而且成本和维护费用比直流电动机系统更低，可*性更高。

目前，国外先进的工业国家生产直流传动的装置基本呈下降趋势，而交流调速装置的生产大幅度上升。

以日本为例，1975年在调速领域，直流占80%，交流占20%;1985年交流占80%,直流占20％。

到目前为止，日本除了个别的地方还继续采用直流电机驱动外，几乎所有的调速系统都采用交流变频装置。

  本系统设计将采用8位单片机AT89C2051为核心控制器,系统功能完备、控制简单、可靠性及安全性高。

1．1单片机简介

AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。

AT89C51是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。

单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。

该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。

AT89C2051单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案

 AT89C2051是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2kbytes的可反复擦写的只读Flash程序存储器和128bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大AT89C2051单片机可为您提供许多高性价比的应用场合。

   AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器,两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。

同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。

省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

1.1.1主要特性：

·兼容MCS51指令系统

·15个双向I/O口

·两个16位可编程定时/计数器

·时钟频率0-24MHz

·两个外部中断源

·可直接驱动LED

·低功耗睡眠功能

·可编程UARL通道

·2k可反复擦写（>1000次）FlashROM

·6个中断源

·2.7-6.V的宽工作电压范围

·128x8bit内部RAM

·两个串行中断

·两级加密位

·内置一个模拟比较放大器

·软件设置睡眠和唤醒功能

1.1.2管脚说明：

●VCC：

供电电压。

●GND：

接地。

●P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

●P3口：

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

●P3.0RXD（串行输入口）

●P3.1TXD（串行输出口）

●P3.2/INT0（外部中断0）

●P3.3/INT1（外部中断1）

●P3.4T0（记时器0外部输入）

●P3.5T1（记时器1外部输入）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）

●P3.7/RD（外部数据存储器读选通）

●P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

●RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

●ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

●/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

●/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

●XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

1.1.3振荡器特性：

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。

有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。

1.1.4芯片擦除：

   整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms来完成。

在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。

此外，AT89C2051设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。

在闲置模式下，CPU停止工作。

但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。

在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。

第二章红外遥控技术

红外线遥控是目前使用很广泛的一种通信和遥控技术。

由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。

工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。

2．1红外遥控系统组成

通用红外遥控系统由发射和接收两大部分组成。

应用编/解码专用集成电路芯片来进行控制操作，如图1所示。

发射部分包括键盘矩阵、编码调制、LED红外发送器；接收部分包括光、电转换放大器、解调、解码电路。

图1红外线遥控系统框图

2．1．1红外遥控发射

红外遥控发射装置，也就是通常我们说的红外遥控器是由键盘电路、红外编码电路、电源电路和红外发射电路组成。

红外发射电路的主要元件为红外发光二极管。

它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。

目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940mm左右，外形与普通φ5发光二极管相同。

通常红外遥控为了提高抗干扰性能和降低电源消耗，红外遥控器常用载波的方式传送二进制编码，常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。

在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。

也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。

所以，通常的红外遥控器是将遥控信号（二进制脉冲码）调制在38KHz的载波上，经缓冲放大后送至红外发光二极管，转化为红外信号发射出去的。

二进制脉冲码的形式有多种，其中最为常用的是PWM码（脉冲宽度调制码）和PPM码（脉冲位置调制码，脉冲串之间的时间间隔来实现信号调制）。

如果要开发红外接收设备，一定要知道红外遥控器的编码方式和载波频率，我们才可以选取一体化红外接收头和制定解码方案。

2．1．2红外遥控接收

红外接收设备是由红外接收电路、红外解码、电源和应用电路组成。

红外遥控接收器的主要作用是将遥控发射器发来的红外光信好转换成电信号，再放大、限幅、检波、整形，形成遥控指令脉冲，输出至遥控微处理器。

其中红外接收电路主要是接收部分的红外接收管是一种光敏二极管（现在常用一体化红外接收头）。

在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。

红外发光二极管一般有圆形和方形两种。

由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。

近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。

成品红外接收头的封装大致有两种：

一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。

均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VOUT）。

红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。

成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。

但在使用时注意成品红外接收头的载波频率,另外在遥控编码芯片输出的波形，在接收头端收到接收到信号时输出地点片的，也就是说接收头输出的波形正好和遥控芯片输出的相反。

第三章硬件设计

3.1遥控器

 为了能远离距的控制电机，采用了红外遥控器。

通常红外遥控器由发射和接收两部分组成，发射部分由单片机80C2051等构成。

接收部分接收控制器，由89C2051为核心控制元件。

1.工作原理及组成部分

（1）CPU采用AT89C2051单片机

（2）电源采用两节7号电池来提供电源。

（3）调制部分：

采用74LS00芯片进行数字信号与38K的载波信号进行相与，将其调制在一起,整形并缓冲放大,驱动红外发射管,使其发射红外光。

（4）红外发射方原理见图

（1）所示。

（图1）遥控器原理框图

2.红外发射

（1）发射部分包括键盘矩阵、编码调制、红外发送器。

使用89C2051芯片将按键信号调制在38KHz的载波信号上通过三极管放大后发射出去。

红外编码为：

全码=引导码+系统码+系统反码+数据码+数据反码。

89C2051的P1口构成矩阵式键盘，用T1产生定时中断，驱动P3.3产生一个38K的方波，作为红外线的调制基波。

将发送的数据和P3.0进行逻辑与后驱动红外发射管发射。

（2）按键功能

S1：

开关；键值为01H。

S2：

增速；键值为02H。

S3：

复位；值为03H。

S4：

减速；键值为04H。

S5：

定时；键值为05H。

（3）当无键按下时，延时10秒后进入待机状态，系统处于低功耗模式。

当有按键按下时，INT0中断产生中断，同时唤醒CPU进行工作状态。

3.红外发射的编码方式

  遥控发射器专用芯片很多，根据编码格式可以分成两大类：

（1）采用脉宽调制的串行码，以脉宽为0.565ms、间隔0.56ms、周期为1.125ms的组合表示二进制的“0”；以脉宽为0.565ms、间隔1.685ms、周期为2.25ms的组合表示二进制的“1”。

“0”和“1”组成的32位二进制码经38kHz的载频进行二次调制以提高发射效率，达到降低电源功耗的目的。

然后再通过红外发射二极管发射。

（2）遥控编码是连续的32位二进制码组，其中前16位为用户识别码，能区别不同的电器设备，防止不同机种遥控码互相干扰。

该芯片的用户识别码固定为十六进制0FFH；后16位为8位操作码（功能码）及其反码。

（3）遥控器在按键按下后，周期性地发出同一种32位二进制码，周期约为108ms。

一组码本身的持续时间随它包含的二进制“0”和“1”的个数不同而不同，大约在45～63ms之间。

（4）其相关的波形图如下:

（图2）遥控编码

4.遥控发射电路图见附图一

3.2接收控制板

1.工作原理及组成部分:

红外接收部分包括光电转换放大器、解调、解码电路。

（1）CPU板将单片机、控制、键盘组合在一起完成了人机对话。

用AT89C2051单片机来作主芯片控制，采用红外T1838接收头，用单向可控硅MC97A6控制电机，具有红外遥控功能。

（2）电源部分：

交流220V经变压器降压为2×8V，全波整流后再由三端稳压器LM7805稳压，供给控制板。

（3）接受控制板框图

（图5）电动机控制板框图

2.设计方案

（1）控制部分

K1：

复位。

K2：

开关。

K3：

增速。

K4:

减速。

K5：

定时。

（2）工作方式：

分为手动和遥控两种方式。

3.遥控接收电路见附图二

第四章软件设计

本伺服控制系统软件包括主程序和中断服务程序。

本软件用51汇编语言编写,主程序主要设置相应的标志位以及数据的处理,而在中断服务程序实现各项功能的执行,具有时实性好,响应快的特点。

4.1程序流程

1.遥控器软件的设计

（1）采用中断的处理程序完成整个系统的操作，INT0中断处理完成键盘扫描以及发送。

（2）程序流程图：

（图4）遥控器软件流程图

2.控制面板软件的设计:

（1）红外遥控输入在P3.2（INT0），面板按键P3.3（INT1）。

（2）遥控的解码过程：

（图12）编码

（图13）数据帧图形

  单片机收到一个中断后,开始计数， 然后在主程序有一个判断子程序,首先判断是否＞8MS,是否有高电平，再判断是否>4MS的低电平，然后再判断是否是0或1，循环32次完成,32个码的接收和存储。

（3）程序流程图:

（图14）控制板主程序流程

（图15）键值处理流程

4.2遥控发射程序

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINT0

ORG000BH

AJMPTIM0

ORG0030H

MAIN:

MOVTMOD,#22H

MOVTH1,#0E0H

MOVTL1,#0E0H

ORLPCON,#80H

MOVSCON,#60H

MOVTH0,#0F3H

MOVTL0,#0F3H

MOVR7,#00H

CLR20H

CLR21H

CLR7EH

MOV22H,#00H

MOV23H,#00H

SETBEA

SETBEX0

SETBIT0

SETBTR1

SETBPT0

MOVR4,#0C8H

MOVR5,#0FH

DISPLAY:

JNB2