基于单片机的电机测速及显示.docx
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基于单片机的电机测速及显示
基于单片机的电机测速及显示
单片机简介
单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。
1.1单片机历史
单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。
（1）SCM即单片微型计算机（SingleChipMicrocomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。
“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。
在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
MicroControllerUnit
（2）MCU即微控制器（MicroControllerUnit）阶段，主要的技术发展方向是：
不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。
它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。
从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。
在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。
Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。
因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。
1.2AT89C51的主要特性
·与MCS-51兼容
·4K字节可编程闪烁存储器
·寿命：
1000写/擦循环
·数据保留时间：
10年
·全静态工作：
0Hz-24Hz
·三级程序存储器锁定
·128*8位内部RAM
·32可编程I/O线
·两个16位定时器/计数器
·5个中断源
·可编程串行通道
·低功耗的闲置和掉电模式
·片内振荡器和时钟电路
1.3管脚说明
VCC：
供电电压。
GND：
接地。
P0口：
P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。
当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。
在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。
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。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
P2口：
P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。
并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。
P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。
在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。
P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
P3口：
P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。
当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。
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。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
/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。
1.4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。
1.5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。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
此外，AT89C51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。
二、硬件电路的设计
2.1AT89C51下载器部分
SP-51Pro（即Easy51pro）编程器可以烧录Atmel公司系列单片机芯片，具有性能稳定,烧录速度快,性价比高等优点。
产品性能介绍如下:
支持的芯片
支持目前最为经典和市场占有量最大的ATMEL公司生产的AT89C51、C52、C55和最新的S51、S52；AT89C1051、2051、4051等芯片。
产品特点
1.使用串口通讯,芯片自动判别，编程过程中的擦除、烧写、校验各种操作完全由编程器上的监控芯片89C51控制,不受PC配置及其主频的影响,因此烧写成功率高可以达到100％，烧写速度很快并且烧写速度和微机的档次无关。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
2.采用57600高速波特率进行数据传送,编程速度可以和一般并行编程器相媲美,经测试,烧写一片4KROM的AT89C51仅需要9.5S,而读取和校验仅需要3.5S。
3.体积小巧,省去笨重的外接电源适配器,直接使用USB端口5V电源,携带方便，非常初学者学习51单片机的要求。
4.软件界面友好,菜单、工具栏、快捷键齐全,全中文操作，提供加密功能，可以保护您的创作产权。
可以说是麻雀虽小，五脏俱全！
5.功能完善,具有编程、读取、校验、空检查、擦除、加密等系列功能;
6.40pin和20pin锁紧插座,所有器件全部以第一脚对齐,无附加跳线,对于DIP封装芯片无需任何适配器;
7.采用优质万用锁紧插座，和接触不良等问题彻底说再见，可烧写40脚单片机芯片和20脚单片机芯片
8.改进的烧写深度确保每一片C51系列芯片的反复烧写次数都能达到1000以上！
内部数据至少保存10年。
9.因为采用了9针传口通讯，这样一来就不会再和打印机抢一个打印口，随时随地想烧就烧，让芯片编程成为一种快乐！
（3）硬件连接
1.通讯电缆与编程器连接好，
2.将串口插头插入电脑串口，
3.USB插头插入电脑任一个USB口，此时编程器上LED点亮，表明电源接通。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
4.接着安装软件，本软件支持Win9x/me/2000/NT,标准Window操作界面。
本软件属于绿色软件，不需要安装，直接把相关的软件拷贝到硬盘中，运行其中的Easy51Pro2_0程序即可。
软件使用
程序启动后，会自动检测硬件及连接，状态框中显示“就绪”字样，表示编程器连接和设置均正常。
否则请检查硬件连接和端口设置。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
把单片机芯片正确地放到编程器的相应插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。
芯片放好后，就可以对芯片进行读写操作了，读写操作按下面的步骤进行：
1、程序运行，请先选择器件（点下选框）
2、用“打开文件”选择打开要编写的.HEX和.BIN文件
3、用“保存文件”可以保存读出来的文件
4、用“擦除器件”擦除芯片
5、用“写器件”编程
6、用“读器件”读取芯片中的程序，加密的读不出来
7、用“校验数据”检查编程的正确与否
8、用“自动完成”自动执行以上各步骤
9、用“加密”选择加密的级数2.12电机驱动部分
2.2电机驱动部分
图4-3中所示为一个典型的直流电机控制电路。
电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。
4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：
图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。
（本文由点梦时刻倾情奉献）
如图所示，H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。
要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。
根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。
图4-3H桥简易驱动电路
要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。
例如，如图4-4所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。
按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。
当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。
图4-4H桥电路驱动电机顺时针转动
图4-5所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。
当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。
图4-5H桥驱动电机逆时针转动
驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。
如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。
此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。
基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。
图4-6所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本H桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。
4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。
而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在H桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。
（与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。
）（本文由点梦时刻倾情奉献）
图4-6具有使能控制和方向逻辑的H桥电路
采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：
两个方向信号和一个使能信号。
如果DIR－L信号为0，DIR－R信号为1，并且使能信号是1，那么三极管Q1和Q4导通，电流从左至右流经电机（如图4.-7所示）；如果DIR－L信号变为1，而DIR－R信号变为0，那么Q2和Q3将导通，电流则反向流过电机。
图4-7使能信号与方向信号的使用
实际使用的时候，用分立元件制作H桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的H桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。
比如常用的L293D、L298N、TA7257P、SN754410等。
三、程序设计
3.1下载器程序
#include
BYTEComBuf[18];
UINTnAddress;
UINTnTimeOut;
ProWorkpw;
voidDelay_us（BYTEnUs）
{
TH0=0;
TL0=0;
TR0=1;
while（TL0{
}
TR0=0;
}voidDelay_ms（UINTnMs）
{
UINTn=0;
TR0=1;
while（n{
TH0=0;
TL0=20;
while（TH0<4）
{
}
n++;
}
TR0=0;
}
BOOLWaitComm（）//等待上位机的命令,18字节
{
BYTEn=0;
RI=0;
while（!
RI）{}/ComBuf[n]=SBUF;
RI=0;
n++;
for（n;n<=17;n++）
{
nTimeOut=0;
while（!
RI）
{
nTimeOut++;
if（nTimeOut>10000）return0;
}
ComBuf[n]=SBUF;
RI=0;
}
return1;
}
BOOLWaitResp（）{
nTimeOut=0;
RI=0;
while（!
RI）
{
nTimeOut++;
if（nTimeOut>50000）
{
return0;
}
}
RI=0;
ComBuf[0]=SBUF;
return1;
}
BOOLWaitData（）
{
BYTEn;
RI=0;
for（n=0;n<=17;n++）
{
nTimeOut=0;
while（!
RI）
{
nTimeOut++;
if（nTimeOut>10000）
{
return0;
}
}
RI=0;
ComBuf[n]=SBUF;
}
return1;
}
voidSendData（）//发送数据或回应操作完成,18字节
{
BYTEn=0;
for（n;n<=17;n++）
{
TI=0;
SBUF=ComBuf[n];
while（!
TI）{}
TI=0;
}
}
voidSendResp（）
{
TI=0;
SBUF=ComBuf[0];
while（!
TI）{}
TI=0;
}
voidSetVpp5V（）//设置Vpp为5v
{
P3_4=0;
P3_3=0;
}
voidSetVpp0V（）//设置Vpp为0v
{
P3_3=0;
P3_4=1;
}
voidSetVpp12V（）//设置Vpp为12v
{
P3_4=0;
P3_3=1;
}
voidRstPro（）
{
pw.fpProOver（）;SendData（）;
}
voidReadSign（）//读特征字
{
pw.fpReadSign（）;
SendData（）;
}
voidErase（）
{
pw.fpErase（）;
SendData（）;
}
voidWrite（
{
BYTEn;
pw.fpInitPro（）;
SendData（）;
while
（1）
{
if（WaitData（））
{
if（ComBuf[0]==0x07）
{
for（n=2;n<=17;n++）
{
if（!
pw.fpWrite（ComBuf[n]））
{
pw.fpProOver（）;
ComBuf[0]=0xff;
SendResp（）;
WaitData（）;
return;
}
nAddress++;//下一个单元
}
ComBuf[0]=1;//回应上位机一个字节，表示数据块顺利完成，请求继续
SendResp（）;
}
elseif（ComBuf[0]==0x00）//写器件结束
break;
else//可能是通讯出错了
{
pw.fpProOver（）;
return;
}
}
else//等待数据失败
{
pw.fpProOver（）;
return;
}
}
pw.fpProOver（）;
Delay_ms（50）;
ComBuf[0]=0;
SendData（）;
}
voidRead（）//
{
BYTEn;
pw.fpInitPro（）;
SendData（）;
while
（1）
{
if（WaitResp（））/
{
if（ComBuf[0]==0）
{
break;
}
elseif（ComBuf[0]==0xff）//0xff表示重发
{
nAddress=nAddress-0x0010;
}
for（n=2;n<=17;n++）
{
ComBuf[n]=pw.fpRead（）;
nAddress++;//下一个单元
}
ComBuf[0]=6;//向上位机发送读出的数据块
SendData（）;
}
else
break;//等待回应失败
}
pw.fpProOver（）;//操作结束设置为运行状态
ComBuf[0]=0;//通知上位机编程器进入就绪状态
SendData（）;
}
voidLock（）//写锁定位
{
pw.fpLock（）;
SendData（）;
}
externvoidPreparePro00（）;
extern
voidpreparePro01（）;
externvoidPreparePro02（）;//FID=02:
AT89S51编程器
voidmain（）
{
SP=0x60;
SetVpp5V（）;//先初始化Vpp为5v
SCON=0x00;
TCON=0x00;
//PCON=0x00;//波特率*2
IE=0x00;
//TMOD:
GATE|C/!
T|M1|M0|GATE|C/!
T|M1|M0
//00100001
TMOD=0x21;//T0用于延时程序
TH1=0xff;
TL1=0xff;//波特率28800*2,注意PCON
//SCON:
SM0|SM1|SM2|REN|TB8|RB8|TI|RI
//01010000
SCON=0x50;
TR1=1;
Delay_ms（1000）;//延时1秒后编程器自举
ComBuf[0]=0;
SendData（）;
while
（1）//串口通讯采用查询方式
{
if（!
WaitComm（））//如果超时,通讯出错
{
Delay_ms（500）;
ComBuf[0]=0;//让编程器复位,使编程器就绪
}
switch（ComBuf[1]）//根据FID设置（ProWork）pw中的函数指针
{
case0:
//at89c51编程器
PreparePro00（）;
break;
case1:
//at89c2051编程器
PreparePro01（）;
break;
case2:
//at89s51编程器
PreparePro02（）;
break;
//case3:
支持新器件时，请继续向下添加
//break;
//case4:
//break;
default:
ComBuf[0]=0xff;
ComBuf[1]=0xff;//表示无效的操作
break;
}
switch（ComBuf[0]）//根据操作ID跳到不同的操作函数
{
case0x00:
RstPro（）;//编程器复位
break;
case0x01:
ReadSign（）;//读特征字
break;
case0x02:
Erase（）;//擦除器件
break;
case0x03:
Write（）;//写器件
break;
case0x04:
Read（）;//读器件
break;
case0x05:
Lock（）;//写锁定位
break;
default:
SendData（）;
break;
}
}
}
3.2电机测速程序
/*
LED.C
128×64LED驱动程序头文件
*/
#ifndefLED_H_
#defineLED_H_
#include
//定义背光控制信号
sbitLED_BL=P1^4;
//点亮背光灯
voidLEDLightOn（）;
//熄灭背光灯
voidLEDLightOff（）;
//清屏
voidLEDClear（）;
//初始化
voidLEDInit（）;
//显示ASCⅡ码
voidLEDPutChar（unsignedcharc）;
//显示字符串
voidLEDPuts（unsignedchar*s）;
#end
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