1、1.1 设计意义11.2 系统功能要求12.方案设计13. 硬件设计13.1 AT89C51最小系统33.2 按键电路43.3 A/D转换模块43.4. D/A转换模块63.5 电机转速测量电路73.6 显示电路 83.7 总电路图 104. 软件设计114.1 系统主程序设计124.2 按键扫描程序设计124.3 显示子程序124.4 定时中断处理程序124.5 A/D转换程序135. 系统调试146.设计总结167.参考文献178.附 录A;源程序189.附 录B;电路原理总图、作品实物图片23 用单片机控制直流电动机并测量转速 单片机原理及应用课程设计1 引 言1.1. 设计意义电动机作
2、为最主要的动力源,在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法,随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的控制也发生了深刻的变化,本系统利用直流电机的速度与施加电压成正比的原理,通过滑动变阻器向ADC0809输入控制电压信号,经AD后,输入到AT89C51中,AT89C51将此信号转发给DAC0832,通过功放电路放大后,驱动直流电机。1.2. 系统功能要求单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809和D/A转换芯片DAC0832。通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压,D/A输入检测量大小,进而改变直流电动机的转速。手动扩展。在键盘上设置两个按键
3、直流电动机加速键和直流电动机减速减。在手动状态下,每按一次键,电动机的转速按照约定的速率改变。 用显示器LED或LCD显示数码移动的速度,及时形象地跟踪直流电动机转速的变化情况。2 方案设计为了使用单片机对电动机进行控制,对单片机的基本要求应有足够快点速度;有捕捉功能。总体设计方案如图所示数码显示数码驱动DAC0832按键控制单片机ADC0808信号放大电压信号驱动电机 光电管脉冲计数图2.1总体设计方案(1)键盘向单片机输入相应控制指令,由单片机通过P3.0口输出信号,该编码通过DAC0832译成相应的模拟电压,经过信号放大实现电动机转向与转速的控制。(2)可变电阻接ADC0808转变成相应
4、电压的数字信号,单片机通过P1口读取,再由P2口输出与转速相应的8位BCD编码与DAC0832相接。电动机的运转状态则通过四位数码管显示出来。 (3)电机的测速显示,采用光电传感器测量电机的转速,在设计中,在电机转轴末梢上安装纸卡,在纸卡上留出两个孔。电机转轴每转一圈,发射二极管发出的光便通过纸卡的孔到达接受二极管,就可在接受二极管上产生相应的脉冲信号。计算下1s内输出的脉冲信号的个数,把计数的结果取一半,就可得到电动机的转动速度。(4)通过Max7219驱动器驱动4位共阴极LED灯,这样节省了许多I/O口。3硬件设计3.1AT89C51最小系统AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器(
5、FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存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1000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。AT89C51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。图3.1 单
6、片机最小系统的设计AT89C51 提供以下标准功能:4k 字节Flash 闪速存储器,128字节内部RAM,32 个I/O 口线,两个16位定时/计数器,一个5向量两级中断结构,一个全双工串行通信口,片内振荡器及时钟电路。同时,AT89C51可降至0Hz的静态逻辑操作,并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止CPU的工作,但允许RAM,定时/计数器,串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.2 按键电路单片机的P3.6和P3。7口分别接一个按键用于控制电机。当按下“叫”键时,电机转速提高,进入加速状态;当按下“
7、减”键时,电机转速减慢,进入减速状态。通过“加”“减”两个按键可以达到键盘控制电机的作用。3.3 A/D转换模块(1)ADC0808 ADC0808是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道,8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。 主要特性 1)8路输入通道,8位A/D转换器,即分辨率为8位。 2)具有转换起停控制端。3)转换时间为100s(时钟为640kHz时),130s(时钟为500kHz时) 4)单个+5V电源供电。5)模拟输入电压范围0+5V
8、,不需零点和满刻度校准。6)工作温度范围为-40+85摄氏度。7)低功耗,约15mW。 ADC0809的工作过程首先输入3位地址,并使ALE=1,将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换,之后EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到A/D转换完成,EOC变为高电平,指示A/D转换结束,结果数据已存入锁存器,这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平 时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完
9、成,因为只有确认完成后,才能进行传送。为此可采用下述三种方式。 (1)定时传送方式 对于一种A/D转换器来说,转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128s,相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序,A/D转换启动后即调用此子程序,延迟时间一到,转换肯定已经完成了,接着就可进行数据传送。 (2)查询方式 A/D转换芯片由表明转换完成的状态信号,例如ADC0808的EOC端。因此可以用查询方式,测试EOC的状态,即可确认转换是否完成,并接着进行数据传送。 (3)中断方式 把表明转换完成的状态信号(EOC)作为中断请求信号,以中断
10、方式进行数据传送。不管使用上述哪种方式,只要一旦确定转换完成,即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时,OE信号即有效,把转换数据送上数据总线,供单片机接受。图3.3 AD转换电路的设计(2)工作原理 如图3.3所示,外部电源通过滑动变阻器向ADC0808输入控制电压信号,经A/D处理后,输入到AT89C51中,交由AT89C51处理,进行下一步动作。3.4 D/A转换模块(1)DAC0832 DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8
11、位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。主要特性参数 1.分辨率为8位; 2.电流稳定时间1us; 3.可单缓冲、双缓冲或直接数字输入; 4.只需在满量程下调整其线性度; 5.单一电源供电(+5V+15V); 6.低功耗,20mW。DAC0832的工作方式DAC0832进行D/A转换,可以采用两种方法对数据进行锁存。第一种方法是使输入寄存器工作在锁存状态,而DAC寄存器工作在直通状态。具体地说,就是使 和 都为低电平,DAC寄存器的锁存选通端得不到有效电平而直通;此外,使输入寄存器的控制信号ILE处于高电平、 处于低电平,这样,当 端来一个负脉冲时,就可以完成1次转换。第二种方法
12、是使输入寄存器工作在直通状态,而DAC寄存器工作在锁存状态。就是使和为低电平,LE为高电平,这样,输入寄存器的锁存选通信号处于无效状态而直通;当和端输入1个负脉冲时,使得DAC寄存器工作在锁存状态,提供锁存数据进行转换。 图3.4 DA转换电路的设计(2) 工作原理如上图3.4所示,电压信号输入后经过AD转换输入到AT89C51,由单片机通过P1口输出与转速相应的8位BCD编码,该编码通过DAC0832译成相应的模拟电压,经过信号放大实现电动机转向与转速的控制。3.5电机转速测量电路图3.5光电传感器测速设计 采用光电传感器测量电机的转速,在设计中,在电机转轴末梢上安装纸卡,在纸卡上留出两个孔
13、。3.6 显示电路(1) MAX7219MAX7219/MAX7221是一种集成化的串行输入/输出共阴极显示驱动器,它连接微处理器与8位数字的7段数字LED显示,也可以连接条线图显示器或者64个独立的LED。其上包括一个片上的B型BCD编码器、多路扫描回路,段字驱动器,而且还有一个8*8的静态RAM用来存储每一个数据。 只有一个外部寄存器用来设置各个LED的段电流。 MAX7221与SPI、 QSPI以及 MICROWIRE相兼容,同时它有限制回转电流的段驱动来减少EMI(电磁干扰)。 一个方便的四线串行接口可以联接所有通用的微处理器。 每个数据可以寻址在更新时不需要改写所有的显示。MAX7219/MAX7221同样允许用户对每一个数据选择编码或者不编码。 整个设备包含一个150A的低功耗关闭模式,模拟和数字亮度控制,一个扫描限制寄存器允许用户显示1-8位数据,还有一个让所有LED发光的检测模式。功能特点:1、10MHz连续串行口 2、独立的LED段控制 3、数字的译码与非译码选择 4、150A的低功耗关闭模式 5、亮度的数字和模拟控制 6、高电压中断显示 7、共阴极LED显示驱动 8、限制回转电流的段驱动来减少EMI(MAX7221) 9、SPI, QSPI, MICROWIRE串行接口(MAX7221) (2) 工作原
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