单片机控制直流电机并测速电压ADDA转换以及pwm按键调速正转反转教材.docx

1、单片机控制直流电机并测速电压ADDA转换以及pwm按键调速正转反转教材单片机原理及应用 课程设计报告书 题 目：用单片机控制直流电动机并测量转速姓 名：徐银浩学 号：1110702225专 业：电子信息工程指导老师：沈兆军设计时间：2014年 11月信息工程学院目 录1. 引 言 11.1 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

2、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1 引 言1.1. 设计意义电动机作为最主要的动力源，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

3、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 图

4、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，

5、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（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

6、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

7、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“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、）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，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

9、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

10、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

11、/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D

12、AC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BC

13、D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。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。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6

14、4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LE

15、D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） 工作原理如图3.6所示，可变电阻接ADC0808转变成相应电压的数字信号，单片机通过P0口读取，再由P1口输出与转速相应的8位BCD编码到MAX7219。经由MAX7219处理后通过四位数码管显示出来。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。 图3.6 显示电路的设计