单片机控制直流电机并测速(电压AD、DA转换以及pwm按键调速正转反转)要点.pdf
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1、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 单片机原理及应用 课程设计报告书 目录 1. 引 言. 1 1.1 设计意义 1 1.2 系统功能要求 1 2. 方案设计 . 1 3. 硬件设计 . 3 3.1 AT89C51最小系统 3 3.2 按键电路 4 3.3 A/D 转换模块 . 4 3.4. D/A 转换模块 6 3.5 电机转速测量电路 7 3.6 显示电路 8 3.7 总电路图 10 4. 软件设计 . 111 4.1 系统主程序设计 12 4.2 按键扫描
2、程序设计 12 4.3 显示子程序 12 4.4 定时中断处理程序 12 4.5 A/D 转换程序 13 5. 系统调试 . 14 6. 设计总结 . 16 7. 参考文献 . 17 8. 附 录 A;源程序 . 18 9. 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 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
3、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
4、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 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 2 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
5、 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。 单片机DAC0832 数码驱动 按键控制 ADC0808 电压信号 信号放大 驱动电机 数码显示 光电管脉冲 计数 用单片机控制直流电动机并测量转速单片机原理及应
6、用课程设计 3 3 硬件设计 3.1 AT89C51 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 多功能 8 位 CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL 的 AT
7、89C51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 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 4 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
8、 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“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
9、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,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。
10、 START 上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿 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 5 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
11、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,
12、 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。 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 6 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
13、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; 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 7 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
14、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 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 8 (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 AT89C
15、51 ,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。 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) MAX7219 MAX7219/MAX7221 是一种集成化的串行输入/
16、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 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 9 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
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