單片機課程設(shè)計---基于單片機的直流電機控制

1、<p>　　《單片機原理及應(yīng)用》</p><p><b>　　課程設(shè)計說明書</b></p><p>　　設(shè)計題目：基于單片機的直流電機控制</p><p>　　設(shè)計時間：2012年5月21日～2012年6月2日</p><p><b>　　目 錄</b></p><

2、p>　　摘要…………………………………………………………………………………………………2</p><p>　　1 引言………………………………………………………………………………………………3</p><p>　　2總體設(shè)計方案……………………………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 計原理及相關(guān)說明………………

3、………………………………………………………3</p><p>　　2.2總體設(shè)計框圖………………………………………………………………………………3</p><p>　　3各芯片設(shè)計及對其的調(diào)用………………………………………………………………………4</p><p>　　3.1 STC90C516RD+單片機主控模塊…………………………………………………………4&l

4、t;/p><p>　　3.2 DAC0832模塊…………………………………………………………………………5</p><p>　　3.2.1DAC0832工作原理引腳功能及結(jié)構(gòu)…………………………………………………………6</p><p>　　3.3 UA741電流電壓轉(zhuǎn)換…………………………………………………………………7</p><p>　　

5、3.3.1 UA741的主要參數(shù)………………………………………………………………8</p><p>　　3.3.2 UA741的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)………………………………………………………9</p><p>　　3.4 電流放大模塊………………………………………………………9</p><p>　　4 系統(tǒng)軟件設(shè)計…………………………………………………………………………

6、………9</p><p>　　結(jié)論……………………………………………………………………………………………13</p><p>　　參考文獻…………………………………………………………………………………………13</p><p>　　基于單片機的直流電機控制</p><p>　　摘要：該設(shè)計是基于STC90C516RD+單片機，DAC0832，

7、UA741的直流電機控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用的直流電機的額定電壓為1.5V,額定電流為0.2A的小功率的直流有刷電機。通過單片機的外部中斷0和外部中斷1來控制DA轉(zhuǎn)化器輸出不同的電流值,通過集成運放器UA741將電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號。該電壓信號通過電流放大直接加在直流電機，可以實現(xiàn)電機的無極調(diào)速。該系統(tǒng)還有可以顯示電機的轉(zhuǎn)速的模塊，通過開關(guān)霍爾傳感器，4位七段數(shù)碼管顯示電機的速度。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：直

8、流電機調(diào)速 單片機 電機速度顯示</p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　本設(shè)計實現(xiàn)對直流電機的速度控制并且顯示直流電機的速度，8位的DA轉(zhuǎn)換器的8個輸入口分別與單片機的P1口相連。通過與單片機的外部中斷0和外部中斷1，對應(yīng)的P3.2，P3.3口相連的按鍵控制使DA轉(zhuǎn)換器輸出不同的控制信號，該控制信號通過晶體管電流放大驅(qū)動直流電機。直流電機的

9、速度顯示通過霍爾傳感器將電機的轉(zhuǎn)換成脈沖信號，通過單片機的定時器中斷對脈沖進行計數(shù)，計數(shù)值通過譯碼器使數(shù)碼管譯碼顯示速度值。</p><p><b>　　2 總體設(shè)計方案</b></p><p>　　2.1設(shè)計原理及相關(guān)說明</p><p>　　設(shè)計原理：利用DA0832將單片機P1口輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換電流信號，利用UA741集成運放器將DA轉(zhuǎn)

10、換器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換電壓信號，并分別利用P3.0端口和P3.1端口與DA0832的選通端口WR2和XFER上，控制DA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換方式。集成運放輸出的電壓信號同過S8050組成的復(fù)合管將電流信號進行放大以驅(qū)動直流電機。速度顯示通過開關(guān)霍爾傳感器3144E，將邊緣吸附有小磁片的圓盤固定在電機的轉(zhuǎn)軸上，當電機轉(zhuǎn)動時，小磁片隨著圓盤一起轉(zhuǎn)動。當小磁片的S極靠近霍爾傳感器的正面時，霍爾傳感器輸出一個脈沖。通過單片機的定時器T0對直流電機的轉(zhuǎn)速

11、進行計數(shù)。計數(shù)值通過單片機的P1口和P2口輸出，譯碼器CD4543驅(qū)動七段數(shù)碼管譯碼顯示。</p><p><b>　　2.2總體設(shè)計框圖</b></p><p>　　直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計框圖如圖1所示：</p><p>　　圖1 直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計框圖</p><p>　　3 各芯片的設(shè)計及其調(diào)用</p>

12、<p>　　3.1 STC90C516RD+單片機主控模塊</p><p>　　單片機的主控模塊如圖2，它以單片機STC90C516RD+為核心，STC90C516RD+系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051系列單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。針對電機控制，強干擾場合。其主要性能特點如下：</p>

13、<p>　　增強型8051CPU，1T，單時鐘/機器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051；工作電壓：5.5V-3.5V；工作頻率范圍：0-35MHz，相當于普通8051的0-420MHz；用戶應(yīng)用程序空間64K字節(jié)；片上集成256字節(jié)RAM；通用I/O口（32個），復(fù)位后為：準雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口）；可設(shè)置成4種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅(qū)動能力均能達到20m

14、A,但整個芯片最大不要超過120mA；ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載應(yīng)用程序，數(shù)秒即可完成一片；有EEPROM功能；看門狗；具備雙串口；工作溫度范圍：-40 - +85oC（工業(yè)級），0 – 75oC（商業(yè)級）；40管腳封裝</p><p>　　由圖2可知，單片機的18和19管腳接時鐘電路，19管腳接外部晶振和微調(diào)電容的一端

15、，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸入，18管腳接外部晶振和微調(diào)電容的另一端，在片內(nèi)它是振蕩器倒相放大器的輸出，9引腳是復(fù)位輸入端，接上電容、電阻及開關(guān)后構(gòu)成上電復(fù)位電路。31管腳，當只訪問內(nèi)部程序存儲器時該管腳直接接高電平。端口P0，P1，P2，P3為單片機的輸入和輸出端口，特別的當P0輸出高電平時，必須接上拉電阻。其中P0端口可以做8位的數(shù)據(jù)總線和地址總線，P2端口可以作為8位的地址總線。P3端口還可以作為中斷的輸入端口復(fù)用。29引腳為

16、程序存儲器允許輸出控制端，當單片機訪問外部程序存儲器時，此引腳輸出的低電平作為讀外部程序存儲器的選通信號。30引腳ALE，為地址鎖存允許信號，當單片機上電正常工作時，ALE引腳不斷地輸出正脈沖信號。</p><p>　　圖2 主控制器 STC90C516RD+</p><p>　　3.2 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　圖3 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換模

17、塊</p><p>　　DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器，是八位并口輸入，轉(zhuǎn)換速度是中速其建立時間為1us,轉(zhuǎn)換一次數(shù)據(jù)總共需要約36us。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬的電流信號，轉(zhuǎn)換電流的大小取決于從單片機并口輸入的數(shù)字量的大?。ǎ?。集成芯片內(nèi)部有兩級輸入的寄存器，分別為輸入寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。DAC0832芯片具備雙緩沖，單緩沖，直通三種的輸入方式，以便于適用各種電路的需要（如要求多路D/A異步輸入，同步轉(zhuǎn)換等）。并且該芯片

18、價格低廉，由于它體積小，兼容性，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，其目前已經(jīng)有很高的普及率。。</p><p>　　3.2.1 DAC0832的結(jié)構(gòu)及工作原理及引腳功能</p><p>　　美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。下圖為其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)圖。此系統(tǒng)中DAC0832的寄存器工作方式，輸入寄存器直通（直接接低電平），而數(shù)據(jù)寄存器通過和單片機的P3.6，P3

19、.7口相連，通過程序使單片機控制其選通。當單片機的P0口分別輸出0~256的數(shù)字量時，（二進制數(shù)00000000~11111111）通過上式可知，DA轉(zhuǎn)換器輸出端Iout1輸出的電流值范圍（）。</p><p>　　CS_ 片選使能，低電平芯片使能。</p><p>　　· Iout1 模擬輸出通道0。</p><p>　　· Iout2 模擬輸

20、出通道1。</p><p>　　· AGND,DGND ,GNN芯片參考0 電位（地）。</p><p>　　· DI 數(shù)據(jù)信號輸入，選擇通道控制。</p><p>　　· DO 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。</p><p>　　·Rfb為接集成運放的輸出內(nèi)有15k的反饋電阻。</p>&

21、lt;p>　　· Vcc/VREF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）</p><p>　　· WR1，WR2，XFER分別控制輸入寄存器和數(shù)據(jù)寄存器的選通，從而使芯片有三種輸入方式且低電平有效。</p><p>　　3.2 UA741電流電壓轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　集成運放對DA轉(zhuǎn)換器的輸出電流的轉(zhuǎn)換過程，理想的集成運放的電壓增益和輸入

22、電阻可以看成無窮大，因此可以用虛斷和虛短來分析此轉(zhuǎn)換電路。有下圖可知，UA741集成運放器才用雙電源供電，DAC0832的Iout1和Iout2分別與集成運放的反向輸入端和同向輸入端相接。同向輸入端和Iout2直接接地，集成運放的輸出端直接接DAC0832的9引腳Rfb端。由于Rfb端口有一個15K的電阻直接DA轉(zhuǎn)換器的AGND。因此由集成運放組成的反向比例放大電路，又深度負反饋的原理可知。集成運放的輸出電壓。</p>&

23、lt;p>　　3.3.1 UA741集成運放的主要參數(shù)</p><p>　　741系列集成運放代表有UA741M，UA741I,UA741C(單運放)是高增益運算放大器，應(yīng)用范圍很廣，既可以工業(yè)，商業(yè)也可以用于軍事。這類單片硅集成電路器件可以提供輸出短路保護和閉鎖自由運作。工作溫度最大范圍為-55c ~125c。下圖為其參數(shù)</p><p>　　3.3.2 UA741 的外形和內(nèi)部結(jié)

24、構(gòu)</p><p>　　3.3 電流放大模塊</p><p>　　電流放大電路就是由兩個NPN(8050)三極管構(gòu)成的復(fù)合管以驅(qū)動直流電機。</p><p>　　4 電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define uchar unsigne

25、d char </p><p>　　#define uint unsigned int</p><p>　　sbit WR2 =P3^6;</p><p>　　sbit XRFR =P3^7;</p><p>　　uchar code a[]={0x00,0x01,0x02,0x03,0x04,0x05,0x06,0x07,0x08,0x09

26、,0x0a,0x0b,0x0c,0x0d,0x0e,0x0f,</p><p>　　0x10,0x11,0x12,0x13,0x14,0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1f,0x20,0x21,0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28,0x29,0x2a,0x2b,0x2c,0x2d,0x2e,0x2f,</p

27、><p>　　0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3a,0x3b,0x3c,0x3d,0x3e,0x3f,0x40,0x41,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4a,0x4b,0x4c,0x4d,0x4e,0x4f,</p><p>　　0x50,0x51,0x52,0x53,

28、0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,0x59,0x5a,0x5b,0x5c,0x5d,0x5e,0x5f,0x60,0x61,0x62,0x63,0x64,0x65,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6a,0x6b,0x6c,0x6d,0x6e,0x6f,</p><p>　　0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7a,0x

29、7b,0x7c,0x7d,0x7e,0x7f,0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8a,0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,</p><p>　　0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,0x99,0x9a,0x9b,0x9c,0x9d,0x9e,0x9f,0xa0,0xa1,0xa2

30、,0xa3,0xa4,0xa5,0xa6,0xa7,0xa8,0xa9,0xaa,0xab,0xac,0xad,0xae,0xaf,</p><p>　　0xb0,0xb1,0xb2,0xb3,0xb4,0xb5,0xb6,0xb7,0xb8,0xb9,0xba,0xbb,0xbc,0xbd,0xbe,0xbf,0xc0,0xc1,0xc2,0xc3,0xc4,0xc5,0xc6,0xc7,0xc8,0xc9,0

31、xca,0xcb,0xcc,0xcd,0xce,0xcf,</p><p>　　0xd0,0xd1,0xd2,0xd3,0xd4,0xd5,0xd6,0xd7,0xd8,0xd9,0xda,0xdb,0xdc,0xdd,0xde,0xdf,0xe0,0xe1,0xe2,0xe3,0xe4,0xe5,0xe6,0xe7,0xe8,0xe9,0xea,0xeb,0xec,0xed,0xee,0xef,</p&g

32、t;<p>　　0xf0,0xf1,0xf2,0xf3,0xf4,0xf5,0xf6,0xf7,0xf8,0xf9,0xfa,0xfb,0xfc,0xfd,0xfe,0xff};</p><p>　　uchar j=255;</p><p>　　void delay(uint m)</p><p><b>　　{</b><

33、/p><p><b>　　uchar i;</b></p><p>　　while(m--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<120;i++);</p><p><b>　　}</b></p>

34、<p><b>　　}</b></p><p>　　void INT_0() interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　P0=a[j]; </p><p><b>　　EX1=0;</b></p>&

35、lt;p><b>　　WR2=0;</b></p><p><b>　　XRFR=0;</b></p><p>　　delay(5000);</p><p><b>　　j+=20;</b></p><p><b>　　if(j>255)</b>

36、;</p><p><b>　　j=0;</b></p><p><b>　　EX1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void INT_1()interrupt 2</p><p><b>　　{<

37、;/b></p><p><b>　　P0=a[j]; </b></p><p><b>　　EX0=0;</b></p><p><b>　　WR2=0;</b></p><p><b>　　XRFR=0;</b></p><p

38、>　　delay(5000);</p><p><b>　　j-=20;</b></p><p><b>　　if(j<0)</b></p><p><b>　　j=255;</b></p><p><b>　　EX0=1;</b></

39、p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p>　　{ P2=0x00;</p><p><b>　　P1=0x00;</b></p><p><b>　　IE=0x85;</b></p>&l

40、t;p><b>　　IT0=1;</b></p><p><b>　　IT1=1;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　}}</b>

41、;</p><p>　　5 直流電機控制系統(tǒng)的PROTELL電路圖</p><p>　　6 直流電機控制系統(tǒng)的PROTEUS仿真</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在做這次課程設(shè)計的整個過程中，我明白了很多東西，同時也鍛煉了動手能力。也許我們理論知識學(xué)的還不錯，但真正的動起手來，卻常常力不從

42、心。從對課題很茫然不知所措，到查閱資料才了解一些。最終在老師的指導(dǎo)下才完成了任務(wù)。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1 黃友銳,編著.單片機原理及應(yīng)用.合肥工業(yè)大學(xué)出版社.2006.10</p><p>　　2 彭偉，編著。C語言程序設(shè)計實訓(xùn)100例——基于8051+proteus仿真</p>