基于单片机的电机测速及显示课程设计样本.doc
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1、资料内容仅供您学习参考,如有不当之处,请联系改正或者删除。单片机创新设计报告设计题目: 基于单片机的电机测速及显示 学 院: 机电工程学院 专 业: 测控技术与仪器 班级学号: 071 姓 名: 董新彬 同组人员: 李爽、 朱浩波 指导教师: 王军 冯梅林 设计时间: 、 10、 10- 、 10、 30 单片机简介21.1单片机历史21.2 AT89C51的主要特性31.3管脚说明41.4振荡器特性71.5芯片擦除7二、 硬件电路的设计82.1 AT89C51下载器部分82.2电机驱动部分11三、 程序设计163.1 下载器程序163.2电机测速程序24四、 总结37五、 参考文献38单片机
2、简介单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲: 一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、 质量轻、 价格便宜、 为学习、 应用和开发提供了便利条件。同时, 学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。1.1单片机历史1) 第一阶段( 1976-1978) : 单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域的控索, 参与这一控索的公司还有Motorola 、 Zilog等, 都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代, ”单机片”一词即由此而来。2) 第二阶段( 1978-1982) 单片机的完
3、善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、 典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构, 包括8位数据总线、 16位地址总线、 控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善, 而且增加了许多突出控制功能的指令。 3) 第三阶段( 1982-1990) : 8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段, 也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机,
4、 将一些用于测控系统的模数转换器、 程序运行监视器、 脉宽调制器等纳入片中, 体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用, 许多电气厂商竞相使用80C51为内核, 将许多测控系统中使用的电路技术、 接口技术、 多通道A/D转换部件、 可靠性技术等应用到单片机中, 增强了外围电路路功能, 强化了智能控制的特征。 4) 第四阶段( 1990) : 微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用, 出现了高速、 大寻址范围、 强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机, 以及小型廉价的专用型单片机1.2 AT89C51的主要特性与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪
5、烁存储器 寿命: 1000写/擦循环数据保留时间: 全静态工作: 0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32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, 它能够被定义为数据/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: P
6、1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。 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
7、。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: P3.0 RXD( 串行输入口) P3.1 TXD( 串行输出口) P3.2 /INT0( 外部中断0) P3.3 /INT
8、1( 外部中断1) P3.4 T0( 记时器0外部输入) P3.5 T1( 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
9、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。/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) , 不论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,
10、 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。该反向放大器能够配置为片内振荡器。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经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经过正确的控制信号组合, 并保持ALE管脚处于低电平10ms
11、 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。 另外, AT89C51设有稳态逻辑, 能够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的内容而且冻结振荡器, 禁止所用其它芯片功能, 直到下一个硬件复位为止。二、 硬件电路的设计2.1 AT89C51下载器部分SP-51Pro( 即Easy51pro) 编程器能够烧录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
12、的芯片支持当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,因此烧写成功率高能够达到100, 烧写速度很快而且烧写速度和微机的档次无关。2.采用57600高速波特率进行数据传送,编程速度能够和一般并行编程器相媲美,经测试,烧写一片4K ROM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
13、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, 能够保护您的创作产权。能够说是麻雀虽小, 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系列芯片的重复烧写次数都能达到1000以上! 内部数据至少保存 。9.因为
14、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。4.接着安装软件, 本软件支持Win9x/me/ /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Easy 51Pro 2_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。
15、 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, 就能够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”能够保存读出来的文件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
16、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) 。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。根据不同三极管正确导通情况, 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4-3 H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。
17、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4-4 H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4-5 H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
18、了三极管外没有其它任何负载, 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, 在实际驱动电路中一般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个非门经过提供一种方向输人, 能够保证任何时候在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。) 图4-6 具有使能控制和方向
19、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DIRL信号为0, DIRR信号为1, 而且使能信号是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DIRL信号变为1, 而DIRR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、 电机和控制信号就能够使用了, 在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常见的L293D、 L298N、 TA7257P、 SN
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