單片機課程設計報告-用DAC0808設計直流電動機調速器-單片機89C51-Keil-Proteus

..1引言隨著微電子技術的不斷開展與進步，微處理器芯片的集成程度越來越高，單片機已可以在一塊芯片上同時集成CPU、存儲器、定時器／計數(shù)電路，這就很容易將計算機技術與測量控制技術結合，組成智能化測量控制系統(tǒng)。在現(xiàn)代工業(yè)中，直流電動機作為電能轉換的傳動裝置，被廣泛應用于機械、冶金、石油、化工、國防等工業(yè)部門中。直流電動機是將直流電能轉換為機械能的電動機。因其良好的調速性能而在電力拖動中得到廣泛應用。隨著對生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質量的要求不斷提高和產(chǎn)量的增長，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)自動調速。直流調速系統(tǒng)的開展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新開展成就。正是這些技術的進步使直流調速系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。其中電機的控制局部已經(jīng)由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并向全數(shù)字控制方向快速開展。本文設計了用DAC0808設計直流電動機調速器的根本方案，闡述了該調速器系統(tǒng)的根本構造、工作原理、運行特性及其設計方法。本系統(tǒng)用電壓表測量直流電動機的轉速，用MCS-51單片機輸出數(shù)字信號通過DAC0808芯片實現(xiàn)數(shù)模轉換，從而輸出模擬電壓來控制調節(jié)直流電動機的轉速。本設計主要研究利用單片機及DAC0808實現(xiàn)數(shù)模轉換調速，直流電機的控制和測量方法，從而對直流電機的調速控制精度、響應速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。2設計總體方案2.1設計要求根本要求：使用AT89C51單片機為核心，使用數(shù)模轉換元件DAC0808對單片機輸出的數(shù)字信號進展轉換，輸出模擬信號驅動直流電動機。具體要求：在設計中，設計8個按鍵對應直流電動機的8擋不同轉速，按下不同按鍵時，電動機將以不同速度轉動，在8個按鍵中取一個按鍵為直流電動機轉動停頓按鍵。8擋不同轉速的設定由學生自己決定。仿真：控制程序在Keil軟件中編寫，編譯，整個控制電路在Proteus仿真軟件中連接調示。2.2設計思路〔1〕根據(jù)設計要求，選擇AT89C51單片機為核心控制器件，并編寫相應控制程序。〔2〕D/A轉換采用DAC0808實現(xiàn)，與單片機的接口為P0口，采用運放電路輸出電壓模擬量對直流電動機調速?！?〕直流電動機有8擋轉速，分別由8個按鍵通過連接單片機的P1口控制，8個按鍵H-A，轉速依次升高，A按鍵轉速最大，其中H按鍵為直流電動機停轉鍵。〔4〕直流電動機的轉速由與其并聯(lián)的電壓表顯示，電壓越大，轉速越快。2.3設計方案直流電機調速系統(tǒng)硬件以MCS-51單片機為控制核心，包括電源電路、按鍵控制電路、單片機控制、數(shù)模轉換、電機驅動電路、轉速顯示等局部。硬件電路設計系統(tǒng)框圖如圖1所示。圖1直流電機調速系統(tǒng)框圖3硬件電路設計3.1DAC0808的簡介DAC0808的管腳圖及各引腳功能：圖2DAC0808引腳圖DAC0808是8分辨率的D/A轉換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個DA芯片以其價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優(yōu)點，在單片機應用系統(tǒng)中得到廣泛的應用。D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。DAC0808構造：D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否那么鎖存器的數(shù)據(jù)會出錯)；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效；000000CS：片選信號輸入線〔選通數(shù)據(jù)鎖存器〕，低電平有效；WR1：數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負脈沖〔脈寬應大于500ns〕有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產(chǎn)生LE1，當LE1為高電平時，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換，LE1的負跳變時將輸入數(shù)據(jù)鎖存；XFER：數(shù)據(jù)傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖〔脈寬應大于500ns〕有效；WR2：DAC存放器選通輸入線，負脈沖〔脈寬應大于500ns〕有效。由WR1、XFER的邏輯組合產(chǎn)生LE2，當LE2為高電平時，DAC存放器的輸出隨存放器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數(shù)據(jù)鎖存器的容打入DAC存放器并開場D/A轉換。IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC存放器的容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)；Rfb：反應信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的圍為+5V～+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的圍為-10V～+10V；AGND：模擬信號地DGND：數(shù)字信號地3.2單片機系統(tǒng)AT89C51性能AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片含有4KB的可反復擦寫的只讀程序存儲器和128字節(jié)的隨機存儲器。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容，由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，它為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51功能性能:與MCS-51成品指令系統(tǒng)完全兼容；4KB可編程閃速存儲器；壽命：1000次寫/擦循環(huán)；數(shù)據(jù)保存時間：10年；全靜態(tài)工作：0-24MHz；三級程序存儲器鎖定；128*8B部RAM；32個可編程I/O口線；2個16位定時/計數(shù)器；5個中斷源；可編程串行UART通道；片震蕩器和掉電模式。3.2.2AT89CT89C51提供以下標準功能：4KB的Flash閃速存儲器，128B部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時/計數(shù)器，一個5向量兩級中斷構造，一個全雙工串行通信口，片震蕩器及時鐘電路，同時，AT89C51可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停頓CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作，掉電方式保存RAM中的容，但震蕩器停頓工作并制止其他所有工作直到下一個硬件復位。AT89C51采用PDIP封裝形式，引腳配置如圖3所示。圖3AT89C51的引腳圖AT89C51芯片的各引腳功能為：P0口：這組引腳共有8條，P0.0為最低位。這8個引腳有兩種不同的功能，分別適用于不同的情況，第一種情況是89C51不帶外存儲器，P0口可以為通用I/O口使用，P0.0-P0.7用于傳送CPU的輸入/輸出數(shù)據(jù)，這時輸出數(shù)據(jù)可以得到鎖存，不需要外接專用鎖存器，輸入數(shù)據(jù)可以得到緩沖，增加了數(shù)據(jù)輸入的可靠性；第二種情況是89C51帶片外存儲器，P0.0-P0.7在CPU訪問片外存儲器時先傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P0口為開漏輸出，在作為通用I/O使用時，需要在外部用電阻上拉。P1口：這8個引腳和P0口的8個引腳類似，P1.7為最高位，P1.0為最低位，當P1口作為通用I/O口使用時，P1.0-P1.7的功能和P0口的第一功能一樣，也用于傳送用戶的輸入和輸出數(shù)據(jù)。P2口：這組引腳的第一功能與上述兩組引腳的第一功能一樣即它可以作為通用I/O口使用，它的第一功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但并不是像P0口那樣傳送存儲器的讀/寫數(shù)據(jù)。P3口：這組引腳的第一功能和其余三個端口的第一功能一樣，第二功能為控制功能，每個引腳并不完全一樣，如下表1所示：表1P3口各位的第二功能P3口各位第二功能P3.0RXT〔串行口輸入〕P3.1TXD〔串行口輸出〕P3.2/INT0〔外部中斷0輸入〕P3.3/INT1(外部中斷1輸入)P3.4T0〔定時器/計數(shù)器0的外部輸入〕P3.5T1〔定時器/計數(shù)器1的外部輸入〕P3.6/WR〔片外數(shù)據(jù)存儲器寫允許〕P3.7/RD〔片外數(shù)據(jù)存儲器讀允許〕Vcc為+5V電源線，Vss接地。ALE：地址鎖存允許線，配合P0口的第二功能使用，在訪問外部存儲器時，89C51的CPU在P0.0-P0.7引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器讀/寫數(shù)據(jù)。在不訪問片外存儲器時，89C51自動在ALE線上輸出頻率為1/6震蕩器頻率的脈沖序列。該脈沖序列可以作為外部時鐘源或定時脈沖使用。:片外存儲器訪問選擇線，可以控制89C51使用片ROM或使用片外ROM,假設=1，那么允許使用片ROM,假設=0，那么只使用片外ROM。：片外ROM的選通線，在訪問片外ROM時，89C51自動在線上產(chǎn)生一個負脈沖，作為片外ROM芯片的讀選通信號。RST：復位線，可以使89C51處于復位(即初始化)工作狀態(tài)。通常89C51復位有自動上電復位和人工按鍵復位兩種。XTAL1和XTAL2：片震蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調電容，即用來連接89C51片OSC(震蕩器)的定時反應回路。3.3復位電路和時鐘電路復位電路設計單片機在啟動運行時都需要復位，使CPU和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開場工作。MCS-51單片機有一個復位引腳RST,采用施密特觸發(fā)輸入。當震蕩器起振后，只要該引腳上出現(xiàn)2個機器周期以上的高電平即可確保時器件復位。復位完成后，如果RST端繼續(xù)保持高電平，MCS-51就一直處于復位狀態(tài)，只要RST恢復低電平后，單片機才能進入其他工作狀態(tài)。單片機的復位方式有上電自動復位和手動復位兩種，本系統(tǒng)采用的是51系列單片機常用的上電復位和手動復位組合電路，只要Vcc上升時間不超過1ms，它們都能很好的工作。時鐘電路設計單片機中CPU每執(zhí)行一條指令，都必須在統(tǒng)一的時鐘脈沖的控制下嚴格按時間節(jié)拍進展，而這個時鐘脈沖是單片機控制中的時序電路發(fā)出的。CPU執(zhí)行一條指令的各個微操作所對應時間順序稱為單片機的時序。MCS-51單片機芯片部有一個高增益反相放大器，用于構成震蕩器，XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器輸出端，但形成時鐘電路還需附加其他電路。本設計系統(tǒng)采用部時鐘方式，利用單片機部的高增益反相放大器，外部電路只需要一個晶振和2個電容即可。電路中的器件選擇可以通過計算和實驗確定，也可以參考一些典型電路的參數(shù)，電路中，電容器C1和C2對震蕩頻率有微調作用，通常的取值圍是30±10pF，在這個系統(tǒng)中選擇了30pF；石英晶振選擇圍最高可選24MHz，它決定了單片機電路產(chǎn)生的時鐘信號震蕩頻率，在本系統(tǒng)中選擇的是12MHz，因而時鐘信號的震蕩頻率為12MHz。圖4復位時鐘電路圖3.4按鍵電路及直流電機控制8個按鍵A-H控制直流電動機轉速，A、B、C、D、E、F、G各轉速按鍵控制轉動速度依次降低，H為直流電動機轉動停頓按鍵。電動機轉速通過并聯(lián)在其兩端的電壓表顯示其兩端電壓，電壓值越大，轉速越高。〔可選用顯示轉速的直流電動機，但由于轉速顯示短時間無法穩(wěn)定，由直流電動機工作原理轉速與其電壓成正比，可用電壓表顯示其轉速?！硤D5按鍵電機電路圖仿真用DAC0808設計直流電動機調速器已經(jīng)完成，就可以選取相應的芯片和元器件，利用Proteus軟件繪制出硬件的原理，并仔細地檢查修改，直至形成完善的硬件原理圖。但要真正實現(xiàn)電路對電壓的測量和顯示的功能，還需要有相應的軟件配合，才能到達設計要求。軟件調試的主要任務是排查錯誤，錯誤主要包括邏輯和功能錯誤，這些錯誤有些是顯性的，而有些是隱形的，可以通過仿真開發(fā)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)逐步改正。Proteus軟件可以對基于微控制器的設計連同所有的周圍電子器件一起仿真，用戶甚至可以實時采用諸如LED/LCD、鍵盤、RS232終端等動態(tài)外設模型來對設計進展交互仿真。Proteus支持的微處理芯片包括8051系列、AVR系列、PIC系列、HC11系列及Z80等等。Proteus可以完成單片機系統(tǒng)原理圖電路繪制、PCB設計，更為顯著點的特點是可以與uVisions3IDE工具軟件結合進展編程仿真調試。本系統(tǒng)的調試主要以軟件為主，其中，系統(tǒng)電路圖的繪制和仿真我采用的是Proteus軟件，而程序方面，采用的是匯編語言，用Keil軟件將程序〔見附錄〕寫入單片機。組圖6操作截圖5結論由上所述，用DAC0808設計直流電動機調速器根本完成。但設計中的缺乏之處仍然存在。這次設計是我第一次用Keil和Proteus實現(xiàn)了仿真。在這過程中，我對電路設計，單片機的使用等都有了新的認識。通過這次設計學會了Proteus和Keil軟件的使用方法，掌握了從系統(tǒng)的需要、方案的設計、功能模塊的劃分、原理圖的設計和電路圖的仿真的設計流程，積累了不少經(jīng)歷。本系統(tǒng)采用電壓表測量電動機的轉速，用MCS-51單片機對直流電機的轉速進展控制，用DAC0808芯片實現(xiàn)輸出模擬電壓值來控制直流電動機的轉速。本設計主要研究直流電機的控制和測量方法，從而對電機的控制精度、響應速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。通過本次設計，我對單片機這門課有了進一步的了解。無論是在硬件連接方面還是在軟件編程方面。本次設計采用了AT89C51單片機芯片，與以往的單片機相比增加了許多新的功能，使其功能更為完善，應用領域也更為廣泛。設計中還用到了數(shù)/模轉換芯片DAC0808，以前在學單片機課程時只是對其理論知識有了初步的理解。通過這次設計，對它的工作原理有了更深的理解。在調試過程中遇到很多問題，硬件上的理論知識學得不夠扎實，對電路的仿真方面也不夠熟練?？傊@次電路的設計和仿真，根本上到達了設計的功能要求。在以后的實踐中，我將繼續(xù)努力學習電路設計方面的理論知識，并理論聯(lián)系實際，爭取在電路設計方面能有所提升。附錄：程序代碼..ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINSERORG0030HMAIN:SETBEX0 SETBIT0 SETBEA MOVP0,0 MOVP1,#0FFHHERE:SJMPHEREORG0200HINSER:JNBP1.0,L0J