单片机-电机调速-1602显示

滨江学院课程设计题目基于单片机的电机转速控制院系信息与控制专业自动化班级三负责人尤崇森指导教师周旺平二〇一〇年十二月二十八日目录一、系统设计要求及思路单片机设计报告第2页共18页21.1设计要求---------------------------------------------------------------------31.2设计思路---------------------------------------------------------------------3二、硬件系统2.1稳压电路---------------------------------------------------------------------32.289c51简介--------------------------------------------------------------------42.3晶振，复位电路设计------------------------------------------------------52.4电机驱动电路---------------------------------------------------------------62.5电机测速电路---------------------------------------------------------------82.6LCD显示---------------------------------------------------------------------9三、软件系统3.1PWM波形产生-------------------------------------------------------------113.2程序流程图-----------------------------------------------------------------13四、系统调试4.1软件调试--------------------------------------------------------------------174.2硬件连线--------------------------------------------------------------------18五、设计总结参考文献附录一设计人员分布清单---------------------------------------------------19附录二元器件清单------------------------------------------------------------20单片机设计报告第3页共18页3第一章系统设计要求及思路1.1设计要求运用单片机的控制原理，设计一个采用闭环反馈控制的电机转速调节系统。用闭环控制原理快速调节电机转速，从而实现电机的正转，反转，停止，加速，减速，并通过LCD显示屏显示电机的实际转速，设定转速。1.2设计思路首先将单片机作为控制中枢，从按钮源接收到电机各种动作的信号，接着由单片机调制PWM信号发出指令，经过H桥电机驱动电路，控制电机执行相应的动作，之后采用光电元件组成的测速电路检测出电机转速，输送到单片机进行误差计算，进而再调制PWM的信号控制电机加速减速等动作，如此反复，直到电机达到设定的电机转速。第二章硬件系统2.1稳压电路电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78××系列和负电压输出的79××系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子像是普通的三极管，TO-220的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为使用方便，故经常采用。图1稳压电路2.2AT89C51简介单片机设计报告第4页共18页4AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁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100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AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。外形及引脚排列如图所示图2AT89C51管脚说明：（1）VCC：供电电压。（2）GND：接地。（3）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，它可以被定义为数据/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。（4）P1口：P1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。（5）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。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。（6）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，如下所示：P3.0RXD（串行输入口）单片机设计报告第5页共18页5P3.1TXD（串行输出口）P3.2/INT0（外部中断0）P3.3/INT1（外部中断1）P3.4T0（记时器0外部输入）P3.5T1（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。（7）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。（8）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。（9）/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。（10）/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管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，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）。（11）XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。（12）XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.3晶振，复位电路的设计晶振电路单片机是一种时序电路，必须提供脉冲信号才能正常工作，在单片机内部已集成了振荡器，使用晶体振荡器，接18、19脚。只要买来晶振，电容，连上就可以了，其电路图如图4所示。XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出，该反向放大器可以配置为片内振荡器[2]。单片机设计报告第6页共18页6图3晶振电路复位电路在上电或复位过程中，控制CPU的复位状态：这段时间内让CPU保持复位状态，而不是一上电或刚复位完毕就工作，防止CPU发出错误的指令、执行错误操作，也可以提高电磁兼容性能。无论用户使用哪种类型的单片机，总要涉及到单片机复位电路的设计。而单片机复位电路设计的好坏，直接影响到整个系统工作的可靠性。许多用户在设计完单片机系统，并在实验室调试成功后，在现场却出现了“死机”、“程序走飞”等现象[3]，这主要是单片机的复位电路设计不可靠引起的。电路如图5所示。图4复位电路2.3电机驱动电路L298是SGS的产品，比较常见的是MuLtiwatt封装的L298N,内部同样包含4道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压，可以直接用单片机的IO口来提供信号，而且电路简单，实用方便。L298N可接受标准的TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5~7V电压。4脚VS接电源电压，输出电流为2.5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电源采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机。本实验我们选用驱动一台单片机设计报告第7页共18页7电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机正反转，ENA,ENB接控制使能端，控制电机的停转。L298芯片管脚说明：（1）SENSA：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。（2）OUT1：输出端，与M1对应。（3）OUT2：输出端，与M2对应。（4）VS：电源，用来给电动机供电。（5）IN1：输入端。（6）ENA：使能端，和M1、M2配合使用。（7）IN2：输入端。（8）GND：接地。（9）VCC：电源，用来给芯片供电。（10）IN3：输入端（11）ENB：使能端，和M3、M4配合使用。（12）IN2：输入端。（13）OUT3：输出端，与M3对应。（14）OUT4：输出端，与M4对应。单片机设计报告第8页共18页8（15）SENSB：电流监测端，H桥的电流反馈脚，不用时可直接接地。2.5电机测速电路本设计采用的是红外传感器（由红外线发射管、红外线接收管构成的红外计数电路）红外线发射管简介：红外线发射管也称红外线发射二极管，属于二极管类。它是可以将电能直接转换成近红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光电开关及遥控发射电路中。红外线发射管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。产品参数：发射距离、发射角度（15度、30度、45度、60度、90度、120度、180度）、发射的光强度、波长。以上决定红外线发射管产品的主要性能及使用范围。红外线接收管特征与原理：红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的