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1、单片机课程设计说明书1 引言随着微电子技术的不断进展与进步，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已可以在一块芯片上同时集成 CPU、存储器、定时器计数电路，这就很简洁将计算机技术与测量掌握技术结合，组成智能化测量掌握系统。在现代工业中，直流电动机作为电能转换的传动装置，被广泛应用于机械、冶金、石油、化工、国防等工业部门中。直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。直流调速系统的进展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动掌握技术和微机
2、应用技术的最进展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的掌握局部已经由模拟掌握渐渐让位于以单片机为主的微处理器掌握，形成数字与模拟的混合掌握系统和纯数字掌握系统，并向全数字掌握方向快速进展。本文设计了用 DAC0808 设计直流电动机调速器的根本方案，阐述了该调速器系统的根本构造、工作原理、运行特性及其设计方法。本系统用电压表测量直流电动机的转速，用 MCS-51 单片机输出数字信号通过 DAC0808 芯片实现数模转换，从而输出模拟电压来掌握调整直流电动机的转速。本设计主要争论利用单片机及 DAC0808 实现数模转换调速，直流电机的掌握和测量方法，从而对直流电机
3、的调速掌握精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。2 设计总体方案2.1 设计要求根本要求：使用 AT89C51 单片机为核心，使用数模转换元件 DAC0808 对单片机输出的数字信号进展转换，输出模拟信号驱动直流电动机。具体要求：在设计中，设计8 个按键对应直流电动机的 8 挡不同转速，按下不同按键时，电动机将以不同速度转动，在 8 个按键中取一个按键为直流电动机转动停顿按键。8 挡不同转速的设定由学生自己打算。仿真：掌握程序在 Keil 软件中编写，编译，整个掌握电路在 Proteus 仿真软件中连接调示。第 10 页 共 13 页2.2 设计思路（1） 依据设计要求，选择AT89C5
4、1 单片机为核心掌握器件，并编写相应掌握程序。（2） D/A 转换承受 DAC0808 实现，与单片机的接口为 P0 口，承受运放电路输出电压模拟量对直流电动机调速。（3） 直流电动机有 8 挡转速，分别由 8 个按键通过连接单片机的 P1 口掌握，8 个按键 H-A，转速依次上升，A 按键转速最大，其中 H 按键为直流电动机停转键。（4） 直流电动机的转速由与其并联的电压表显示，电压越大，转速越快。2.3 设计方案直流电机调速系统硬件以 MCS-51 单片机为掌握核心，包括电源电路、按键掌握电路、单片机掌握、数模转换、电机驱动电路、转速显示等局部。硬件电路设计系统框图如图 1 所示。图 1
5、直流电机调速系统框图3 硬件电路设计3.1 DAC0808 的简介DAC0808 的管脚图及各引脚功能：图 2 DAC0808 引脚图DAC0808 是 8 区分率的 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、接口简洁、转换掌握简洁等优点，在单片机应用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 存放器、8 位 D/A 转换电路及转换掌握电路构成。DAC0808 构造：D0D7：8 位数据输入线，TTL 电平，有效时间应大于 90ns(否则锁存器的数据会出错)；ILE：数据锁存允许掌握信号输入线，高电平有效； CS：片选信号输入线选通数
6、据锁存器，低电平有效； WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲脉宽应大于 500ns有效。由 ILE、CS、WR1 的规律组合产生 LE1，当LE1 为高电寻常，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1 的负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输掌握信号输入线，低电平有效，负脉冲脉宽应大于 500ns有效； WR2：DAC 存放器选通输入线，负脉冲脉宽应大于 500ns有效。由WR1、XFER 的规律组合产生 LE2，当LE2 为高电寻常，DAC 存放器的输出随存放器的输入而变化，LE2 的负跳变时将数据锁存器的内容打入 DAC 存放器并开头 D/A 转换。IOUT1：电流输出端 1，其值随
7、DAC 存放器的内容线性变化； IOUT2：电流输出端 2，其值与 IOUT1 值之和为一常数； Rfb：反响信号输入线，转变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度； Vcc：电源输入端，Vcc 的范围为+5V+15V；VREF：基准电压输入线，VREF 的范围为-10V+10V；AGND：模拟信号地DGND：数字信号地3.2 单片机系统3.2.1 AT89C51 性能AT89C51 是美国 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CMOS8 位单片机，片内含有 4KB 的可反复擦写的只读程序存储器和 128 字节的随机存储器。该器件承受 ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标
8、准的 MCS-51 指令集和输出管脚相兼容，由于将多功能 8 位 CPU 和闪耀存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微掌握器，它为很多嵌入式掌握系统供给了一种敏捷性高且价廉的方案。AT89C51 功能性能:与 MCS-51 成品指令系统完全兼容；4KB 可编程闪速存储器；寿命：1000 次写/擦循环；数据保存时间：10 年；全静态工作：0-24MHz；三级程序存储器锁定；128*8B 内部 RAM；32 个可编程 I/O 口线；2 个 16 位定时/计数器；5 个中断源； 可编程串行 UART 通道；片内震荡器和掉电模式。3.2.2 AT89C51 各引脚功能T8
9、9C51 供给以下标准功能：4KB 的 Flash 闪速存储器，128B 内部 RAM，32 个 I/O 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断构造，一个全双工串行通信口，片内震荡器准时钟电路，同时，AT89C51 可降至 0Hz 静态规律操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停顿 CPU 的工作，但允许 RAM，定时/计数器，串行通信口及中断系统连续工作，掉电方式保存 RAM 中的内容，但震荡器停顿工作并制止其他全部工作直到下一个硬件复位。AT89C51 承受 PDIP 封装形式，引脚配置如图 3 所示。图 3 AT89C51 的引脚图AT89C51 芯片的各引脚
10、功能为：P0 口：这组引脚共有 8 条，P0.0 为最低位。这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适用于不同的状况，第一种状况是 89C51 不带外存储器，P0 口可以为通用 I/O 口使用， P0.0-P0.7 用于传送 CPU 的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的牢靠性；其次种状况是89C51 带片外存储器，P0.0-P0.7 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU 对片外存储器的读/写数据。P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需要在外部用电阻上拉。P1 口：这 8 个引脚
11、和 P0 口的 8 个引脚类似，P1.7 为最高位，P1.0 为最低位，当P1 口作为通用 I/O 口使用时，P1.0-P1.7 的功能和 P0 口的第一功能一样，也用于传送用户的输入和输出数据。P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能一样即它可以作为通用 I/O口使用，它的第一功能和 P0 口引脚的其次功能相协作，用于输出片外存储器的高 8 位地址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P0 口那样传送存储器的读/写数据。P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能一样，其次功能为掌握功能， 每个引脚并不完全一样，如下表 1 所示：P3 口各位其次功能P3.0RXT串行口输
12、入P3.1TXD串行口输出P3.2/INT0外部中断 0 输入P3.3/INT1(外部中断 1 输入)P3.4T0定时器/计数器 0 的外部输入P3.5T1定时器/计数器 1 的外部输入P3.6/WR片外数据存储器写允许P3.7/RD片外数据存储器读允许表 1 P3 口各位的其次功能Vcc 为+5V 电源线，Vss 接地。ALE：地址锁存允许线，协作 P0 口的其次功能使用，在访问外部存储器时，89C51 的 CPU 在 P0.0-P0.7 引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器时，89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序列。该脉冲序列可以
13、作为外部时钟源或定时脉冲使用。EA :片外存储器访问选择线，可以掌握 89C51 使用片内 ROM 或使用片外 ROM,假设 EA =1，则允许使用片内 ROM, 假设 EA =0，则只使用片外 ROM。PSEN：片外 ROM 的选通线，在访问片外 ROM 时，89C51 自动在PSEN线上产生一个负脉冲，作为片外 ROM 芯片的读选通信号。RST：复位线，可以使 89C51 处于复位(即初始化)工作状态。通常 89C51 复位有自动上电复位和人工按键复位两种。XTAL1 和 XTAL2：片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容， 即用来连接 89C51 片内 OSC(震荡器)
14、的定时反响回路。3.3 复位电路和时钟电路3.3.1 复位电路设计单片机在启动运行时都需要复位，使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开头工作。MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST,承受施密特触发输入。当震荡器起振后，只要该引脚上消灭 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件复位。复位完成后，假设 RST 端连续保持高电平，MCS-51 就始终处于复位状态，只要RST 恢复低电平后，单片机才能进入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，本系统承受的是 51 系列单片机常用的上电复位和手动复位组合电路， 只要 Vcc 上升时间不超过 1ms
15、，它们都能很好的工作。3.3.2 时钟电路设计单片机中 CPU 每执行一条指令，都必需在统一的时钟脉冲的掌握下严格按时间节拍进展，而这个时钟脉冲是单片机掌握中的时序电路发出的。CPU 执行一条指令的各个微操作所对应时间挨次称为单片机的时序。MCS-51 单片机芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTAL1 为该放大器的输入端，XTAL2 为该放大器输出端，但形成时钟电路还需附加其他电路。本设计系统承受内部时钟方式，利用单片机内部的高增益反相放大器，外部电路只需要一个晶振和 2 个电容即可。电路中的器件选择可以通过计算和试验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路中，电容器 C1 和
16、 C2 对震荡频率有微调作用，通常的取值范围是 3010pF，在这个系统中选择了 30pF；石英晶振选择范围最高可选 24MHz，它打算了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是 12MHz，因而时钟信号的震荡频率为 12MHz。3.4 按键电路及直流电机掌握图 4 复位时钟电路图8 个按键 A-H 掌握直流电动机转速， A、B、C、D、E、F、G 各转速按键掌握转动速度依次降低，H 为直流电动机转动停顿按键。电动机转速通过并联在其两端的电压表显示其两端电压，电压值越大，转速越高。可选用显示转速的直流电动机，但由于转速显示短时间内无法稳定，由直流电动机工作原理转速与其电压成正比，可
17、用电压表显示其转速。图 5 按键 电机电路图4 仿真用 DAC0808 设计直流电动机调速器已经完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用Proteus 软件绘制出硬件的原理，并认真地检查修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电路对电压的测量和显示的功能，还需要有相应的软件协作，才能到达设计要求。软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括规律和功能错误，这些错误有些是显性的，而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统觉察逐步改正。Proteus 软件可以对基于微掌握器的设计连同全部的四周电子器件一起仿真， 用户甚至可以实时承受诸如LED/LCD、键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进展交
18、互仿真。Proteus 支持的微处理芯片包括 8051 系列、AVR 系列、PIC 系列、HC11 系列及 Z80 等等。Proteus 可以完成单片机系统原理图电路绘制、PCB 设计，更为显著点的特点是可以与 u Visions3 IDE 工具软件结合进展编程仿真调试。本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真我承受的是 Proteus软件，而程序方面，承受的是汇编语言，用 Keil 软件将程序见附录写入单片机。组图 6操作截图5 结论由上所述，用 DAC0808 设计直流电动机调速器根本完成。但设计中的缺乏之处仍旧存在。这次设计是我第一次用 Keil 和 Proteus 实现
19、了仿真。在这过程中，我对电路设计，单片机的使用等都有了的生疏。通过这次设计学会了 Proteus 和 Keil 软件的使用方法，把握了从系统的需要、方案的设计、功能模块的划分、原理图的设计和电路图的仿真的设计流程，积存了不少阅历。本系统承受电压表测量电动机的转速，用 MCS-51 单片机对直流电机的转速进展掌握，用 DAC0808 芯片实现输出模拟电压值来掌握直流电动机的转速。本设计主要争论直流电机的掌握和测量方法，从而对电机的掌握精度、响应速度以及节约能源等都具有重要意义。通过本次设计，我对单片机这门课有了进一步的了解。无论是在硬件连接方面还是在软件编程方面。本次设计承受了 AT89C51
20、单片机芯片，与以往的单片机相比增加了很多的功能，使其功能更为完善，应用领域也更为广泛。设计中还用到了数 /模转换芯片 DAC0808，以前在学单片机课程时只是对其理论学问有了初步的理解。通过这次设计，对它的工作原理有了更深的理解。在调试过程中遇到很多问题，硬件上的理论学问学得不够扎实，对电路的仿真方面也不够娴熟。总之这次电路的设计和仿真，根本上到达了设计的功能要求。在以后的实践中，我将连续努力学习电路设计方面的理论学问，并理论联系实际，争取在电路设计方面能有所提升。附 录：程序代码ORG 0000H AJMP MAINORG 0003HL0:JNB P1.6,L6JNB P1.7,L7 MOV
21、 A,#00HL4:MOV A,#78H MOV P0,AMOV P1,#0FFHAJMP INSER ORG 0030H MAIN: SETB EX0SETB IT0SETB EAL1:MOV p0,A MOV P1,#0FFH RETIMOV A,#1EHMOV p0,AL5:RETIMOV A,#96H MOV P0,AMOV P1,#0FFHRETIMOV P0,0MOV P1,#0FFH HERE: SJMP HERE ORG 0200HINSER: JNB P1.0,L0L2:MOV P1,#0FFH RETIMOV A,#3CH MOV P0,AMOV P1,#0FFHL6:L7:MOV A,#0B0H MOV P0,AMOV P1,#0FFH RETIMOV A,#0F0HJNB P1.1,L1 JNB P1.2,L2 JNB P1.3,L3 JNB P1.4,L4JNB P1.5,L5L3:RETIMOV A,#5AH MOV P0,AMOV P1,#0FFHRETIENDMOV P0,A MOV P1,#0FFH RETI参考文献1 辜承林，陈乔夫. 电机学.华中科技大学出版社.20232 徐玮. C51 单片机高效入门. 机械工业出版社.20233 李朝青，单片机原理及接口技术，北京航空航天超大型出版社.20234 林立，单片机原理与应用，电子工业出版社