小直流电机调速控制系统

辽 宁 工 业 大 学

单片机与接口技术 课程设计（论文）题目：小直流电机调速控制系统

院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：2014-6-30至2014-7-11

课程设计（论文）任务及评语

院（系）： 教研室： 学 号 课程设计（论文）题目 用0809采样电位器的值，并在显示器上显示，将此信号作为方波占空比，用过0832输出经放大后控制电机转速。 学生姓名 专业班级 小直流电机调速控制系统 课程设计（论文）任务 软件设计：1.拟定调速控制系统图，编程程序流程图2.程序编写 要求： 1、根据题目和所用的接口电路芯片设计出完整的接口电路,并用计算机绘制出电路原理图以及程序流程图。 2、认真独立完成所规定的设计内容(4000字左右)，严禁相互抄袭； 3、撰写、打印设计说明书一份。 指导教师评语及成绩 平时成绩： 论文质量： 答 辩： 总成绩 ： 指导教师签字： 年 月 日 1

目录

第1章 绪论 ......................................................................................... 1 第2章 元器件的介绍 ......................................................................... 2

2.1 AT89C51单片机 ........................................................................................... 2 2.2 ADC0809单片机 ........................................................................................... 4 2.3 DAC0832单片机 ........................................................................................... 5

第3章 方案设计 ................................................................................. 7

3.1总设计方案 ................................................................................................... 7 3.2控制电路 ....................................................................................................... 7 3.3最小系统与显示器 ....................................................................................... 8 3.3驱动电路 ....................................................................................................... 8 3.4外部中断设置 ............................................................................................... 9

第4章 程序代码 ............................................................................. 11 第5章 课程设计总结 ..................................................................... 36 参考文献.............................................................................................38

附录.....................................................................................................39

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第1章 绪论

单片微型计算机的诞生是计算机发展史上的一个新的里程碑。近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。

对直流电机调速器设计的研究，主要实现对电机的控制。本课程设计主要是通过对电位器的调节实现电机的加速、减速操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制，在设计中，采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动模块，实现对电动机转速参数的显示和测量。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。

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第2章 元器件的介绍

2.1 AT89C51单片机

ATMEL公司的AT89C51芯片具有以下特性: 4KB片内在系统可编程Flash程序存储器；

时钟频率为0～33MHz; 128字节片内随机读写存储器（RAM）；

32个可编程I/O引脚； 2个16

位定时/计数器； 6个中断源，2级优先级； 全双工串行通信接口； 监视定时器；

低功耗的闲置和掉电模式。 AT89C51引脚功能介绍: Vcc：AT89C51电源正端输入，接+5V；

Vss：电源接地端；

XTAL1：单芯片系统时钟的反相放大器输入端； XTAL2：系统时钟的反相放大器输出端；

RST/VPD：RST是复位信号，高电平有效，在此引脚上出现两个机器周期以上

的高电平将使单片机复位。RST的第二功能是备用电源VPD的输入端。

EA/Vpp：外部程序存储器地址允许输入端/固化编程电压输入端。当EA端

保持高电平时，单片机复位后访问片内存储器ROM。当程序计数器PC的值超过4KB时，将自动转去执行片外存储器ROM内的程序。当EA端接地保持低电平时，则只访问片外程序存储器，而不管内部是否有程序存储器。

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ALE/PROG：地址锁存允许信号端。当访问外部存储器时，地址锁存允许

ALE(address latch enable)信号的输出用于锁存低8位地址的控制

信号，此信号频率为振荡器的1/6。当不访问片外存储器时，ALE信号可用作对外输出时钟或定时信号。ALE端可驱动8个LS型TTL负载。

PSEN：程序存储器允许输出信号端（program store enable）。此端定时输

出负脉冲作为读片外存储器的选通信号。AT89C51可以利用PSEN及

RD引脚分别启用存在外部的RAM与EPROM，使得数据存储器与程序存储器可以合并在一起而共用64K的定址范围。PSEN端同样可驱动8个LS型TTL负载。

P0口：P0.0~P0.7。P0口第一功能是作为通用的I/O口，CPU在传送输入/输

出数据时，输出数据可以锁存，输入数据可以缓存；P0口第二功能是当CPU访问片外存储器时，分时提供低8位地址和8位数据的复位总线。

P1口：P1.0~P1.7。P1口第一功能是作为通用I/O口；P1口第二功能是在对

片内EPROM编程或校验时输入片内EPROM的低8位地址。

P2口：P2.0~P2.7。P2口第一功能是当不带片外存储器时，作为通用I/O口；

P2口第二功能是当带片外存储器时，与P0口配合 ，传送片外存储器的高8位地址，共同选中片外存储器单元。

P3口：P3.0~P3.7。P3口除了做通用的I/O口外，作为控制用的第二功能如

表3-2所示： 表3-2：P3口各位的第二功能 P3口的位 P3.0 P3.1 P3.2

第2功能 RXD TXD INT0

注释 串行数据接收口 串行数据发送口 外部中断0输入

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P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 2.2 ADC0809

INT1 T0 T1 WR RD

外部中断1输入 定时器/计数器0外部输入 定时器/计数器0外部输入 外部RAM写选通信号 外部RAM读选通信号

美国国家半导体公司的ADC0809芯片具有以下特性： 8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 具有转换起停控制端。

转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时） 单个+5V电源供电

模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 工作温度范围为-40～+85摄氏度 低功耗，约15mW。 ADC0809引脚功能介绍

U61612111097654321282726VREF(-)VREF(+)VCCCLOCKOUTPUT ENABLEEOCSTARTIN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0ADC0809GND2 -8LSB2 -72 -62 -52 -42 -32 -22 -1MSBALEADD CADD BADD A1317141581819202122232425IN0～IN7：8路模拟量输入端。 2-1～2-8：8位数字量输出端。 ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。 EOC： A/D转换结束信号，输出

当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。

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OE：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入

一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。 CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHZ。 REF（+）、REF（-）：基准电压。 Vcc：电源，单一+5V。 GND：地。

注：仿真时只能用ADC0808，与ADC0809功能一样。 2.3 DAC0832

D0～D7：8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns(否则DAC0832是

8分辨率的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、接口简单、转换控制容易等优点，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寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

a.主要特性参数：分辨率为8位

稳定时间1us；

可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

只需在满量程下调整其线性度；

单一电源供电（+5V～+15V）； 低功耗，200mW。 b．芯片结构：

锁存器的数据会出错)； CS：片选信号输入线（选通数据锁存器），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的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，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；

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XFER：数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

WR2：DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。由WR1、

XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

IOUT1：电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化； IOUT2：电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

Rfb：反馈信号输入线，改变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

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第3章 方案设计

3.1 总方案设计

本设计的硬件电路只要包括最小系统与显示器、控制电路、驱动电路三大部分。最小系统只要是为了使单片机正常工作。控制电路通过操作电位器来控制电机的转速。驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

设计流程图如下：

显示器

电位器 AT89S51 单片机 D/A转 换器 电 机 图3 3.2控制电路

图3.2控制电路原理图

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如图3.2所示，芯片ADC0808采样电位器的值，并转化为数字信号传给AT89C51，通过上下滑动电位器，来改变电压的大小，由此采样不同的电压值，AT8951通过采样值的大小来调节电机转速。

3.3最小系统与显示器

图3.3

单片机最小系统或者称为最小应用系统，素质用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对51系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。

AT89C51的P1口和P2口的高四位控制LED显示屏，P0口接收来自ADC0808的信号。LED显示屏显示ADC0808采样的电压值。

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3.4驱动电路

图3.3

单片机AT89S51输出的脉宽调制(PWM)信号需经过功率放大才能驱动电机

3.5 外部中断设置

1） 外部中断允许设置

中断控制寄存器IE的EX0对应INT0，EX1对应INT1，EA为中断的总开关，若要开放外部中断，只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。

如：开放外部中断0的设置： SETB EX0 SETB EA

开放外部中断0和1的设置： SETB EX0

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SETB EX1 SETB EA

（2） 外部中断触发方式设置

单片机外部中断有两种触发方式，一种是电平触发方式，另一种是脉冲

触发方式，单片机外部中断触发方式与TCON的IT位有关。 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 电平触发设置方法：CLR ITX，为低电平触发方式。 脉冲触发设置方法：SETB ITX＝1，为脉冲下降沿触发方式。 在使用外部中断时，如果不进行设置，则为电平触发方式。 （3） 外部优先级设置

外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的，IP的PX0对应INT0，PX1对应INT1。PX置1为高级中断，PX为0为低级中断。 ×

× × PS PT1 PX1 PT0 PX0 10

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第4章 程序代码

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Q0000: LJMP Q02D1

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Q0003: Q000B:

DB 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H, 00H ;........ DB 02H, 03H, 90H

;...

;==========================================================================

Q000E: MOV A,R4 ORL A,R5 JZ Q0023 MOV A,R0 ORL A,R1 JNZ Q002D MOV A,R5 RLC A MOV A,R4 RLC A INC A JZ Q002A CLR A MOV R4,A MOV R7,A MOV R6,A MOV R5,A Q0022: RET

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Q0023: MOV A,R1 RLC A MOV A,R0 RLC A INC A JNZ Q0022 Q002A: LJMP Q01BE

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Q002D: LCALL Q0189 ANL A,R0 INC A JZ Q003D CLR A XCH A,R4 ADD A,#81H JNC Q0040 ADD A,R0 JNC Q0046 Q003D: LJMP Q01C8

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Q0040: ADD A,R0 JC Q0046 LJMP Q01C5

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Q0046: PUSH ACC

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MOV A,R3 ORL A,R2 JNZ Q0090

CJNE R1,#80H,Q0055 Q004F: POP ACC MOV R3,A LJMP Q01B4

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Q0055: MOV A,R7 ORL A,R6 JNZ Q0075

CJNE R5,#80H,Q0064 Q005C: MOV A,R3 MOV R7,A MOV A,R2 MOV R6,A MOV A,R1 MOV R5,A SJMP Q004F

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Q0064: MOV A,R1 MOV B,R5 MUL AB MOV R6,A MOV A,B LJMP Q00F7

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Q006E: MOV A,R1 XCH A,R5 MOV R1,A MOV A,R2 MOV R6,A MOV A,R3 MOV R7,A Q0075: MOV A,R7 MOV B,R1 MUL AB MOV R4,A MOV A,B XCH A,R6 MOV B,R1 MUL AB ADD A,R6 MOV R7,A CLR A ADDC A,B XCH A,R5 MOV B,R1 MUL AB ADD A,R5 MOV R6,A CLR A ADDC A,B SJMP Q00F7

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Q0090: MOV A,R7

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ORL A,R6 JNZ Q0099

CJNE R5,#80H,Q006E SJMP Q005C

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Q0099: MOV A,R7 MOV B,R3 MUL AB MOV R4,B MOV A,R6 MOV B,R3 MUL AB ADD A,R4 MOV R4,A CLR A ADDC A,B MOV R0,A MOV A,R7 MOV B,R2 MUL AB ADD A,R4 MOV A,B ADDC A,R0 MOV R4,A CLR A RLC A XCH A,R3 MOV B,R5 MUL AB

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ADD A,R4 MOV R4,A MOV A,B ADDC A,R3 MOV R0,A MOV A,R6 MOV B,R2 MUL AB ADD A,R4 MOV R4,A MOV A,B ADDC A,R0 MOV R0,A CLR A RLC A XCH A,R7 MOV B,R1 MUL AB ADD A,R4 MOV R4,A MOV A,B ADDC A,R0 XCH A,R7 ADDC A,#00H XCH A,R6 MOV B,R1 MUL AB ADD A,R7 MOV R7,A MOV A,B

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ADDC A,R6 MOV R6,A CLR A RLC A XCH A,R1 MOV B,R5 MUL AB ADD A,R6 MOV R6,A MOV A,B ADDC A,R1 XCH A,R5 MOV B,R2 MUL AB ADD A,R7 MOV R7,A MOV A,B ADDC A,R6 MOV R6,A CLR A ADDC A,R5 Q00F7: MOV R5,A RLC A POP ACC MOV R3,A JNC Q0105 INC R3

CJNE R3,#00H,Q0111 LJMP Q01C8

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LCALL Q01D3 MOV A,#09H ADD A,R5 MOV R0,A MOV A,@R0 MOV 1AH,A MOV R6,1DH MOV R7,1EH MOV R4,#00H MOV R5,#64H LCALL Q01D3 MOV R4,#00H MOV R5,#0AH LCALL Q01D3 MOV A,#09H ADD A,R5 MOV R0,A MOV A,@R0 MOV 1BH,A MOV R6,1DH MOV R7,1EH MOV R4,#03H MOV R5,#0E8H LCALL Q01D3 MOV A,#09H ADD A,R7 MOV R0,A MOV A,@R0 MOV 1CH,A CLR A

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MOV 21H,A Q02C0: MOV A,21H SETB C SUBB A,#0C8H JC Q02CA LJMP Q023A

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Q02CA: LCALL Q035D INC 21H SJMP Q02C0

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Q02D1: MOV R0,#7FH CLR A Q02D4: MOV @R0,A DJNZ R0,Q02D4 MOV SP,#21H LJMP Q0318

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Q02DD: LJMP Q0236

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Q02E0: CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR MOV R0,A Q02E4: CLR A

MOVC A,@A+DPTR

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INC DPTR JC Q02EC MOV @R0,A SJMP Q02ED

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Q02EC: MOVX @R0,A Q02ED: INC R0 DJNZ R7,Q02E4 SJMP Q031B

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Q02F2: CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR MOV R0,A ANL A,#07H ADD A,#0CH XCH A,R0 CLR C RLC A SWAP A ANL A,#0FH ORL A,#20H XCH A,R0 MOVC A,@A+PC JC Q030A CPL A ANL A,@R0 SJMP Q030B

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Q030A: ORL A,@R0 Q030B: MOV @R0,A DJNZ R7,Q02F2 SJMP Q031B

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Q0310:

DB 01H, 02H, 04H, 08H, 10H, 20H, 40H, 80H ;......@.

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Q0318: MOV DPTR,#03B5H Q031B: CLR A MOV R6,#01H MOVC A,@A+DPTR JZ Q02DD INC DPTR MOV R7,A ANL A,#3FH JNB ACC.5,Q0331 ANL A,#1FH MOV R6,A CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR JZ Q0331 INC R6 Q0331: XCH A,R7 ANL A,#0C0H ADD A,ACC

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JZ Q02E0 JC Q02F2 CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR MOV R2,A Q0342: CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR MOV R0,A CLR A

MOVC A,@A+DPTR INC DPTR XCH A,R0 XCH A,DPL XCH A,R0 XCH A,R2 XCH A,DPH XCH A,R2 MOVX @DPTR,A INC DPTR XCH A,R0 XCH A,DPL XCH A,R0 XCH A,R2 XCH A,DPH XCH A,R2 DJNZ R7,Q0342 DJNZ R6,Q0342 SJMP Q031B

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Q035D: CLR A MOV R3,A MOV R2,A Q0360: MOV R7,03H MOV A,1FH MOV R0,07H INC R0 SJMP Q036B

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Q0369: CLR C RLC A Q036B: DJNZ R0,Q0369 MOV P2,A MOV A,#19H ADD A,R3 MOV R0,A MOV A,@R0 MOV P1,A MOV A,R3 XRL A,#02H ORL A,R2 JNZ Q037F ORL P1,#80H Q037F: MOV R7,#01H LCALL Q03CF INC R3

CJNE R3,#00H,Q0389

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INC R2 Q0389: MOV A,R3 XRL A,#04H ORL A,R2 JNZ Q0360 RET

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Q0390: Q0398: Q03A0: Q03A8: Q03B0: Q03B8: Q03C0: Q03C8:

DB 0C0H,0E0H,0C0H,0D0H, 30H, 00H, 09H,0C2H ; DB 0B7H,0C2H, 00H, 85H, 1EH, 8CH, 80H, 0BH ; DB 0D2H,0B7H,0D2H, 00H,0C3H, 74H,0FFH, 95H ; DB 1EH,0F5H, 8CH, 75H, 8AH, 00H,0D2H, 8CH ; DB 0D0H,0D0H,0D0H,0E0H, 32H, 10H, 09H, 3FH DB 06H, 5BH, 4FH, 66H, 6DH, 7DH, 07H, 7FH ; DB 6FH, 77H, 7CH, 39H, 5EH, 79H, 71H, 01H ; DB 1FH, 01H, 02H, 1DH, 00H, 00H, 00H ;

；

;==========================================================================

Q03CF: CLR A MOV R6,A Q03D1: MOV A,R6 CLR C SUBB A,R7 JNC Q03DF CLR A MOV R5,A Q03D8: INC R5

CJNE R5,#78H,Q03D8 INC R6 SJMP Q03D1

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Q03DF: RET

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Q03E0: SETB EA SETB ET0

MOV TMOD,#01H MOV TH0,1EH CLR A MOV TL0,A SETB TR0 RET

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第5章 仿真与调试

5.1软件介绍 Proteus软件介绍

Proteus(海神)的ISIS是一款Labcenter出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片机软件仿真系统。

① 全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。 ②具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS一232动态仿真、1 C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。③ 目前支持的单片机类型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。④ 支持大量的存储器和外围芯片。总之该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大 ，可仿真51、AVR、PIC。

5.2 keil软件介绍

Keil 软件是目前最流行开发 MCS-51 系列单片 机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持 Keil 即可看出。Keil 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通 过一个集成开发环境（uVision）将这些部份组合在一起。

5.3仿真过程 操作如下：

在Protues中画出系统电路图 将程序在keil中编译并生成hex文件。把在keil中编译生成的HEX文件载入AT89C51芯片中,运行仿真。

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第6章 课程设计总结

这次课程设计是一次非常好的锻炼机会,通过学习，发现了自己的很多不足，自己知识的不怎么牢固，看到了自己的实践经验更是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。

到的东西，将对我后面两年的学习有重要的指导作用，不敢说以后，但在毕业前的这段时间内，这次学习对我的确很重要。

学到了如何务实，如何去学一门技术，同时也知道了如何学习，什么才是学习。如果每天都能像这样的学习，大学四年的课程，一年就够了，或许还不要。

次设计的学习比我在读高三时都还累。技术学到了一点，也许会忘记，学习的方法学到了，是一辈子的财富。同时这段时间也是值得回忆的。现在看看自己以前自学的一点东西，学了都有将近一年了，还是一个新手。这次学习让我知道了，只要想学，键是有没有毅力和压力。自学的更是这样的，没有周围人的压力，就要自己去找压力。现在学到的东西，在以后的工作中一定也会学到，但我毕竟早了两年知道这个道理，它在书本上是学不来的，一定要自己经历了，在实践中才学得到。两年的时间，也许会对我的未来有大的影响。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5agf.html