畢業(yè)論文(設計)—基于單的按摩器系統(tǒng)的設計與實現

1、可修改可編輯基于單片機的按摩器系統(tǒng)的設計與實現摘 要按摩器（massager）是根據物理學，仿生學學，生物電學、中醫(yī)學以及多年臨床實踐而研制開發(fā)出的新一代保健器材。電子按摩器還分為：電磁按摩、震動按摩和紅外按摩。本設計所選擇的是電子按摩器中的震動按摩器，利用單片機PWM（脈寬調制技術）控制直流電機的轉速，從而控制震動的快慢和幅度。本文介紹了基于AT89C52單片機的按摩器系統(tǒng)的硬件結構和軟硬件設計方法。系統(tǒng)以AT89C52單片機為控制器，產生PWM(脈沖寬度調制)控制波形輸出，利用直流電機芯片L298N驅動12V直流電機。實現了電機的正轉，反轉以及多級調速，在LED上現實按摩器檔位和正反轉情況

2、。此按摩器具有顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本低廉等諸多優(yōu)點，具有廣闊的市場前景。關鍵字：AT89C52，PWM(脈沖寬度調制)，L298N,12V直流電機。Microcontroller based massage system design and implementationABSTRACTMassager (massager) is based on physics, bionics, bio-electricity, medicine and clinical practice for many years and developed a new generation of hea

3、lth-care equipment. Electronic massager is also divided into: electromagnetic massage, vibration massage and infrared massage. The design was chosen by the vibration in the electronic massage massage, use of microcontroller PWM (pulse width modulation) control DC motor speed to control the speed and

4、 magnitude of vibration. This article describes the massage based on AT89C52 microcontroller system hardware and software and hardware design methods. AT89C52 microcontroller as the control system, resulting in PWM (pulse width modulation) control waveform output, the use of DC motor 12V DC Motor Dr

5、iver IC L298N. To achieve the motor forward, reverse and multi-level speed, the LED on the real massage stalls and reversing the situation. This massage has a visual display, versatile, circuit simplicity, low cost and many other advantages, and has broad market prospects.Keywords: AT89C52, PWM (pul

6、se width modulation), L298N, 12V DC motor 目 錄中文摘要1英文摘要21概述51.1選題背景51.2設計的應用62系統(tǒng)總體方案及硬件設計62.1系統(tǒng)設計要求62.2總體設計方案62.3主要元器件介紹72.3.1主控芯片AT89C52簡介72.3.2 電機驅動芯片l298n功能簡介102.3.3 顯示模塊簡介102.4系統(tǒng)硬件設計133系統(tǒng)軟件設計163.1系統(tǒng)結構設計163.2系統(tǒng)初始化及調速過程163.3響應過程174 PROTEUS軟件仿真174.1 Proteus ISIS簡介174.2 Proteus運行流程184.3 Proteus功能仿真18

7、總結19致謝20參考文獻21附錄22精選文檔1概述1.1 選題背景按摩器（massager）是根據物理學，仿生學學，生物電學、中醫(yī)學以及多年臨床實踐而研制開發(fā)出的新一代保健器材。它不僅擁有八大仿真功能，讓您確實體會到針灸、推拿、按摩、錘擊、火罐、刮痧、瘦身、免疫調節(jié)八種功能的美妙感覺，還有治療高血壓的獨特功效 。可放松肌肉、舒緩神經、促進血液循環(huán)、加強細胞新陳代謝、增強皮膚彈性，可緩解疲勞、明顯減輕各種慢性疼痛、急性疼痛和肌肉酸痛，放松身體減輕壓力，減少皮膚皺紋。電子按摩器還分為：電磁按摩、震動按摩和紅外按摩。本設計所選擇的是電子按摩器中的震動按摩器，利用單片機PWM（脈寬調制技術）控制直流電

8、機的轉速，從而控制震動的快慢和幅度由于單片機具有體積小、集成度高、運算速度快、運行可靠、應用靈活、價格低廉以及面向控制等特點，因此在工業(yè)控制、數據采集、智能儀器儀表、智能化設備和各種家用電器等領域得到廣泛的應用，而且發(fā)展非常迅猛。隨著單片機應用技術水平不斷提高，目前單片機的應用領域已經遍及幾乎所有的領域?，F在國內外工業(yè)上對電機的調速基本已經不再使用模擬調速，而采用數字調速系統(tǒng)，而數字調速系統(tǒng)大部分都是用單片機來進行控制，數字調速系統(tǒng)具有控制精確度高，非常穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，效率高等優(yōu)點，所以在國內外的使用越來越廣泛。與交流電動機相比，直流電機結構復雜、成本高、運行維護困難，但是直流電機具有良好

9、的調速性能、較大的啟動轉矩和過載能力強等許多優(yōu)點，因此在許多行業(yè)仍大量應用。近年來，直流電動機的機構和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機進入控制領域以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現，采用全控型的開關功率元件進行脈寬調制（Pulse Width Modulation，簡稱PWM）已成為直流電機新的調速方式。這種調速方法具有開關頻率高、低速運行穩(wěn)定、動態(tài)性能良好、效率高等優(yōu)點，更重要的是這種控速方式很容易在單片機控制系統(tǒng)中實現，因此具有很好的發(fā)展前景1.2設計的應用本設計中的按摩器作為一種震動按摩器，可以適用于腳底按摩，頸椎按摩，腰部和肌肉按摩，主要可以實現震動和調速，設計中按鍵正轉反轉

10、按鈕可以調節(jié)電機的轉向，通過切換可以實現肌肉的定向推拉，通過加速和減速按鈕可以調節(jié)按摩器的震動的強弱和幅度，同時通過pwm的調速方法實現了直流電機轉速的穩(wěn)定節(jié)。另外設計小巧，攜帶方便，是居家和旅游的良品2系統(tǒng)總體方案及硬件設計2.1系統(tǒng)設計要求：由于按摩器的功能要求，本設計應具有收調速系統(tǒng)和直觀的調速和速度顯示模塊，由于只有一個電機的驅動需求，所以電路的設計要盡可能的簡單從而達到節(jié)約成本的效果。2.2系統(tǒng)總體設計方案：設計方案主要包括四個模塊：單片機控制模塊、L298電機驅動模塊、檔位顯示模塊、運行方式設置模塊?？傮w設計框圖如圖1所示。正反轉及檔位顯示L298電機驅動模塊運行方式設置模塊單片機

11、控制模塊 總體框圖電路原理圖 2.3主要器件介紹：2.3.1主控芯片AT89C52簡介89C52是INTEL公司MCS-51系列單片機中基本的產品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工藝技術制造的高性能8位單片機，屬于標準的MCS-51的HCMOS產品。它結合了HMOS的高速和高密度技術及CHMOS的低功耗特征，它基于標準的MCS-51單片機體系結構和指令系統(tǒng)，屬于80C51增強型單片機版本，集成了時鐘輸出和向上或向下計數器等更多的功能，適合于類似馬達控制等應用場合。80C52內置8位中央處理單元、256字節(jié)內部數據存儲器RAM、8k片內程序存儲器（ROM）32個雙向輸入/輸出(I/O)口、

12、3個16位定時/計數器和5個兩級中斷結構，一個全雙工串行通信口，片內時鐘振蕩電路。此外，89C52還可工作于低功耗模式，可通過兩種軟件選擇空閑和掉電模式。在空閑模式下凍結CPU而RAM定時器、串行口和中斷系統(tǒng)維持其功能。掉電模式下，保存RAM數據，時鐘振蕩停止，同時停止芯片內其它功能。89C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)兩種封裝形式。（表1）為52單片機的各項參數： · 標準MCS-51內核和指令系統(tǒng)· 片內8kROM(可擴充64kB外部存儲器)· 32個雙向I/O口· 256x8bit內部RAM(可擴充64kB外部存儲器)

13、3; 3個16位可編程定時/計數器· 時鐘頻率3.5-12/24/33MHz· 向上或向下定時計數器· 改進型快速編程脈沖算法· 6個中斷源· 5.0V工作電壓· 全雙工串行通信口· 布爾處理器幀錯誤偵測· 4層優(yōu)先級中斷結構自動地址識別· 兼容TTL和CMOS邏輯電平· 空閑和掉電節(jié)省模式· PDIP(40)和PLCC(44)封裝形式 （表1）管腳說明STC89C52的引腳圖如下圖1所示： 圖1VCC：供電電壓。 GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸

14、收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口

15、被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3口：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上

16、拉的緣故。P3口作為AT89C51的一些特殊功能口，管腳 備選功能 P3.0 RXD（串行輸入口） P3.1 TXD（串行輸出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） P3.3 /INT1（外部中斷1） P3.4 T0（記時器0外部輸入） P3.5 T1（記時器1外部輸入） P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通） P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通） RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率

17、周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。/EA / VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否

18、有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.3.2電機驅動芯片l298n功能簡介L298是SGS公司的產品，比較常見的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內部同樣包含4通道邏輯驅動電路?？梢苑奖愕尿寗觾蓚€直流電機，或一個兩相步進電機。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，輸出電壓最高可達50v，可以直接通過電源來調節(jié)輸出電壓；可以直接用單

19、片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。圖2是l298n的實物圖： 圖23.1.2 圖3是L298N引腳圖，表2是l298n的各引腳介紹，表3是l298n的運行參數： 圖3 l298n引腳圖引腳符號功能115SENSING ASENSING B此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅動芯片反饋檢測到的信號23OUT 1OUT 2此兩腳是全橋式驅動器A的兩個輸出端，用來連接負載4Vs電機驅動電源輸入端57IN 1IN2輸入標準的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅動器A的開關611ENABLE AENABLE B使能控制端.輸入標準TTL邏輯電平信號；低電平時全橋式驅動器禁止工作。8GND接

20、地端，芯片本身的散熱片與8腳相通9Vss邏輯控制部分的電源輸人端口1012IN 3IN 4輸入標準的TTL邏輯電平信號，用來控制全橋式驅動器B的開關1314OUT 3OUT 4此兩腳是全橋式驅動器B的兩個輸出端，用來連接負載 表2 l298n的各引腳介紹參數符號測試環(huán)境最小值典型值最大值單位驅動電源電壓Vs持續(xù)工作時2.546V邏輯電源電壓Vss4.557V輸入低電平電壓ViL-0.31.5V輸入高電平電壓ViH2.3VssV使能端低電平電壓Ven=L-0.31.5V使能端高電平電壓Ven=H2.3VssV全橋式驅動器總的電壓降(每一路)VcEsat)IL=1AIL=2AVV

21、檢測電壓1，15腳Vsen-12V 表3 l298n的運行參數2.3.3 顯示模塊簡介本次設計的顯示電路就是用7段LED數碼管實現的，而當要同時使用多個7段LED數碼管時，首先將每個7段數碼管的a、b、c、d、e、f、g、dp都連接在一起，再使用晶體管分別驅動每個數碼管的共同引腳com。事實上，常把多個位數的數碼管包在一起，做成所謂的數碼管模塊。其中每個位數的a、b、dp都連接到一起，而每個位數的共同引腳則是獨立的。市面上常見的7段LED數碼管模塊有兩位數、三位數、四位數、六位數等本次設計使用的是兩位數的數碼管模塊，其引腳如圖4所示：圖4 七段數碼管模塊2.4系統(tǒng)硬件設計 電路原理圖 如下圖5

22、所示 圖5本系統(tǒng)包含復位電路、時鐘電路、顯示電路、鍵盤電路等幾部分組成。下面一一介紹：（1） 復位電路ST引腳是復位信號輸入端，高電平有效。采用上電加按鈕復位，因為系統(tǒng)設計考慮到該系統(tǒng)比較重要，所以除了采用上電復位的方式外，應該還有按鈕復位備用復位方式以防止系統(tǒng)死機時能。如下圖6所示。 圖6（2）時鐘電路：時鐘是時序的基礎，89c52核片內由一個反相放大器構成振蕩器，可以由它產生時鐘，時鐘可以由兩種方式產生內部方式和外部方式。本系統(tǒng)采用內部方式，在XTAL1和XTAL2端外接石英晶體作為定時元件，內部反相放大器自激振蕩，產生時鐘。時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻。電容采用30pF電容。如下圖7所示。

23、 圖7（3）鍵盤輸入模塊鍵盤輸入模塊占用系統(tǒng)的p2口和外部中斷int0來進行系統(tǒng)的輸入調節(jié)。圖8（4）顯示電路：采用2位8段共陰極LED，P0口作為LED顯示碼輸出端（如圖9所示），P3.0、P3.1口接線選端。P3.2位“響應按鈕”端。 圖92 系統(tǒng)軟件設計 3.1軟件設計流程圖開始No程序初始化程序初始化LED顯示等待呼叫No停止反轉正轉減速加速判別按鍵是否按下開啟電機Yes圖103.2系統(tǒng)初始化及調速過程 進行系統(tǒng)初始化LED顯示00，等待呼叫，如下圖11圖11等待呼叫圖3.3 響應過程當有加速或者減速安鈕按下之后系統(tǒng)查看速度狀態(tài)再進行速度的調節(jié)。4 Proteus軟件仿真4.1 Pro

24、teus ISIS簡介Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路。該軟件的特點是：（1）全部滿足我們提出的單片機軟件仿真系統(tǒng)的標準，并在同類產品中具有明顯的優(yōu)勢。（2）具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2 C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。（3）目前支持的單片機類型有：ARM7系列、68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC1

25、6系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。（4）支持大量的存儲器和外圍芯片?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大 ，可仿真ARM、51、AVR、PIC等單片機。4.2 Proteus運行流程Proteus ISIS的工作界面是一種標準的Windows界面。包括：標題欄、主菜單、標準工具欄、繪圖工具欄、狀態(tài)欄、對象選擇按鈕、預覽對象方位控制按鈕、仿真進程控制按鈕、預覽窗口、對象選擇器窗口、圖形編輯窗口。運行Proteus程序后，進入軟件的主界面。通過左側工具欄中的P(從庫中選擇元件命令)命令，在Pick Devices 左側窗口中選擇所

26、需元件的關鍵字，然后放置元件并調整方向和位置以及參數設置，最后進行連線。4.3 Proteus功能仿真Proteus仿真效果載入hex文件后可以進行模擬仿真，可以全速運行也可以單步調試運行。按鍵如圖12。 圖12執(zhí)行按鍵圖系統(tǒng)開機初始化上電復位后和按下響應按鍵后LED顯示：如圖13：圖13系統(tǒng)仿真效果圖總結看到那么多課題，經過慎重考慮我選擇了基于單片機的按摩器系統(tǒng)的設計與實現，接下來我用了兩個周的時間設計一個一個基于單片機的按摩器設計系統(tǒng)，感觸頗多。首先選擇這個課題之后，在設計中首先考慮到單片機的選擇問題，由于可以選擇的單片機種類頗多，經過慎重的考慮和同學的推薦我選擇了89C52單片機作為主控

27、制芯片，通過單片機的內部產生的pwm控制波形來實現對電機的控制，由于沒有采取可以產生波形的芯片，所以編程的難度相對的增加，在選擇電機方面首先考慮到用步進電機來作為震動源，但是由于步進電機轉速相對過低，而且能夠采購到的電機功率太小而放棄。最終選取直流電機作為震動源。所以最后確定方向為基于單片機的直流電機控制。接下來每天奔波在宿舍、餐廳三點一線的生活，雖然有點累，但很充實，在這之中還去請教我院曾經帶我課的老師和還有宿舍里的同學，他們耐心的教導讓我更加堅定了對該課題的研究，另外還有很多老師的幫助我調試，整理由于時間的倉促，以及能力，對知識的掌握等多方面的原因，本設計還有很多不足之處。而且由于仿真完成

28、的時間較晚，沒有完成對所有器件的采集，最終只能以仿真的形式完成這次設計。 Proteus仿真知識及操作、對單片機匯編語言掌握得不好不過通過這次課程設計之后，也學到了很多知識，更重要的是一定把以前所學過的知識重新溫故，學好用好，學以致用。致 謝在即將畢業(yè)真正的進入了社會奮斗，心情頗不寧靜，回首想想在校園的每時每刻讓人有些不舍；首先要感謝母校是她讓我在這度過了美好的四年，讓我懂得做人做事。其次在這里我要感謝教育我、傳授我知識的老師們和幫助我的同學們，是你們讓我學到很多。讓我知道不管生活多么的艱辛與困苦，只要不放棄希望，就會有成功的一天；要對未來有信心，對自己有信心。在論文完成之際，我要感謝*的耐心

29、指導和耐心的批閱，對論文設計的不足進行修改和更正；還有在設計過程中遇到很多問題，在*的細心指導下才得以順利的完成；最后在百般努力下，這次課程設計終于完成了，在設計中遇到了很多編程問題，最后在*的辛勤指導下，終于實現了設計的要求。同時，在*的身上也讓我學得到很多實用的知識，在次我表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！再次感謝*！參考文獻1 余發(fā)山 單片機原理及及應用技術. 中國礦業(yè)大學出版社 2003.122 何立民著，單片機中級教程（原理與應用），北京航空航天大學出版社，20003 樓然苗;李光飛 單片機課程設計指導. 北京航空航天大學出版社 2007 .7

30、4 王建校 51系列單片機及C51程序設計. 科學出版社 2002.45 楊長春.電子報( 2001 年 合定本) .成都: 四川科學技術出版社, 1997.6 李建忠主編.單片機原理及應用，西安電子科技大學出版社，20047 吳金戌，沈慶陽.8051單片機實踐與應用，北京：清華大學出版社，2003.12，26388 何立民單片機應用文集，北京：北京航空航天大學出版社，1991，53729 公茂法單片機人機接口實例集，北京：北京航空航天大學出版社，1998.2，325910 何立明單片機高級教程應用與設計，北京：北京航天航空大學出版社，2000.4, 14917311 李廣弟，朱月秀單片機基礎

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