STC89C52單片機控制直流電機設計

STC89C52單片機控制直流電機設計word文檔可自由復制編輯原創(chuàng)性聲明本人呈交的畢業(yè)論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經注明引用的內容外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本畢業(yè)論文的知識產權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：日期：STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第1頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第1頁。摘要當今，自動化控制系統(tǒng)已經廣泛的應用在了各行各業(yè)，并取得了長足的發(fā)展，而直流電機控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產中起著十分主要作用。長期以來，直流電動機因其轉速調節(jié)靈活，方法簡便，易于大范圍平滑調速，控制性能好等優(yōu)點，一直在傳動領域占有領軍地位。它廣泛應用于工業(yè)機器人、數(shù)控機床等工廠自動化生產中。并隨著現(xiàn)代化生產規(guī)模的不斷擴大，各個行業(yè)對直流電機的需求日益增加的同時對其性能提出了更高的要求。為此，研究并制造性能好、可靠性高的直流電機控制系統(tǒng)有著十分重要和深遠的意義。

本文設計開發(fā)了一套基于單片機的直流電機多速控制器，作為其配套的試驗裝置。論文根據(jù)系統(tǒng)的要求完成了整體方案設計和系統(tǒng)選型，針對所設計的控制方案對控制系統(tǒng)的軟、硬件設計作了詳細論述。硬件部分先作了整體設計，然后介紹了以STC89C52單片機為核心的硬件構成，對鍵盤電路、串行通信電路、測量電路、D/A轉換電路和顯示電路等作了詳細闡述;軟件部分采用模塊化設計思想，編制了各個模塊的流程圖。論述了軟件的設計思想和方法;實現(xiàn)了對直流電動機轉動參數(shù)的設置、啟動、停止、加速、減速和顯示等功能。利用STC89C52芯片進行低成本直流電動機控制系統(tǒng)的設計，能夠簡化系統(tǒng)構成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、滿足更多應用場合的需要。

針對直流電機運行環(huán)境惡劣、干擾嚴重的特點，從系統(tǒng)的硬件設計、軟件設計等多方面進行抗干擾的綜合考慮，并利用多種軟件和硬件技術來提高和改善系統(tǒng)的抗干擾能力，有效地提高了系統(tǒng)的可靠性和實用性。運行結果表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了電機的高精度多速度控制，達到了性能指標要求。關鍵詞：直流電機單片機多速控制STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第2頁。

ABSTRACTSTC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第2頁。Nowadays，automaticcontrolsystemshavebeenwidelyusedanddevelopedineveryaspectoflife.Asthearteryintheareaofelectricdrivesystems,DCdriversbecomemoreandmoreimportantmodernproduction.Foralongtime,DCmotorhaspossessedthemainroleintheareaofelectricdrivebecauseofitsneatlyadjustment,simplemethodandsmoothtiminginawiderange,besides,itscontrolperformanceisexcellent.DCmotoriswidelyusedontheautomaticequipments,suchasCNCandindustrialrobot.Asthescaleofproductionbecomeslargerandlargerthedemandandrequirementsbecomehigherandhigher,sotheresearchonimprovingtheDCcontrollingsystembehaviorhasimportantsense.ThispapersystemofDCmotormultiplespeedsbasedonSTCMCUisdesigned,asitsnecessarytestequipment.Itfinishedthetotalprojectdesignofsystemandmodelselection.Thehardwareandsoftwaredesignofthesystemaccordingtotheprecedingsolutionsarediscusseddetailed.Forthehardwarepartafteradissertationonthewholedesign，thecorehardwareofthecontrolsystemistheSTCMCU,thepaperintroducedthedetailsofsomehardwareproblem，includinginputcircuitofkeyboard，serialcommunicationcircuit,measurecircuit,D/Aswitchingcircuitanddisplaycircuitandsoon.Themethodofsoftwareplanningforitisalsodiscussed.Forthesoftwarepart，withtheintroductionofmodulardesignconceptsomeprocedureflowchartsofmainprogramsubroutineareoffered.Thepaperdesignsthesoftwarewhichachievesthefunctions，suchasinstallparameters,downloadparameters，startupstopaccelerateanddecelerate.ThisnewfamilyofSTCenablescost--effectivedesignofcontrollersforDCmotorswhichcanfulfillmoreconditions，consistingofFewersystemcomponents,lowersystemcostandincreasedperformances.Aimingatthecharacteristicofbedenvironmentandseriousdisturbance，manyKindsofsoftwareandhardwaretechnologyareappliedtoimprovesystematicAnti--interferenceability，whichcomprehensivelyimprovesystematicdependabilityandpracticability.

Ithasbeenprovedbyexperimentsthatthissystemcanmakethehighpreciseandmultiplespeedmotorcontrolcometrue.Steppingouttheperformanceindexisrealized.Nowthissystemhasbeenputintoexperiment.

Keyword:DCMotorMCUMultipleSpeedSTC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第3頁。

目錄STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第3頁。1引言 11.1電機的研究意義 11.2設計方案 12供電模塊的設計 22.1集成直流穩(wěn)壓電源芯片LM7805的介紹 22.2供電模塊的構成 22.3濾波電容的選擇 33.189C52單片機的介紹 43.289C52的主要特性和結構特點 43.389C52的IO口介紹 43.4晶振電路 63.5復位電路 74鍵盤輸入模塊的設計 84.1鍵盤的電路及原理 85顯示模塊的設計 95.1數(shù)碼管及二極管的電路及原理 95.274HC573的介紹 95.3CD4511的介紹 116直流電機控制模塊的設計 136.1直流電機的介紹 136.2比例運算放大電路的介紹 136.2.1反相比例運算 136.2.2反相加法運算 146.3集成運算放大器LM324 156.4數(shù)模轉換器DAC0832 166.5直流電機的轉速控制 177系統(tǒng)軟件設計 187.1開發(fā)環(huán)境介紹 187.2系統(tǒng)主程序流程圖 187.3系統(tǒng)運行過程 19STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第4頁。7.4實物實現(xiàn)及所遇困難 20STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第4頁。結束語 21致謝 22參考文獻 23附錄 24STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第5頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第5頁。1引言1.1電機的研究意義電氣傳動是現(xiàn)代最主要的機電能量變化形式之一，在當今社會中廣泛使用著各式各樣的電氣傳動系統(tǒng)。直流調速系統(tǒng)因其變流方式及控制方法簡單，調速性能好，長期以來在調速傳動中占統(tǒng)治地位。而現(xiàn)在隨著微電子技術的發(fā)展，微機功能的不斷提高以及電力電子、計算機控制技術的發(fā)展，電氣傳動領域出現(xiàn)了以微機為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)。計算機的發(fā)展可以使復雜的控制規(guī)律較方便的實現(xiàn)，以計算機為核心的數(shù)字控制技術成為自控領域的主流，也給直流電氣傳動的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動進入了更新的發(fā)展階段。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，計算機控制具有很多獨特的優(yōu)點。長期以來，直流電動機因其轉速調節(jié)比較靈活，方法簡單，易于大范圍平滑調速，控制性能好等特點，一直在傳動領域占有統(tǒng)治地位。它廣泛應用于數(shù)控機床、工業(yè)機器人等工廠自動化設備中。隨著現(xiàn)代化生產規(guī)模的不斷擴大，各個行業(yè)對直流電機的需求愈益增大，并對其性能提出了更高的要求。為此，研究并制造高性能、高可靠性的直流電機控制系統(tǒng)有著十分重要的現(xiàn)實意義。1.2設計方案本論文設計的系統(tǒng)以單片機為控制核心，通過鍵盤設置各段運行參數(shù)，也可通過電腦設置下載到單片機。單片機輸出二進制控制量，經D/A轉換電路將對應模擬電壓送到直流放大器的輸入端。放大器根據(jù)輸入的模擬電壓而輸出對應的電壓來控制直流電機的轉速。顯示部分顯示各段設定的轉速值。單片機主要完成參數(shù)設置、參數(shù)顯示和控制輸出等功能。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第6頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第6頁。2供電模塊的設計2.1集成直流穩(wěn)壓電源芯片LM7805的介紹LM7805是目前市場上非常常見的三端穩(wěn)壓器件。一般使用的是TO-220封裝，能提供DC5V的輸出電壓，應用范圍廣，內含過流和過載保護電路。帶散熱片時能持續(xù)提供1A的電流，如果使用外圍器件，它還能提供不同的電壓和電流。7805的主要特點有：輸出電流大，一般可以達到1A；輸出電壓穩(wěn)定，基本能一直維持在5V；具有各種保護功能，過熱保護、短路保護、輸出晶體管SOA保護。7805還具有非常廣的輸入范圍從5V～18V。工作結的溫度范圍更是可以從0～125℃無論多惡劣的環(huán)境7805也能輕松勝任。這么全面的一個芯片實在是堪稱全能，而且價格非常便宜。對于這么優(yōu)秀的穩(wěn)壓電源芯片，我們還有什么理由不去選用它呢。7805管腳及外形如圖2.1所示?！?】圖2.17805管腳圖2.2供電模塊的構成整個電源供電模塊由一片7805和4個電容構成。這是一個輸出正5V直流電壓的穩(wěn)壓電源電路。IC采用集成穩(wěn)壓器7805，C1、C2為輸入端濾波電容，C3、C4為輸出端濾波電容。如圖2.2所示，7805的1腳接正9V的輸入，2腳接地，3腳為輸出。在1腳和2腳間接兩個濾波電容。3腳和2腳間也接兩個濾波電容。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第7頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第7頁。圖2.2供電模塊電路2.3濾波電容的選擇說到電容，各種各樣的叫法就會讓人頭暈目眩，旁路電容，去耦電容，濾波電容等等，其實無論如何稱呼，它的原理都是一樣的，電容的本質是通交流，隔直流。即利用對交流信號呈現(xiàn)低阻抗的特性，這一點可以通過電容的等效阻抗公式看出來：Xcap=1/2лfC，工作頻率越高，電容值越大則電容的阻抗越小.。在電路中，如果電容起的主要作用是給交流信號提供低阻抗的通路，就稱為旁路電容；如果主要是為了增加電源和地的交流耦合，減少交流信號對電源的影響，就可以稱為去耦電容；如果用于濾波電路中，那么又可以稱為濾波電容?！?】一般說大電容濾低頻率，小電容濾高頻。是因為電容對于高頻的諧振頻點不一樣（即頻率響應）大家可以看一下電容，電感的頻率響應圖?？梢钥吹骄€比較尖的地方就是諧振點。大電容的諧振頻率低。如果輸入頻率比諧振頻率高電容就呈感性，根本就濾不了波。小電容的諧振頻率高，保證高頻雜波可以濾掉。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第8頁。一般電源濾波是用兩個電容并聯(lián)，一個大，一個小并聯(lián)這樣大的可以濾除低頻，而且還可以蓄容，使電壓紋波降低，而小的電容濾除高頻，起旁路作用。因為電容的特性是通高頻，阻低頻，這樣組合比較好。一般在高頻地方，都接一個小電容，起旁路作用。

3主控制模塊的設計STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第8頁。3.189C52單片機的介紹89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。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89C52是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機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。3.289C52的主要特性和結構特點89C52的主要特性有：1.與MCS-51兼容；2.有8K字節(jié)可編程閃爍存儲器;3.壽命長1000寫/擦循環(huán).數(shù)據(jù)保留時間可以達到10年；4.三級程序存儲器鎖定5.具有128*8位內部RAM;5.32可編程I/O線和兩個16位定時器/計數(shù)器還有5個中斷源；6.可編程串行通道，低功耗的閑置和掉電模式，片內振蕩器和時鐘電路?！?】3.389C52的IO口介紹

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收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(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/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。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第9頁。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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第9頁。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）這是由于上拉的緣故。【14】圖3.189C52單片機STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第10頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第10頁。3.4晶振電路CPU的正常工作離不開穩(wěn)定準確的時鐘信號。時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。CPU就是通過復雜的時序電路完成不同的指令功能的。MCS-51的時鐘信號可以由兩種方式產生：一種是內部方式，利用芯片內部的震蕩電路來產生時鐘信號；另一種方式為外部方式，時鐘信號由外部引入。本設計采用的是內部方式，具體連接方式如圖3.2所示。晶振的選擇一般選用11.0592M，因為可以準確地得到9600波特率和19200波特率。兩個電容叫晶振的負載電容，分別接在晶振的兩個腳上和對地的電容，一般在幾十皮法。它會影響到晶振的諧振頻率和輸出幅度。這里取30皮法。圖3.2晶振電路STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第11頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第11頁。3.5復位電路為確保單片機系統(tǒng)中電路穩(wěn)定可靠工作，復位電路是必不可少的一部分，復位電路的第一功能是上電復位。一般單片機電路正常工作需要供電電源為5V±5%，即4.75～5.25V。由于單片機電路是時序數(shù)字電路，它需要穩(wěn)定的時鐘信號，因此在電源上電時，只有當VCC超過4.75V低于5.25V以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時，復位信號才被撤除，微機電路開始正常工作。復位電路工作原理如圖3.3所示，VCC上電時，C充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位；幾個毫秒后，C充滿，10K電阻上電流降為0，電壓也為0，使得單片機進入工作狀態(tài)。工作期間，按下開關S，C放電。S松手，C又充電，在10K電阻上出現(xiàn)電壓，使得單片機復位。幾個毫秒后，單片機進入工作狀態(tài)。圖3.3復位電路STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第12頁。

4鍵盤輸入模塊的設計STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第12頁。4.1鍵盤的電路及原理 本設計采用了4x4的行列式鍵盤。行列式鍵盤的接法比獨立式鍵盤的接法復雜，編程實現(xiàn)上也會比較復雜。但是，在占用相同的I／O端口的情況下，行列式鍵盤的接法會比獨立式接法允許的按鍵數(shù)量多。圖4.1中硬件采用中斷方式工作，用一個8位I／O口構成4×4鍵盤。具體做法如下將P1.3～P1.0設為列輸入線，P1.7～P1.4設為行輸出線，并使I／O輸出信號P1.7～P1.4為0000。若有鍵按下，與門的輸出端變?yōu)榈碗娖?，向CPU申請中斷，表示鍵盤中有鍵按下。CPU執(zhí)行中斷程序對鍵盤進行掃描，判斷鍵值。CPU在中斷程序中先將P1.3～P1.0的數(shù)值讀入以此判斷出列值。然后再分別令P1.7～P1.4逐行輸出低電平，并再次掃描P1.3～P1.0，以確定行值。如此就完成了鍵盤的輸入掃描。（10）圖4.1鍵盤輸入電路STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第13頁。

5顯示模塊的設計STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第13頁。5.1數(shù)碼管及二極管的電路及原理為了讓使用者能直觀地知道系統(tǒng)的運行狀態(tài)，顯示設備是必不可少的。這里采用了兩個七段數(shù)碼管和七個發(fā)光二極管對系統(tǒng)運行過程的狀態(tài)及結果進行顯示。沒有按鍵按下的時候，數(shù)碼管將不顯示。而發(fā)光二極管將輪流點亮形成漂亮的跑馬燈。由于紅色發(fā)光二極管的一般工作電流為20mA，壓降1.7V。而單片機的管腳最大輸出電流一般只有10mA。為了保護單片機使其溫度及功耗不會過高，因此在二極管和單片機之間要接一個74HC573鎖存器進行鎖存，然后再驅動二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。限流電阻R可用下式計算：

R＝（E－UF）／IF式中E為電源電壓，UF為LED的正向壓降，IF為LED的一般工作電流。5.274HC573的介紹

74HC573和74LS373原理一樣，8數(shù)據(jù)鎖存器。主要用于數(shù)碼管、按鍵等等的控制。1.真值表Dn

LE

OE

OnH

H

L

HL

H

L

LX

L

L

QoX

X

H

Z這個就是真值表,表示這個芯片在輸入和其它的情況下的輸出情況。每個芯片的數(shù)據(jù)手冊（datasheet）中都有真值表。布爾邏輯比較簡單,在此不贅述。2.高阻態(tài)就是輸出既不是高電平,也不是低電平,而是高阻抗的狀態(tài);在這種狀態(tài)下,可以多個芯片并聯(lián)輸出;但是,這些芯片中只能有一個處于非高阻態(tài)狀態(tài),否則會將芯片燒毀;高阻態(tài)的概念在RS232和RS422通訊中還可以用到。3.數(shù)據(jù)鎖存STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第14頁。當輸入的數(shù)據(jù)消失時,在芯片的輸出端,數(shù)據(jù)仍然保持;這個概念在并行數(shù)據(jù)擴展中經常使用到。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第14頁。4.數(shù)據(jù)緩沖加強驅動能力。74LS244/74LS245/74LS373/74LS573都具備數(shù)據(jù)緩沖的能力。OE：output_enable,輸出使能;LE：latch_enable,數(shù)據(jù)鎖存使能,latch是鎖存的意思;Dn：第n路輸入數(shù)據(jù);On：第n路輸出數(shù)據(jù);再看這個真值表,意思如下：第四行：當OE＝1是,無論Dn、LE為何,輸出端為高阻態(tài);第三行：當OE＝0、LE＝0時,輸出端保持不變;第二行第一行：當OE＝0、LE＝1時,輸出端數(shù)據(jù)等于輸入端數(shù)據(jù);結合下面的波形圖,在實際應用的時候是這樣做的：a．OE＝0;b．先將數(shù)據(jù)從單片機的口線上輸出到Dn;c．再將LE從0->1->0d．這時,你所需要輸出的數(shù)據(jù)就鎖存在On上了,輸入的數(shù)據(jù)在變化也影響不到輸

出的數(shù)據(jù)了;實際上,單片機現(xiàn)在在忙著干別的事情,串行通信、掃描鍵盤……單片機的資源有限啊。在單片機按照RAM方式進行并行數(shù)據(jù)的擴展時,使用movx@dptr,A這條指令時,這些時序是由單片機來實現(xiàn)的。后面的表格中還有需要時間的參數(shù),你不需要去管它,因為這些參數(shù)都是幾十ns級別的,對于單片機在12M下的每個指令周期最小是1us的情況下,完全可以實現(xiàn);如果是你自己來實現(xiàn)這個邏輯,類似的指令如下：mov

P0,A;將數(shù)據(jù)輸出到并行數(shù)據(jù)端口clr

LEsetb

LEclr

LE

;上面三條指令完成LE的波形從0->1->0的變化74ls573跟74LS373邏輯上完全一樣,只不過是管腳定義不一樣,數(shù)據(jù)輸入和輸出端。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第15頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第15頁。圖5.1跑馬燈電路5.3CD4511的介紹為了讓數(shù)碼管能夠正常顯示，那么譯碼器CD4511是必不可少的。CD4511是一個用于驅動共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點如下：

具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域寗覮ED顯示器。其引腳功能介紹如下：BI：4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第16頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第16頁。圖5.2數(shù)碼管電路STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第17頁。

6直流電機控制模塊的設計STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第17頁。6.1直流電機的介紹定義輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。直流電機是電機的主要類型之一。直流電動機以其良好的啟動性和調速性能著稱，直流發(fā)電機供電質量較好，常常作為勵磁電源。與交流電機相比直流電機的結構較復雜，成本較高，可靠性較差，使它的應用受到限制。近年來，與電力電子裝置結合而具有直流電機性能的電機不斷涌現(xiàn)，使直流電機有被取代的趨勢。盡管如此，直流電機仍有一定的理論意義和實用價值。直流電機的結構由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。6.2比例運算放大電路的介紹采用集成運放接入適當?shù)姆答侂娐肪涂蓸嫵筛鞣N運算電路，主要有比例運算、加減法運算和微積分運算等。由于集成運放開環(huán)增益很高，所以它構成的基本運算電路均為深度負反饋電路，運放兩輸入端之間滿足“虛短”和“虛斷”，根據(jù)這兩個特點很容易分析各種運算電路。6.2.1反相比例運算電路原理圖如圖6.1所示。Uo=-(Rf/R1)*Ui。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第18頁。輸入電壓Ui經電阻R1加到集成運放的反相輸入端，其同相輸入端經電阻R2接地。輸出電壓Uo經Rf接回到內部輸入級兩個差分對管的基極。為使差動放大電路的參數(shù)保持對稱，應使兩個差分對管基極對地的電阻盡量一致，以免靜態(tài)基流流過這兩個電阻時，在運放輸入端產生偏差電壓。因此，通常選擇的阻值為R2=R1//Rf。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第18頁。RR2R1Rf－A+UiUNUPU0圖6.1反相比例運算放大電路6.2.2反相加法運算

電路原理圖如圖6.2所示。Uo=-Rf(Ui1/R1+Ui2/R2+Ui3/R3)。RR1R3R2Rf－∞+AR4Ui3Ui2Ui1U0圖6.2反相加法運算電路6.3集成運算放大器LM324STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第19頁。LM324內部包括有四個獨立的、高增益、內部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式。在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運算放大器的場合。其特點如下：STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第19頁。內部頻率補償；直流電壓增益高(約100dB)；電源電壓范圍寬：單電源(3V～32V)；雙電源(±1.5～±15V)；共模輸入電壓范圍寬；輸出電壓擺幅大(0至Vcc-1.5V)；低功耗電流，適合于電池供電；單位增益頻帶寬(約1MHz)；低輸入偏置電流：45nA；低輸入失調電壓：2mV和失調電流：5nA；差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍。圖6.3LM243運算放大器電路6.4數(shù)模轉換器DAC0832STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第20頁。DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉換器。一個8位D/A轉換器有8個輸入端（其中每個輸入端是8位二進制數(shù)的一位），有一個模擬輸出端。輸入可有28=256個不同的二進制組態(tài)，輸出為256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內任意值，而只能是256個可能值。其引腳圖如圖6.3所示：STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第20頁。D0～D7：數(shù)字信號輸入端。

ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。

CS：片選信號，低電平有效。

WR1：寫信號1，低電平有效。

XFER：傳送控制信號，低電平有效。

WR2：寫信號2，低電平有效。

IOUT1、IOUT2：DAC電流輸出端。

Rfb：是集成在片內的外接運放的反饋電阻。

Vref：基準電壓（-10～10V）。

Vcc：是源電壓（+5～+15V）。

AGND：模擬地NGND：數(shù)字地，可與AGND接在一起使用。

DAC0832輸出的是電流，一般要求輸出是電壓，所以還必須經過一個外接的運算放大器轉換成電壓。圖6.3DAC0832引腳圖

6.5直流電機的轉速控制STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第21頁。根據(jù)直流電機的轉速公式可以知道，要改變直流電機的轉速主要有兩種方法。一種是改變電壓，一種是改變勵磁。由于本設計采用的是永磁直流電機，所以只能通過改變直流電機的電壓來控制直流電機的轉速。具體設計如圖6.4所示。DAC0832根據(jù)單片機P0口輸出的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉換，經過LM324運算放大器之后，輸出反相電壓。為了使單片機對電機能進行正轉與反轉的控制，可以運用LM324做一個反相加法運算電路。則根據(jù)反相加法運算電路的公式有：STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第21頁。

Uo=-Rf(U1/R1+U2/R2）；因為U2接VCC等于5V，R1=7.5K，R2=15K，Rf=15K所以當2*U1+5<0即U1<-2.5V時，Uo>0。當2*U1+5>0,即U1>-2.5V時，Uo<0。而根據(jù)DAC0832的主要特性參數(shù)可知:U1=-(P/256)*VREF；其中P為DAC0832的輸入數(shù)字量，由單片機P0口提供。VREF為基準電壓，本設計基準電壓為+5V。由此可得當-(P/256)*5<-2.5V，即P<128時Uo>0,直流電機將正轉。當P>128時Uo<0，直流電機將反轉。如此就完成了單片機對直流電機正轉反轉的控制。當P=128時直流電機將停止轉動。單片機根據(jù)按鍵的鍵值來控制P0口的輸出數(shù)據(jù)，如此就實現(xiàn)了按鍵對單片機的轉速控制。并且將P0口進行時分復用，控制直流電機轉速的同時，將按鍵鍵值和DAC0832的輸入數(shù)值送給4511在數(shù)碼管上顯示。圖6.4直流電機的控制STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第22頁。

7系統(tǒng)軟件設計STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第22頁。7.1開發(fā)環(huán)境介紹本次設計應用了美國KeilSoftware公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)KeilC51。C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發(fā)，體會更加深刻。KeilC51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到KeilC51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。7.2系統(tǒng)主程序流程圖程序流程圖如圖7.1所示。詳細程序如下。程序主要有系統(tǒng)初始化，主程序和中斷程序三個部分。

開始開始初始化執(zhí)行中斷輸出數(shù)值結束是否有按鍵？YNSTC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第23頁。圖7.1系統(tǒng)主程序流程框圖STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第23頁。7.3系統(tǒng)運行過程系統(tǒng)上電時，單片機啟動，開始運行初始化程序，初始化各個寄存器的值，向P0口輸出128后，禁止DAC0832進行DA轉換。初始化完成后開始運行主程序。沒有按鍵按下時，單片機向P0口輪流輸出0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80。二極管將輪流點亮，形成跑馬燈。當有按鍵按下時，INT0口產生一個中斷，CPU將跳轉到中斷程序入口地址，開始執(zhí)行中斷程序，在中斷程序中將對按鍵進行掃描獲取鍵值。并且將允許DAC0832進行DA轉換，然后根據(jù)鍵值向P0口輸出不同的數(shù)值，完成對直流電機的控制。圖7.2單片機控制直流電機總電路圖STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第24頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第24頁。7.4實物實現(xiàn)及所遇困難直流電機的速度控制是通過單片機發(fā)出的直流脈沖頻率來實現(xiàn)的，最終我所焊接出來的實物圖如圖7.3所示。圖7.3焊接實物圖從實物圖中我們可以看到，此次設計的目標功能基本都可以實現(xiàn)。圖中的開始的接線使得直流電機只能晃動，而實現(xiàn)不了正反轉，請同學幫忙檢查焊接電路，確實是LM324運算放大器的引腳接錯了，把引腳對照芯片的功能重新焊接了一次；鍵盤也控制不了速度，原來是上拉電阻要接上+5V的電壓，才能實現(xiàn)鍵盤掃描；數(shù)碼管的顯示也和理論有差距，在實物中，兩個共陰極七段數(shù)碼管我都加上了下拉電阻，這樣才保證了數(shù)碼管的正常顯示，并且高、底位不能接反，否則的話十位和個位是倒過來的。理論是實際操作的基礎，實物操作則是理論的實現(xiàn)，我們要做到理論和實際結合，才能成為一名合格的大學生，將來才能成為社會所需要的人才。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第25頁。

結束語STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第25頁。本論文對直流電機轉速控制系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)做了大量的工作,從開始的方案,軟硬件的設計到組裝調試以及最后的系統(tǒng)功能實現(xiàn)。本論文主要研究和創(chuàng)新在于：（1）針對系統(tǒng)的技術要求,提出采用以單片機為核心的控制方案;完成各類芯片的合理選型;(2)利用8052系列單片機作為控制的核心,完成了以8052單片機為控制系統(tǒng)核心的硬件設計,完成了輸入模塊,輸出模塊以及外圍電路等模塊的設計,實現(xiàn)了系統(tǒng)的預定功能。(3)對8052系列單片機的軟件設計和實現(xiàn)方法以及部分關鍵技術進行了探索研究,給出了以8052單片機作為整個控制系統(tǒng)為核心的整體軟件設計思路。本設計采用模塊化設計思想，進行了單片機程序編寫，對系統(tǒng)主程序的流程進行了分析，說明各模塊的功能，最后調試通過，實現(xiàn)了各部分功能。本次設計已經全部完成。通過這次畢業(yè)設計使我對單片機控制系統(tǒng)有了更深一步的了解。明白了實踐與理論之間的聯(lián)系，獲益匪淺。這次做論文的經歷也會使我終身受益，我感受到做論文是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學習的過程和研究的過程，沒有學習就不可能有研究的能力，沒有自己的研究，就不會有所突破，那也就不叫論文了。希望這次的經歷能讓我在以后學習中激勵我繼續(xù)進步。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第26頁。

致謝STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第26頁。非常感謝XXX教授,XXX副教授在我大學的最后學習階段——畢業(yè)設計階段給自己的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他們給了我耐心的指導和無私的幫助。為了指導我們的畢業(yè)論文，他們放棄了自己的休息時間，他們的這種無私奉獻的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他們表示我誠摯的謝意。同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第27頁。

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附錄STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第28頁。程序清單：/********************************************//* 51單片機學習板主程序，12MHz晶振 *//********************************************/#include<AT89X52.H>#include<absacc.h>#include"delay.h"#include"scan_key.h"#include"timer0srv.h"#include"spd.h"voidInitial() //初始化函數(shù){TMOD=0x11; IT0=1; //鍵盤中斷初始化EX0=1;PX0=0;IT1=1; //直流電機轉速計數(shù)初始化EX1=1;PX1=0;ET1=1; //直流電機轉速定時初始化PT1=1;TL1=0x00;TH1=0x00;STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第29頁。TR1=1;STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第29頁。PT0=0; //步進電機調速和直流電機自動調速初始ET0=1;TL0=0x00;TH0=0x00;TR0=1;EA=1;P1=0xf0;DAC_ADDR=0x7f;}voidmain(){unsignedcharLEDval=0x0f,i=0,j=0;unsignedinttemp,step_delay=0;Initial();while(1){ P1=0xf0; //鍵盤初始化/*///////跑馬燈程序////////////////////////*/ for(i=1;i<10;i++) { for(temp=0;temp<256;temp+=i) { LED_ADDR=temp; delay_nms(80); } }STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第30頁。 for(i=0,j=0x01;i<10;)STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第30頁。 { LED_ADDR=j; delay_nms(100); j=j<<1; if(j==0) { i++; j++; } } for(i=0,j=0x80;i<10;) { LED_ADDR=j; delay_nms(60); j=j>>1; if(j==0) { i++; j=0x80; } } }}/****************掃描矩陣鍵盤子程序scan_key.h******************/#include<AT89X52.H>#include<absacc.h>#include"delay.h"#ifndef_SCAN_KEY#define_SCAN_KEY#defineSEG_ADDRXBYTE[0xbfff]#defineLED_ADDRXBYTE[0x7fff]STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第31頁。unsignedcharnKeyNumber;STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第31頁。voidint0()interrupt0{inti,j;intPin1;EX0=0;delay_nms(20);//if(P3_2==0)//{ for(i=0;i<4;i++)//i代表行,j代表列,每列逐行掃描 { P1=0xff&(～(0x01<<3-i)); Pin1=P1; for(j=0;j<4;j++) { if(((Pin1>>(4+j))&0x01)==0) { nKeyNumber=i+j*4; i=4; j=4; P1=0xf0; SEG_ADDR=(nKeyNumber/10<<4)+nKeyNumber%10; delay_nms(20); EX0=1; return; } } }// } P1=0xf0; EX0=1;}#endif/***********************************//*鍵盤中斷及直流電機手動變速速控制*//**********************************/#include<AT89X52.H>#include<absacc.h>#include"delay.h"STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第32頁。STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第32頁。#ifndef_SCAN_KEY#define_SCAN_KEY#defineSEG_ADDRXBYTE[0xbfff]//數(shù)碼管地址#defineLED_ADDRXBYTE[0x7fff] //跑馬燈地址#defineDAC_ADDRXBYTE[0xdfff]//直流電機地址#defineSTEP_ADDRXBYTE[0xefff]//步進電機地址unsignedcharnKeyNumber;voidint0()interrupt0 {inti,j;intPin1;EX0=0;delay_nms(20); for(i=0;i<4;i++)//i代表行,j代表列,每列逐行掃描 { P1=0xff&(～(0x01<<3-i)); Pin1=P1; for(j=0;j<4;j++) { if(((Pin1>>(4+j))&0x01)==0) { nKeyNumber=i+j*4; i=4; j=4; P1=0xf0; SEG_ADDR=nKeyNumber/10+(nKeyNumber%10<<4);//交換鍵值位置并賦鍵值STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第33頁。 //////////*根據(jù)鍵盤鍵值，調整直流電機轉速*///////////////////////STC89C52單片機控制直流電機設計全文共39頁，當前為第33頁。 switch(nKeyNumber) { case0: DAC_ADDR=0x7f; SEG_ADDR=0x00; break; case1: DAC_ADDR=0x00; break; case2: DAC_ADDR=25; break; case3: DAC_ADDR=50; break; case4: DAC_ADDR=75; break; case5: DAC_ADDR=100; break; case6: DAC_ADDR=127; break; case7: DAC_ADDR=150; break; case8: DAC_ADDR=175;STC89C52單片機控制