单片机创新课程设计报告-基于单片机的电机测速及显示.doc

单片机创新设计报告设计题目： 基于单片机的电机测速及显示 学 院： 机电工程学院 专 业： 测控技术与仪器 班级学号： 071 23 姓 名： 同组人员： 指导教师： 设计时间： 2010、10、10-2010、10、30 单片机简介21.1单片机历史21.2 at89c51的主要特性31.3管脚说明41.4振荡器特性71.5芯片擦除7二、硬件电路的设计82.1 at89c51下载器部分82.2电机驱动部分11三、程序设计163.1 下载器程序163.2电机测速程序24四、总结37五、参考文献38单片机简介单片机是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器cpu随机存储器ram、只读存储器rom、多种i/o口和中断系统、定时器/计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、a/d转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。1.1单片机历史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了scm、mcu、soc三大阶段。（1）scm即单片微型计算机（single chip microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了scm与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，intel公司功不可没。 micro controller unit（2）mcu即微控制器（micro controller unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展mcu的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，intel逐渐淡出mcu的发展也有其客观因素。在发展mcu方面，最著名的厂家当数philips公司。 philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将mcs-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记intel和philips的历史功绩。1.2 at89c51的主要特性与mcs-51 兼容 4k字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0hz-24hz三级程序存储器锁定128*8位内部ram32可编程i/o线两个16位定时器/计数器5个中断源 可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路1.3管脚说明vcc：供电电压。gnd：接地。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。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。 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。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，如下表所示： p3.0 rxd（串行输入口） p3.1 txd（串行输出口） p3.2 /int0（外部中断0） p3.3 /int1（外部中断1） p3.4 t0（记时器0外部输入） p3.5 t1（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。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。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。/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。/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）。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。1.4振荡器特性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。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。1.5芯片擦除整个perom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。 此外，at89c51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。二、硬件电路的设计2.1 at89c51下载器部分sp-51pro（即easy51pro）编程器可以烧录atmel公司系列单片机芯片，具有性能稳定,烧录速度快,性价比高等优点。产品性能介绍如下:支持的芯片支持目前最为经典和市场占有量最大的atmel公司生产的at89c51、c52、c55和最新的s51、s52；at89c1051、2051、4051等芯片。产品特点1.使用串口通讯,芯片自动判别，编程过程中的擦除、烧写、校验各种操作完全由编程器上的监控芯片89c51控制,不受pc配置及其主频的影响,因此烧写成功率高可以达到100，烧写速度很快并且烧写速度和微机的档次无关。2.采用57600高速波特率进行数据传送,编程速度可以和一般并行编程器相媲美,经测试,烧写一片4k rom的at89c51仅需要9.5s,而读取和校验仅需要3.5s。3.体积小巧,省去笨重的外接电源适配器,直接使用usb端口5v电源, 携带方便，非常初学者学习51单片机的要求。4.软件界面友好,菜单、工具栏、快捷键齐全,全中文操作，提供加密功能，可以保护您的创作产权。可以说是麻雀虽小，五脏俱全！5.功能完善,具有编程、读取、校验、空检查、擦除、加密等系列功能;6.40pin和20pin锁紧插座,所有器件全部以第一脚对齐,无附加跳线,对于dip封装芯片无需任何适配器;7.采用优质万用锁紧插座，和接触不良等问题彻底说再见，可烧写40脚单片机芯片和20脚单片机芯片8.改进的烧写深度确保每一片c51系列芯片的反复烧写次数都能达到1000以上！内部数据至少保存10年。9.因为采用了9针传口通讯，这样一来就不会再和打印机抢一个打印口，随时随地想烧就烧，让芯片编程成为一种快乐！(3)硬件连接 1.通讯电缆与编程器连接好，2.将串口插头插入电脑串口，3.usb插头插入电脑任一个usb口，此时编程器上led点亮，表明电源接通。4.接着安装软件，本软件支持win9x/me/2000/nt,标准window操作界面。本软件属于绿色软件，不需要安装，直接把相关的软件拷贝到硬盘中，运行其中的easy 51pro 2_0程序即可。 软件使用 程序启动后，会自动检测硬件及连接，状态框中显示“就绪”字样，表示编程器连接和设置均正常。否则请检查硬件连接和端口设置。 把单片机芯片正确地放到编程器的相应插座上，注意，芯片的缺口要朝向插座的把手方向。芯片放好后，就可以对芯片进行读写操作了，读写操作按下面的步骤进行： 1、程序运行，请先选择器件（点下选框）2、用“打开文件”选择打开要编写的.hex 和 .bin 文件3、用“保存文件”可以保存读出来的文件4、用“擦除器件”擦除芯片5、用“写器件”编程6、用“读器件”读取芯片中的程序，加密的读不出来7、用“校验数据”检查编程的正确与否8、用“自动完成”自动执行以上各步骤9、用“加密”选择加密的级数2.12电机驱动部分2.2电机驱动部分图4-3中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“h桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母h。4个三极管组成h的4条垂直腿，而电机就是h中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，h桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图4-3 h桥简易驱动电路要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4-4所示，当q1管和q4管导通时，电流就从电源正极经q1从左至右穿过电机，然后再经q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管q1和q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图4-4 h桥电路驱动电机顺时针转动图4-5所示为另一对三极管q2和q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管q2和q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图4-5 h桥驱动电机逆时针转动 驱动电机时，保证h桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管q1和q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中通常要用硬件电路方便地控制三极管的开关。图4-6 所示就是基于这种考虑的改进电路，它在基本h桥电路的基础上增加了4个与门和2个非门。4个与门同一个“使能”导通信号相接，这样，用这一个信号就能控制整个电路的开关。而2个非门通过提供一种方向输人，可以保证任何时候在h桥的同侧腿上都只有一个三极管能导通。（与本节前面的示意图一样，图4.15所示也不是一个完整的电路图，特别是图中与门和三极管直接连接是不能正常工作的。） 图4-6 具有使能控制和方向逻辑的h桥电路采用以上方法，电机的运转就只需要用三个信号控制：两个方向信号和一个使能信号。如果dirl信号为0，dirr信号为1，并且使能信号是1，那么三极管q1和q4导通，电流从左至右流经电机（如图4.-7所示）；如果dirl信号变为1，而dirr信号变为0，那么q2和q3将导通，电流则反向流过电机。 图4-7 使能信号与方向信号的使用 实际使用的时候，用分立元件制作h桥是很麻烦的，好在现在市面上有很多封装好的h桥集成电路，接上电源、电机和控制信号就可以使用了，在额定的电压和电流内使用非常方便可靠。比如常用的l293d、l298n、ta7257p、sn754410等。三、程序设计3.1 下载器程序#include byte combuf18; uint naddress; uint ntimeout;prowork pw;void delay_us(byte nus) th0=0;tl0=0;tr0=1;while(tl0nus)tr0=0;void delay_ms(uint nms) uint n=0;tr0=1;while(nnms)th0=0;tl0=20;while(th04)n+;tr0=0; bool waitcomm()/等待上位机的命令,18字节byte n=0;ri=0;while(!ri)/combufn=sbuf;ri=0;n+;for(n;n10000)return 0;combufn=sbuf;ri=0;return 1;bool waitresp()ntimeout=0;ri=0;while(!ri)ntimeout+;if(ntimeout50000) return 0;ri=0;combuf0=sbuf;return 1;bool waitdata()byte n;ri=0;for(n=0;n10000)return 0;ri=0;combufn=sbuf;return 1;void senddata()/发送数据或回应操作完成,18字节byte n=0;for(n;n=17;n+)ti=0;sbuf=combufn;while(!ti)ti=0;void sendresp()ti=0;sbuf=combuf0;while(!ti)ti=0;void setvpp5v()/设置vpp为5vp3_4=0;p3_3=0;void setvpp0v()/设置vpp为0vp3_3=0;p3_4=1;void setvpp12v()/设置vpp为12vp3_4=0;p3_3=1;void rstpro()pw.fpproover();senddata();void readsign()/读特征字pw.fpreadsign();senddata();void erase()pw.fperase();senddata();void write(byte n;pw.fpinitpro();senddata();while(1)if(waitdata()if(combuf0=0x07)for(n=2;n=17;n+)if(!pw.fpwrite(combufn)pw.fpproover();combuf0=0xff;sendresp();waitdata();return;naddress+;/下一个单元combuf0=1;/回应上位机一个字节，表示数据块顺利完成，请求继续sendresp();else if(combuf0=0x00)/写器件结束break;else/可能是通讯出错了pw.fpproover();return;else/等待数据失败pw.fpproover();return;pw.fpproover();delay_ms(50);combuf0=0;senddata();void read()/byte n;pw.fpinitpro();senddata();while(1)if(waitresp()/if(combuf0=0)break;else if(combuf0=0xff)/0xff表示重发naddress=naddress-0x0010;for(n=2;n=17;n+)combufn=pw.fpread();naddress+;/下一个单元combuf0=6;/向上位机发送读出的数据块senddata();elsebreak;/等待回应失败pw.fpproover();/操作结束设置为运行状态combuf0=0;/通知上位机编程器进入就绪状态senddata();void lock()/写锁定位pw.fplock();senddata();extern void preparepro00();extern void preparepro01();extern void preparepro02();/fid=02:at89s51编程器void main()sp=0x60;setvpp5v();/先初始化vpp为5vscon=0x00;tcon=0x00;/pcon=0x00;/波特率*2ie=0x00;/tmod: gate|c/!t|m1|m0|gate|c/!t|m1|m0/ 0 0 1 0 0 0 0 1tmod=0x21;/t0用于延时程序th1=0xff;tl1=0xff;/波特率28800*2,注意pcon/scon: sm0|sm1|sm2|ren|tb8|rb8|ti|ri / 0 1 0 1 0 0 0 0scon=0x50;tr1=1;delay_ms(1000);/延时1秒后编程器自举combuf0=0;senddata(); while(1)/串口通讯采用查询方式if(!waitcomm()/如果超时,通讯出错delay_ms(500);combuf0=0;/让编程器复位,使编程器就绪switch(combuf1)/根据fid设置(prowork)pw中的函数指针case 0:/at89c51编程器preparepro00();break;case 1:/at89c2051编程器preparepro01();break;case 2:/at89s51编程器preparepro02();break;/case 3:支持新器件时，请继续向下添加/break;/case 4:/break;default:combuf0=0xff;combuf1=0xff;/表示无效的操作break;switch(combuf0)/根据操作id跳到不同的操作函数case 0x00:rstpro();/编程器复位break;case 0x01:readsign();/读特征字break;case 0x02:erase();/擦除器件break;case 0x03:write();/写器件break;case 0x04:read();/读器件break;case 0x05:lock();/写锁定位break;default:senddata();break;3.2电机测速程序/*led.c12864 led驱动程序头文件*/#ifndef led_h_#define led_h_#include/定义背光控制信号sbit led_bl=p14;/点亮背光灯void ledlighton();/熄灭背光灯void ledlightoff();/清屏void ledclear();/初始化void ledinit();/显示asc码void ledputchar(unsigned char c);/显示字符串void ledputs(unsigned char*s);#endif /led_h_/*led.c12864 led驱动程序*/#include #include /#include led.h/定义屏幕光标（取值063，光标本身不可见）unsigned char ledcursor;int i,j;/*函数：ledlighton()功能：点亮背光灯*/void ledlighton()led_bl = 1;/*函数：ledlightoff()功能：熄灭背光灯*/void ledlightoff()led_bl = 0;/*函数：ledgetbf()功能：读出状态位bf返回：bf=1，表示忙，不可进行任何操作bf=0，表示不忙，可以进行正常操作*/bit ledgetbf()unsigned char dat;dat = xbyte0xd002;/xbyte的定义见return (bit)(dat & 0x80);/*函数：ledwritecmd()功能：向led发送命令参数：cmd：命令字，详见器件的数据手册*/void ledwritecmd(unsigned char cmd)while ( ledgetbf() );xbyte0xd000 = cmd;/*函数：ledwritedat()功能：向led写入数据参数：dat，要写入的数据说明：目标地址由地址计数器ac隐含指定，写完后ac自动加1*/void ledwritedat(unsigned char dat)while ( ledgetbf() );xbyte0xd001 = dat;/*函数：ledreaddat()功能：从led读出数据返回：读出的数据*/*unsigned char ledreaddat()volatile unsigned char dat;while ( ledgetbf() );dat = xbyte0xd003;dat = xbyte0xd003;/需要连续执行两次才能够读出真正的数据return dat;*/*函数：ledsetac()功能：设置ddram（显示数据ram）的ac（地址计数器）值参数：ac：地址计数器值，范围063*/void ledsetac(unsigned char ac)ac &= 0x3f;ac |= 0x80;ledwritecmd(ac);/*函数：ledclear()功能：led清屏，并使光标回到0*/void ledclear()ledwritecmd(0x01);/清屏命令ledcursor = 0;/*函数：leddelay()功能：延时(t*100)个机器周期*/void leddelay(unsigned char t)unsigned char n;don = 49;while ( -n != 0 ); while ( -t != 0 );/*函数：ledinit()功能：led初始化*/void ledinit()ledwritecmd(0x30);leddelay(3);ledwritecmd(0x30);leddelay(1);ledwritecmd(0x0c);leddelay(3);ledclear();/清屏leddelay(250);ledwritecmd(0x06);leddelay(10);void ledcheckac()switch ( ledcursor )case 16:ledsetac(16);break;case 32:ledsetac(8);break;case 48:ledsetac(24);break;case 64:ledcursor = 0;ledsetac(0);break;default:break;void ledputchar(unsigned char c)ledwritedat(c);ledcursor+;ledcheckac();void ledputhz(unsigned char ch, unsigned char cl)if ( ledcursor & 0x01 )ledputchar( );ledwritedat(ch);ledwritedat(cl);ledcursor += 2;ledcheckac();/*函数：ledputs()功能：显示字符串参数：*s：要显示的字符串（可同时包含ascii码和汉字）*/void ledputs(unsigned char *s)unsigned char ch, cl;for (;)ch = *s+;if ( ch = 0 ) break;if ( ch 0x80 )ledputchar(ch);elsecl = *s+;ledputhz(ch,cl);/*显示主程序*/#includeled.h#include/#include delay.h /* 包含延时函数的头部文件delay_us();delay_ms(); */ /*函数：delay()延时1ms 65.53st0时，延时（t*0.001）st=0时。延时65.53sunsigned char sd4=1,2,3,4;/速度设定unsigned char fk4=2,2,3,4;/速度反馈int d=0;/方向控制中间变量unsigned int pwm=0;/速度产生中间变量 unsigned int p=0; unsigned int value=0; unsigned int pwm_value=0; unsigned int m; /unsigned int a,b,c,d;sbit key1=p20;sbit key2=p21;sbit key3=p22;sbit motora=p16;sbit motorb=p17;bit swtr;bit swtf;unsigned int swtv; #define pwm_max 255void delay(unsigned int t)swtv=t;swtr=1;while(!swtf);swtr=0;swtf=0;void key()if(key1=0)value=value+1;if(key2=0)value=value-1;if(value255) value=255;if(valuepwm_max)t=0;if(t=pwm_value) pwm=1;else pwm=0;if(d=0)motora=0;motorb=pwm;elsemotora=pwm;motorb=0; void show_value(unsigned char ch) int i; for(i=0;ivalue) pwm_value=p