单片机控制直流电动机正反转.doc

西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕毕 业业 设设 计计（ （论论 文）文） 论论文文题题目：目： 单片机控制直流电动机正反转 所属系部：所属系部： 电子工程系电子工程系 指指导导老老师师： ： 崔晨耕崔晨耕 职职 称：称： 学生姓名：学生姓名： 杨杨涛涛 班班级级、学号、学号: 10202225 专专 业业： ： 电子信息工程技术电子信息工程技术 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 年 月 日 西安航空西安航空职业职业技技术术学院学院 毕业设计毕业设计（ （论论文）任文）任务书务书 题题目：目： 单片机控制直流电动机正反转 任任务务与要求：与要求： 用单片机控制直流电动机使得直流电动机正反转，实现弱电控制强 电 时间时间： ： 2012 年 10 月 15 日 至 2012 年 12 月 15 日 共 8 周 所属系部：所属系部： 电子工程系电子工程系 学生姓名：学生姓名： 杨杨涛涛 学学 号：号： 1020222 专业专业： ： 电子信息工程技术电子信息工程技术 指指导单导单位或教研室：位或教研室： 指指导导教教师师： ：崔晨耕崔晨耕 职职 称：称： 西安航空西安航空职业职业技技术术学院制学院制 年 月 日 毕业设计毕业设计(论论文文)进进度度计计划表划表 日日 期期工工 作作 内内 容容执执 行行 情情 况况 指指导导教教师师 签签 字字 2012-10-4领取论文题目 2012-11-1 至 2012-11- 7 收集相关资料 2012-11-8 至 2012-11- 14 绘制各模块流程图 2012-11-15 至 2012-11- 19 绘制整体原理图及编写程序代 码 2012-11-20 至 2012-12- 3 撰写论文 教教师对进师对进度度 计计划划实实施情施情 况况总评总评 签名 年 月 日 本表作评定学生平时成绩的依据之一 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 1 机控制直流电动机正反 【摘要】 近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入， 同时带动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系 统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的， 还应根据具体硬件结构，以及具体应用对象特点的软件结合，以作完善。 本文从硬件和软件两方面来讲述直流电机控制过程,在控制过程中主要应用 80c51、继电器和外接电路，而主要是通过键盘来对电机的运行状态进行控制 ，以单片机为控制部件，并通过继电器控制电机当前运行的状态。软件方面采 用 c 语言来进行程序设计，使指令的执行速度快，节省存储空间。为了便于扩 展和更改，软件的设计采用模块化结构，使程序设计的逻辑关系更加简洁明了， 使硬件在软件的控制下协调运转。 关健词: 电动机；控制；正反转 Abstract:Abstract:in recent years along with computer penetration in the social sphere, SCM applications are constantly deepening, led the traditional control test at the same time ever updated. In real-time detection and automatic control of the SCM application system, the microcontroller is often used as a core component, only SCM knowledge is not enough, should be based on specific hardware structure, as well as the characteristic of the application object of the software, to make perfect. In this paper, from two aspects of hardware and software about DC motor control process, the control process is mainly used 80C51, relay and an external circuit, but mainly through the keyboard to the running state of the motor to control, with single chip microcomputer as control component, and through the relay to control the motor current running state. Software using C language for programming, so that the instruction execution speed, save the memory space. In order to facilitate the expansion and the change, the software design uses the modular structure, make the logic relation of designing program more concise, making hardware under the control of software coordination KeyKey wordswords: motor; control; positive inversion 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 2 目录 1 1 系统概述系统概述 .3 3 1.1 课题的背景及其意义.3 1.2 课题的内容及要求.3 2 2 系统总体设计系统总体设计 .3 3 2.1 系统设计概述.3 2.2 系统总体设计框图.4 3 3 设计的理论基础设计的理论基础 .4 4 3.1 8051 单片机结构和原理 .4 3.1.1 8051 单片机的内部组成.4 3.1.2 8051 的信号引脚.6 3.1.3 存储器.9 3.1.4 中断.11 3.1.5 定时/计数器 .12 3.2 电磁继电器的结构与原理.13 3.2.1 概述 .13 3.2.2 电磁继电器的工作原理 和特性.14 3.2.3 主要技术参数.14 3.3 直流电动机的结构与原理.15 3.3.1 概述.15 3.3.2 直流电机的结构.16 3.3.3 直流电机的工作原理.16 3.3.4 直流电机主要技术参数:.16 四四 硬件设计及描述硬件设计及描述 .1616 4.1 设计思路.16 4.2 设计原理图.17 4.3 程序流程图.17 结束语结束语 .2020 谢辞谢辞 .2121 参考文献：参考文献： .2222 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 3 1 1 系统概述系统概述 1.11.1 课题的背景及其意义课题的背景及其意义 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流 驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流 电动机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好 等特点，一直在传动领域占有统治地位。它广泛应用于数控机床、工业机器人 等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机 的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。为此，研究并制造高性能、 高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。 本文设计开发了一套基于单片机的直流电机正反转控制器，作为其配套的 试验装置。论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设计 的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设 计，然后介绍了以 80c51 单片机为核心的硬件构成，对直流电动机正反转电路 作了详细阐述。论述了软件的设计思想和方法;实现了对直流电动机正反转功能。 利用 80c51 芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、 降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。针对直流电机运行 环境恶劣、干扰严重的特点，从系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干 扰的综合考虑，并利用多种软件和硬件技术来提高和改善系统的抗干扰能力， 有效地提高了系统的可靠性和实用性。 1.21.2 课题的内容及要求课题的内容及要求 本设计将介绍一种基于单片机的直流电机正反转控制系统。该系统采用以 单片机为核心，通过控电磁制继电器来控制电路中开关闭合，从而使得电动机 实现正反转功能。对电动机的控制可分为正转控制和反转控制两种工作状态， 以及电动机停止工作的状态。本次设计可的主要内容是通过按键来控制直流电 动机的运行状态。 2 2 系统总体设计系统总体设计 2.12.1 系统设计概述系统设计概述 由于直流电机的转向和流入电流的方向有关，则可以搭接外部电路，通过 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 4 开关控制使得电流从直流电动机的正负级之间切换，然而要实现弱电控制强电 的要求和，以确保人员的安全。要实现控制外部电路开关可以通过 80c51 芯片 来控制电磁继电器，电磁继电器来控制外部电路中的开关实现人员不直接接触 强电的要求 2.22.2 系统总体设计框图系统总体设计框图 图 2-1 系统总体框图 3 3 设计的理论基础设计的理论基础 本设计系统的基本组成单元包括单片机 80c51、继电器、直流电动机，本 章将逐一进行 3.13.1 80518051 单片机结构和原理单片机结构和原理 3.1.13.1.1 80518051 单片机的内部组成单片机的内部组成 8051 内部有 4 KB ROM，基本组成如图 3-1 所示。 CPU 时钟电路 P0P3P2P1TXDRXDINT0INT1 并行接口串行接口中断系统 定时/计数器RAMROM T0T1 图 3-1 8051 单片机结构框图 1) 中央处理器（CPU） 中央处理器是单片机的核心,完成运算和控制功能。8051 的 CPU 能处理 8 位二进制数或代码。 2) 内部数据存储器（内部 RAM） 8051 芯片中共有 256 个 RAM 单元，但其中后 128 单元被专用寄存器占用， 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 5 能作为寄存器供用户使用的只是前 128 单元，用于存放可读写的数据。因此通 常所说的内部数据存储器就是指前 128 单元，简称内部 RAM。 3) 内部程序存储器（内部 ROM） 8051 共有 4KB 掩膜 ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此，称之为 程序存储器，简称内部 ROM。 4) 定时/计数器 8051 共有两个 16 位的定时/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时 或计数结果对计算机进行控制。 5) 并行 I/O 口 MCS-51 共有 4 个 8 位的 I/O 口（P0、P1、P2、P3） ，以实现数据的并行输 入/输出。 6) 串行口 8051 单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行 数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作 为同步移位器使用。 7) 中断控制系统 8051 单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。8051 共有 5 个中断 源，即外中断两个，定时/计数中断两个，串行中断一个。全部中断分为高级和 低级共两个优先级别。 8) 时钟电路 8051 芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为 单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为 6 MHz 和 12 MHz。 从上述内容可以看出，MCS-51 虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该 具有的基本部件它都包括，因此，实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。 3.1.23.1.2 80518051 的信号引脚的信号引脚 8051 是标准的 40 引脚双列直插式集成电路芯片，引脚如图 3-2 所示。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 6 图 3-2 80c51 引脚图 1）信号引脚介绍 （1）主电源引脚 VCC：+5 V 电源 VSS：地线。 （2）时钟电路引脚 XTAL1 和 XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用 于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。 （3）控制信号引脚 RST/VPD：复位信号。当输入的复位信号延续两个机器周期以上的高电 平时即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作;当单片机掉电时，此引脚上 可接备用电源，由 VPD 向片内 RAM 提供备用电源，一保持片内 RAM 中的数据不 丢失。 ALE/PROG：地址锁存控制信号。在系统扩展时，ALE 用于控制把 P0 口 输出的低 8 位地址锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外，由于 ALE 是以晶振 1/6 的固定频率输出的正脉冲，因此,可作为外部时钟或外部定时脉冲 使用。对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接收编程脉冲。 PSEN:片外程序存储器读选通信号输出端。 EA/VPP：访问程序存储控制信号。当 EA 信号为低电平时，对 ROM 的读 操作限定在外部程序存储器；当 EA 信号为高电平时，对 ROM 的读操作是从内部 程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。对于 EPROM 型单片机，在 EPRAM 编程期间，此引脚接上加 21V EPROM 编程电源 VPP。 (4)I/O 引脚 P0.0 P0.7： P0 口 8 位双向口线。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 7 P1.0 P1.7 ：P1 口 8 位双向口线。 P2.0 P2.7 ：P2 口 8 位双向口线。 P3.0 P3.7 ：P3 口 8 位双向口线。 (5)P3 口线的第二功能 P3 的 8 条口线都定义有第二功能，详见表 3-1。 表 3-1 P3 口各引脚与第二功能表 引 脚 第二功 能 信号名称 P3. 0 RXD串行数据接收 P3. 1 TXD串行数据发送 P3. 2 INT0外部中断 0 申请 P3. 3 INT1外部中断 1 申请 P3. 4 T0定时/计数器 0 的外部输入 P3. 5 T1定时/计数器 1 的外部输入 P3. 6 WR外部 RAM 写选通 P3. 7 RD外部 RAM 读选通 以上把 8051 单片机的全部信号引脚分别以第一功能和第二功能的形式列出。 对于各种型号的芯片，其引脚的第一功能信号是相同的，所不同的只在引脚的 第二功能信号。对于 9、30 和 31 三个引脚，由于第一功能信号与第二功能信号 是单片机在不同工作方式下的信号，因此不会发生使用上的矛盾。但是 P3 口的 情况却有所不同，它的第二功能信号都是单片机的重要控制信号。因此，在实 际使用时，都是先按需要选用第二功能信号，剩下的才以第一功能的身份作数 据位的输入/输出使用。 2) 并行输入/输出口电路结构 单片机芯片内还有一项主要内容就是并行 I/O 口。8051 共有 4 个 8 位的并 行 I/O 口，分别记作 P0、P1、P2、P3。每个口都包含一个锁存器、一个输出驱 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 8 动器和输入缓冲器。实际上，它们已被归入专用寄存器之列，并且具有字节寻 址和位寻址功能。在访问片外扩展存储器时，低 8 位地址和数据由 P0 口分时传 送，高 8 位地址由 P2 口传送。在无片外扩展存储器的系统中，这 4 个口的每一 位均可作为双向的 I/O 端口使用。 8051 单片机的 4 个 I/O 口都是 8 位双向口，这些口在结构和特性上是基本 相同的，但又各具特点。 3) 时钟电路 （1）内部方式时钟电路 在 8051 芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚 XTAL1， 其输出端为引脚 XTAL2。而在芯片的外部，XTAL1 和 XTAL2 之间跨接晶体振荡器 和微调电容，从而构成一个稳定的自激振荡器，这就是单片机的时钟电路，如 图 3-3 所示。 时钟电路产生的振荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时 钟脉冲信号。请读者特别注意时钟脉冲与振荡脉冲之间的二分频关系，否则会 造成概念上的错误。一般地，电容 C1 和 C2 取 30pF 左右，晶体的振荡频率范围 是 1.212MHz。晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也 就快。8051 在通常应用情况下，使用振荡频率为 6MHz 或 12MHz。 1 XTAL1 XTAL2 C1 C2 晶振 8051 至内部时钟电路 图 3-3 时钟振荡电路 （2）外部方式时钟电路 在由多片单片机组成的系统中，为了各单片机之间时钟信号的同步，应当 引入惟一的公用外部脉冲信号作为各单片机的振荡脉冲。这时，外部的脉冲信 号是经 XTAL2 引脚注入，其连接如图 3-4 所示。 8051 1 XTAL1 XTAL2 VSS TTL 外部时 钟信号 VCC 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 9 图 3-4 外部时钟源接法 （3） 时序 时序是用定时单位来说明的。8051 的时序定时单位共有 4 个，从小到大依 次是：节拍、状态、机器周期和指令周期。它们之间的关系如下： 一个振荡脉冲的周期为节拍； 一个状态就包含两个节拍； 一个机器周期的宽度为 6 个状态； 一条指令周期由若干个机器周期组成。 4) 单片机的复位电路 单片机复位是使 CPU 和系统中的其他功能部件都处在一个确定的初始状态， 并从这个状态开始工作，复位后 PC=0000H，使单片机从第一个单元取指令。单 片机复位的条件是：必须使 RST/VPD 或 RST 引脚加上持续两个机器周期（即 24 个振荡周期）的高电平。若时钟频率为 12 MHz，每机器周期为 1 s，则只需 2s 以上时间的高电平，在 RST 引脚出现高电平后的第二个机器周期执行复位。 (1) 复位后 PC 值为 0000H，表明复位后程序从 0000H 开始执行，这一点在实训中已介绍。 (2) SP 值为 07H，表明堆栈底部在 07H。一般需重新设置 SP 值。 (3) P0P3 口值为 FFH。P0P3 口用作输入口时，必须先写入“1” 。单片机 在复位后，已使 P0P3 口每一端线为“1” ，为这些端线用作输入口做好了准备。 3.1.33.1.3 存储器存储器 1)8051 内部数据存储器 8051 单片机的芯片内部有 RAM 和 ROM 两类存储器，即所谓的内部 RAM 和内 部 ROM，首先分析内部 RAM。 (1）内部数据存储器低 128 单元 8051 的内部 RAM 共有 256 个单元，通常把这 256 个单元按其功能划分为两 部分：低 128 单元（单元地址 00H7FH）和高 128 单元（单元地址 80HFFH） 。 低 128 单元是单片机的真正 RAM 存储器，按其用途划分为寄存器区、位寻 址区和用户 RAM 区三个区域。 寄存器区 8051 共有 4 组寄存器，每组 8 个寄存单元，各组都以 R0R7 作寄存单元 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 10 编号。寄存器常用于存放操作数中间结果等。由于它们的功能及使用不作预先 规定，因此称之为通用寄存器，有时也叫工作寄存器。4 组通用寄存器占据内 部 RAM 的 00H1FH 单元地址。 在任一时刻，CPU 只能使用其中的一组寄存器，并且把正在使用的那组寄 存器称之为当前寄存器组。到底是哪一组，由程序状态字寄存器 PSW 中 RS1、RS0 位的状态组合来决定。通用寄存器为 CPU 提供了就近存储数据的便利， 有利于提高单片机的运算速度。此外，使用通用寄存器还能提高程序编制的灵 活性，因此，在单片机的应用编程中应充分利用这些寄存器，以简化程序设计， 提高程序运行速度。 位寻址区 内部 RAM 的 20H2FH 单元，既可作为一般 RAM 单元使用，进行字节操作， 也可以对单元中每一位进行位操作，因此把该区称之为位寻址区。位寻址区共 有 16 个 RAM 单元，计 128 位，地址为 00H7FH。MCS-51 具有布尔处理机功能， 这个位寻址区可以构成布尔处理机的存储空间。这种位寻址能力是 MCS-51 的一 个重要特点。 用户 RAM 区 在内部 RAM 低 128 单元中，通用寄存器占去 32 个单元，位寻址区占去 16 个单元，剩下 80 个单元，这就是供用户使用的一般 RAM 区，其单元地址为 30H7FH。对用户 RAM 区的使用没有任何规定或限制，但在一般应用中常把堆 栈开辟在此区中。 (2）内部数据存储器高 128 单元 内部 RAM 的高 128 单元是供给专用寄存器使用的，其单元地址为 80HFFH。因这些寄存器的功能已作专门规定，故称之为专用寄存器（Special Function Register） ，也可称为特殊功能寄存器。 2) 8051 内部程序存储器 8051 的程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。8051 片内有 4 KB 的 ROM。051 的片外最多能扩展 64 KB 程序存储器，片内外的 ROM 是统一编址的。 如端保持高电平，8051 的程序计数器 PC 在 0000H0FFFH 地址范围内(即前 4 KB 地址)是执行片内 ROM 中的程序，当 PC 在 1000HFFFFH 地址范围时，自动 执行片外程序存储器中的程序；当保持低电平时，只能寻址外部程序存储器， 片外存储器可以从 0000H 开始编址。 8051 的程序存储器中有些单元具有特殊功能，使用时应予以注意。其中一 组特殊单元是 0000H0002H。系统复位后，(PC)=0000H，单片机从 0000H 单元 开始取指令执行程序。如果程序不从 0000H 单元开始，应在这三个单元中存放 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 11 一条无条件转移指令，以便直接转去执行指定的程序。 还有一组特殊单元是 0003H002AH，共 40 个单元。这 40 个单元被均匀地 分为 5 段，作为 5 个中断源的中断地址区。其中： 0003H000AH 外部中断 0 中断地址区 000BH0012H 定时/计数器 0 中断地址区 0013H001AH 外部中断 1 中断地址区 001BH0022H 定时/计数器 1 中断地址区 0023H002AH 串行中断地址区 中断响应后，按中断种类，自动转到各中断区的首地址去执行程序，因此 在中断地址区中理应存放中断服务程序。但通常情况下，8 个单元难以存下一 个完整的中断服务程序，因此通常也是从中断地址区首地址开始存放一条无条 件转移指令，以便中断响应后，通过中断地址区，再转到中断服务程序的实际 入口地址。 3.1.43.1.4 中断中断 1) 中断源 中断源是指能发出中断请求，引起中断的装置或事件。8051 单片机的中断 源共有 5 个，其中 2 个为外部中断源，3 个为内部中断源： (1) INT0:外部中断 0，中断请求信号由 P3.2 输入。 (2) INT1:外部中断 1，中断请求信号由 P3.3 输入。 (3) T0:定时/计数器 0 溢出中断，对外部脉冲计数由 P3.4 输入。 (4)T1:定时/计数器 1 溢出中断，对外部脉冲计数由 P3.5 输入。 (5)串行中断:包括串行接收中断 RI 和串行发送中断 TI。 2) 中断入口地址 8051 的五个中断入口地址： INT0：0003H； T0：000BH； INT1：0013H T1：001BH； 串行口：0023H 3) 中断优先控制和中断嵌套 （1） 中断优先控制 8051 中断优先控制首先根据中断优先级，此外还规定了同一中断优先级之 间的中断优先权。其从高到低的顺序为：INT0、INT1、T0、T1、串行口。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 12 （2） 中断嵌套 当 CPU 正在执行某个中断服务程序时，如果发生更高一级的中断源请求中 断，CPU 可以“中断”正在执行的低优先级中断,转而响应更高一级的中断，这 就是中断嵌套。中断嵌套只能高优先级“中断”低优先级，低优先级不能“中 断”高优先级，同一优先级也不能相互“中断” 。 3.1.53.1.5 定时定时/ /计数器计数器 1) 定时/计数器控制寄存器， （1） 定时/计数器控制寄存器 TCON TCON T1 中断 标志 T1 运行 标志 T0 中断 标志 T1 运行 标志 INT1 中断 标志 INT1 触发 方式 INT0 中断 标志 INT0 触发 方式 位名称 TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 位地址 8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H TCON 低 4 位与外中断、有关。 高 4 位与定时/计数器 T0、T1 有关。 TF1:定时/计数器 T1 溢出标志。 TF0:定时/计数器 T0 溢出标志。 TR1:定时/计数器 T1 运行控制位。TR1=1,T1 运行;TR1=0,T1 停。 TR0:定时/计数器 T0 运行控制位。TR0=1,T0 运行;TR0=0,T0 停。 TCON 的字节地址为 88H，每一位有位地址，均可位操作。 （2） 定时/计数器工作方式控制寄存器 TMOD TMOD 用于设定定时/计数器的工作方式 低 4 位用于控制 T0，高 4 位用于控制 T1。 高四位控制T1低四位控制T0 门控位 计数/定时方 式选择 工作方 式选择 门控位 计数/定时方 式选择 工作方 式选择 GC/TM1M0GC/TM1M0 M1、M0：工作方式选择位 M1 M0 工作方式功能 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 13 00 方式 0 13位计数器 01 方式 116位计数器 10 方式 2两个8位计数器，初值自动装入 11 方式 3两个8位计数器，仅适用T0 C/T：计数/定时方式选择位 C/T=1,计数工作方式,对外部事件脉冲计数,用作计数器。 C/T=0,定时工作方式,对片内机周脉冲计数,用作定时器。 GATE：门控位 GATE=0，运行只受 TCON 中运行控制位 TR0/TR1 的控制。 GATE=1，运行同时受 TR0/TR1 和外中断输入信号的双重控制。只有当 INT0/INT1=1 且 TR0/TR1=1,T0/T1 才能运行。 TMOD 字节地址 89H,不能位操作,设置 TMOD 须用字节操作指令。 2) 定时/计数器工作方式 （1） 工作方式 0 13 位计数器，由 TL0 低 5 位和 TH0 8 位组成，TL0 低 5 位计数满时不向 TL0 第 6 位进位，而是向 TH0 进位，13 位计满溢出，TF0 置“1” 。最大计数值 213 = 8192。 （2） 工作方式 1 16 位计数器，最大计数值为 216 = 65536。 （3） 工作方式 2 8 位计数器，仅用 TL0 计数，最大计数值为 256，计满溢出后，一方面进位 TF0，使溢出标志 TF0 =1；另一方面，使原来装在 TH0 中的初值装入 TL0。 （4） 工作方式 3 方式 3 仅适用于 T0，T1 无方式 3。 3 计算定时/计数初值 8051 定时/计数初值计算公式： 3.23.2 电磁继电器的结构与原理电磁继电器的结构与原理 3.2.13.2.1 概述概述 电磁继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被 控制系统（又称输出回路） ，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的 电流。较低的电压去控制较大电流。较高的电压的一种“自动开关” 。故在电路 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 14 中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。 3.2.23.2.2 电磁继电器的工作原理电磁继电器的工作原理 和特性和特性 电磁继电器一般由电磁铁、衔铁、弹簧片、触点等组成的，其工作电路由 低压控制电路和高压工作电路两部分构成。电磁继电器还可以实现远距离控制 和自动化控制。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流， 从而产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的拉力吸向 铁芯，从而带动衔铁的动触点与静出点（常开触点）吸合。当线圈断电后，电 磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力返回原来的位置，使动触点 与原来的静触点（常闭触点）释放。这样吸合、释放，从而达到了在电路中的 导通、切断的目的。对于继电器的“常开、常闭”触点，可以这样来区分：继 电器线圈未通电时处于断开状态的静触点，称为“常开触点” ；处于接通状态的 静触点称为“常闭触点” 图 3-2-2 电磁继电器工作原理图 3.2.33.2.3 主要技术参数主要技术参数 1).额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以 是交流电压，也可以是直流电压。 2)直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万用表测量 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 15 3)吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必 须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压， 一般不要超过额定工作电压的 1.5 倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 4)释放电流 是指继电器产生释放动作的 最大电流。当继电器吸合状态的电流减小 到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于 吸合电流。 5)触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流。它决定了继电器能控制电压和电 流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 3.33.3 直流电动机的结构与原理直流电动机的结构与原理 3.3.13.3.1 概述概述 直流电机就是将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直 流电能(直流发电机)的旋转电机。直流电机的结构应由定子和转子两大部分组 成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场， 由机座、主磁极、换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分 称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转 换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风 扇等组成。 为了推广直流电机在化工领域的使用，由于直流电机的功能已得到 很大提 高，因此更为人性化的设计势必在操作和显示方面。直流电机直流电动 机调速控 制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指 对电动机进 行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制容易实现，并可 通单片机，直 流电机驱动芯片和开关元件来实现，所以本课题采用此法。 直流电机的主要功能非常广泛，例如：军事 和宇航方面的雷达天线，火炮 瞄准，惯性导航，卫星姿态，飞船光电池对太阳得 跟踪等控制；工业方面的各 种加工中心，专用加工设备，数控机床，工业机器人，塑料机械，印刷机械， 绕线机，纺织机械，工业缝纫机，泵和压缩机等设备的控制；计算机外围设备 和办公设备中的各种磁盘驱动器，各种光盘驱动器，绘图仪，扫描仪，打印机， 传真机，复印机等设备的控制；音像设备和家用电器中的录音机，录像机，数 码相机，洗衣机，冰箱，电扇等的控制。 3.3.23.3.2 直流电机的结构直流电机的结构 直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极（电磁式直流电机 磁极由绕在定子上的磁绕提供） ，其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽 内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出。 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 16 图 3-3-2 直流电动机示意图 3.3.33.3.3 直流电机的工作原理直流电机的工作原理 直流电机电路模型，磁极 N、S 间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体 的表面上固定着一个线圈。当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而 产生旋转。根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向 也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向 3.3.43.3.4 直流电机主要技术参数直流电机主要技术参数: : 1)直流电机的主要额定值有： 2)额定功率 Pn：在额定电流和电压下，电机的负载能力。 3)额定电压 Ue：长期运行的最高电压。 4)额定电流 Ie：长期运行的最大电流。 5)额定转速 n：单位时间内的电机转动快慢。以 r/min 为单位。 6)励磁电流 If：施加到电极线圈上的电流。 四四 硬件设计及描述硬件设计及描述 4.14.1 设计思路设计思路 要实现本次设计，可以通过开关控制 80c51 芯片的输出来控制电磁继电器， 使得通过直流电统计外部电路中的电流可以被电磁继电器控制，从而实现本次 设计的目地。 现在要实现电动机的正反转功能，则只需要搭接外部电路，而且流经外部 电路中的电流方向需要被电磁继电器控制，这可以用完全用继电器组成驱动电 路如图 4.1 构成 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 17 图 4. 1 外围继电器电路 如图中所示，通过电磁继电器的作用，当 k10 吸和时，k9 吸和电动机正 转，k9 不吸和时电动机反转；当 k10 不吸和时，无论开关 k9 吸和与否电动机 都不运转。 4.24.2 设计原理图设计原理图 Protuse 仿真图 图 4.2 仿真图 当开关 k1 按下时，CH1 给高电平，CH0 给低电平，电磁继电器 RL2 被导通， 右边开关被吸合，RL1 保持断开，直流电动机正转（顺时钟） ；当按下开关 K2，CH0 给高电平，CH1 给低电平，电磁继电器 RL1 被导通，左边的开关被吸 合，RL2 保持断开，直流电动机反转（逆时钟）;当按下 K3 时，CH0、CH1 都 给高电平，电磁继电器 RL1RL2 都吸和，直流电动机停止。 4.34.3 程序流程图程序流程图 开始 返回 电动机停 止转动 K1是否 闭合？ K2是否 闭合？ 电动机 反转 电动机 正转 K3是否闭合 置系统初 值 是 否 是 否 否 是 图 4. 3 程序流程图 西安航空职业技术学院 毕业设计论文 18 程序代码： #include sbit CH0=P20; sbit CH1=P21; sbit KEY1=P10; sbit KEY2=P11; sbit KEY3=P12; void De