基于单片机的电机测速及显示课程设计

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 姓 名： 董新彬 同组人员： 李爽、朱浩波 指导教师： 王军 冯梅林 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单片机简介单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机了解计算机原理与结构的最佳选择。1.1单片机历史1）第一阶段（1976-1978）：单片机的控索阶段。以Intel公司的MCS 48为代表。MCS 48的推出是在工控领域的控索，参与这一控索的公司还有Motorola 、Zilog等，都取得了满意的效果。这就是SCM的诞生年代，“单机片”一词即由此而来。2）第二阶段（1978-1982）单片机的完善阶段。Intel公司在MCS 48 基础上推出了完善的、典型的单片机系列MCS 51。它在以下几个方面奠定了典型的通用总线型单片机体系结构。 完善的外部总线。MCS-51设置了经典的8位单片机的总线结构，包括8位数据总线、16位地址总线、控制总线及具有很多机通信功能的串行通信接口。 CPU外围功能单元的集中管理模式。 体现工控特性的位地址空间及位操作方式。 指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。 3）第三阶段（1982-1990）：8位单片机的巩固发展及16位单片机的推出阶段，也是单片机向微控制器发展的阶段。Intel公司推出的MCS 96系列单片机，将一些用于测控系统的模数转换器、程序运行监视器、脉宽调制器等纳入片中，体现了单片机的微控制器特征。随着MCS 51系列的广应用，许多电气厂商竞相使用80C51为内核，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D转换部件、可靠性技术等应用到单片机中，增强了外围电路路功能，强化了智能控制的特征。 4）第四阶段（1990）：微控制器的全面发展阶段。随着单片机在各个领域全面深入地发展和应用，出现了高速、大寻址范围、强运算能力的8位/16位/32位通用型单片机，以及小型廉价的专用型单片机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;/串口通讯数据缓存，发送和接收都使用UINT nAddress;/ROM中地址计数UINT nTimeOut;/超时计数ProWork pw;/编程器一般操作void Delay_us(BYTE nUs)/微秒级延时255usTH0=0;TL0=0;TR0=1;while(TL0nUs)/利用T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值TR0=0;void Delay_ms(UINT nMs)/豪秒级的延时65535msUINT n=0;TR0=1;while(nnMs)/利用T0做定时计数器，循环采样，直到达到定时值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)/等待第一个字节ComBufn=SBUF;RI=0;n+;for(n;n10000)/后17个字节都有超时限制 return 0;ComBufn=SBUF;RI=0;return 1;BOOL WaitResp()/等待上位机回应,1字节,有超时限制 nTimeOut=0;RI=0;while(!RI)nTimeOut+;if(nTimeOut50000) return 0;RI=0;ComBuf0=SBUF;return 1;BOOL WaitData()/写器件时等待上位机数据，18字节，有超时限制 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()/回应上位机1个字节,在写器件函数中使用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()/编程器复位pw.fpProOver();/直接编程结束SendData();/通知上位机，表示编程器就绪，可以直接用此函数因为协议号（ComBuf0）还没被修改，下同void ReadSign()/读特征字pw.fpReadSign();SendData();/通知上位机，送出读出器件特征字void Erase()/擦除器件pw.fpErase();SendData();/通知上位机，擦除了器件void Write()/写器件BYTE n;pw.fpInitPro();/编程前的准备工作SendData();/回应上位机表示进入写器件状态，可以发来数据while(1)if(WaitData()/如果等待数据成功if(ComBuf0=0x07)/判断是否继续写for(n=2;n=17;n+)/ComBuf217为待写入数据块if(!pw.fpWrite(ComBufn)/调用写该器件一个单元的函数pw.fpProOver();/出错了就结束编程ComBuf0=0xff;SendResp();/回应上位机一个字节，表示写数据出错了WaitData();/等待上位机的回应后就结束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();/编程结束后的工作Delay_ms(50);/延时等待上位机写线程结束ComBuf0=0;/通知上位机编程器进入就绪状态SendData();void Read()/读器件BYTE n;pw.fpInitPro();/先设置成编程状态SendData();/回应上位机表示进入读状态while(1)if(WaitResp()/等待上位机回应1个字节if(ComBuf0=0)/ComBuf0=0表示读结束break;else if(ComBuf0=0xff)/0xff表示重发nAddress=nAddress-0x0010;for(n=2;n=17;n+)/ComBuf217保存读出的数据块ComBufn=pw.fpRead();/调用写该器件一个单元的函数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();所支持的FID,请在这里继续添加extern void PreparePro00();/FID=00:AT89C51编程器extern void PreparePro01();/FID=01:AT89C2051编程器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);/设置基本指令集LEDDelay(3);LEDWriteCmd(0x30);/设置基本指令集（需要再执行一次）LEDDelay(1);LEDWriteCmd(0x0C);/开启显示LEDDelay(3);LEDClear();/清屏LEDDelay(250);LEDWriteCmd(0x06);/设置进入点LEDDelay(10);/*函数：LEDCheckAC()功能：根据光标位置调整AC*/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;/*函数：LEDPutChar()功能：显示ASCII码参数：c为可显示的ASCII码（0x200x7F）*/void LEDPutChar(unsigned char c)LEDWriteDat(c);LEDCursor+;LEDCheckAC();/*函数：LEDPutHZ()功能：显示汉字参数：ch,cl：汉字编码*/void LEDPutHZ(unsigned char ch, unsigned char cl)if ( LEDCursor & 0x01 )/显示汉字时，必须偶地址对准，即光标位置不能是奇数LEDPutChar( );/额外输出一个空格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65.53s*/*/unsigned 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_