计算机课程设计皮文杰要点

河南机电高等专科学校课程设计报告河南机电高等专科学校课程设计报告河南机电高等专科学校课程设计报告课程名称：《计算机控制技术》题目:直流电机速度控制专业班级：生产过程自动化姓名：皮文杰学号：121416124成绩：2014年6月20日设计任务书课题简介：设计制作和调试一个由MCS51单片机组成的直流测控系统。通过这个过程学习熟悉键盘控制和七段数码管的使用，掌握直流电机的速度控制和测试方。技术指标：1、 在显示器上显示任意四位十进制数2、 将8个键定义键值为0~7,按任意键在显示器上显示对应键值3、 实现功能：定义键盘按键：5个为数字键0〜4;3个功能键：设置SET、清零CLR、开始START;显示器上的四位可显示每分钟的速度；通过键盘的按键，设置直流电机每分钟的速度值；按START键启动电机开始转动，按SET键停止；按CLR键清零。目录TOC\o"1-5"\h\z引言 1\o"CurrentDocument"第1章 系统分析 2\o"CurrentDocument"功能简介 2\o"CurrentDocument"方案选择 21.2.1总体方案设计 21.2.2PWM电路选择 31.2.3由单片机直接控制的PWM 31.2.4利用高速的DA实现的PWM 4\o"CurrentDocument"第2章 硬件电路设计 5\o"CurrentDocument"2.1控制芯片选择 5\o"CurrentDocument"2.2数码管转速显示 6\o"CurrentDocument"2.3矩阵式键盘设计 8\o"CurrentDocument"2.4直流电动机调速的驱动 9\o"CurrentDocument"第3章软件设计 10\o"CurrentDocument"3.1矩阵式键盘程序流程图 10\o"CurrentDocument"3.2数码管程序流程图 11\o"CurrentDocument"3.3驱动电路程序流程图 12\o"CurrentDocument"第4章总结 13\o"CurrentDocument"附录硬件电路图 14\o"CurrentDocument"原理图布局 14\o"CurrentDocument"参考文献 15第2章 硬件电路设计2.1控制芯片选择根据实验要求选择80C51芯片。选择该芯片可以根据控制开关按钮的开关状态，控制数码管的数字显示以及变频直流电动机的转速。80C51单片机，是8位高性能单片机，具有40根引脚。属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，标准MCS-51单片机的体系结构和指令系统。 80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。40根引脚按其功能可分为四类：电源线2根VCC:编程和正常操作时的电源电压，接+5V。VSS:地电平。晶振：2根XTAL1:振荡器的反相放大器输入。使用外部震荡器是必须接地。XTAL2:振荡器的反相放大器输出和内部时钟发生器的输入。当使用外部振荡器时用于输入外部振荡信号。I/O口有p0、p1、p2、p3共四个8位口，32根I/O线，其功能如下：P0.0〜P0.7（AD0〜AD7）是I/O端口O的引脚，端口O是一个8位漏极开路的双向I/O端口。在存取外部存储器时，该端口分时地用作低8位的地址线和8位双向的数据端口（在此时内部上拉电阻有效）。P1.0〜P1.7端口1的引脚，是一个内部上拉电阻的8位双向I/O通道，专供用户使用。P2.0〜P2.7（A8〜A15）端口2的引脚。端口2是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O口，在访问外部存储器时，它输出高8位地址A8〜A15P3.0〜P3.7端口3的引脚。端口3是一个带内部上拉电阻的8位双向I/O端口，该口的每一位均可独立地定义第一 I/O口功能或第二I/O口功能。作为第一功能使用时，口的结构与操作与P1口完全相同，第二功能如下示：P3.0RXD（串行输入口）P3.1TXD（串行输出口）P3.2（外部中断）P3.3（外部中断）P3.4T0（定时器0外部输入）P3.5T1（定时器1外部输入）P3.6（外部数据存储器写选通）P3.7（外部数据存储器读选通）P1.0——140+—¥茁：P1.1239^_PD2P1.23珈_PD2P1.3——PD2PP1.4咖PDAP15珈P04-1P1.6_34*'PU升A1.7E33卩PUERSTW廿_93"—PO.7^RXD；P30f1031屮一EA-TXD/P31+1130*—ALE；PROGINT0/P32—1229V PSKH仪132汨——P2.7+JT0JP3.411427*——P2弘T1/P3》1526祕—P2.刃162”PMXTAL2171£2轴23PP2>P22QXTAL1一192加P2.2烁一2021*-'_P2E图2-18051管脚图2.2数码管转速显示LED数码管（LEDSegmentDisplays）是由多个发光二极管圭寸装在一起组成“8”字型的器件，弓I线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。图2-2数码管数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如 BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度咼，缺点是占用 I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要 5X8=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的 8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极 COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为 1〜2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的 I/O端口，而且功耗更低。2.3矩阵式键盘设计矩阵式键盘的按键识别方法 ，确定矩阵式键盘上何键被按下介绍一种行扫描法”。行扫描法行扫描法又称为逐行（或列）扫描查询法，是一种最常用的按键识别方法，介绍过程如下。1、判断键盘中有无键按下 将全部行线置低电平，然后检测列线的状态。只要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被按下，而且闭合的键位于低电平线与行线相交叉的按键之中。若所有列线均为高电平，则键盘中无键按下。2、判断闭合键所在的位置 在确认有键按下后，即可进入确定具体闭合键的过程。其方法是：依次将行线置为低电平，即在置某根行线为低电平时，其它线为高电平。在确定某根行线位置为低电平后，再逐行检测各列线的电平状态。若某列为低，则该列线与置为低电平的行线交叉处的按键就是闭合的按键。在这次课程设计中要求有 8个按键，其中包过0-4这5个数字按键，以及3个功能键：设置SET、清零CLR、开始START。其中的0-3数字键的一端与80C51的P1.0，其余的另一端分别连接80C51单片机的P1.4,P1.5,P1.6,P1.7相连。设置SET功能键分别连接P1.2和P1.6,开始START功能键分别连接P1.3,P1.4,而剩下的功能键CLR则分别连接P1.2,P1.7，这样就可以利用按钮开关和80C51芯片构成简单的矩阵式键盘。01234SECLSTTR图3-1 矩阵式键盘2.4直流电动机调速的驱动电路部分，选择采用基于L298的直流电动机PWM调速方法。PWM调速装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要来调节一个周期内接通和断开的时间的长短，通过改变直流电动机上电枢电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。在整个PWM调速器中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是最关键的器件。本系统中选用与MCS—51系列完全兼容的80C51单片机，它是-种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。图2-3直流电动机速度控制电路图

第3章软件设计3.1矩阵式键盘程序流程图在80C51单片机的程序编写上，采用C语言的程序编写方法。键盘设计部分的程序流程图如下：

3.2数码管程序流程图关：个使州_尢百位、千位显示码的位码延时10us1幵个位数码显示位码延时5湘11各位位輕十位、百位、千位显示膜式同上关：各位位码1延时10JLlS、同一字符码显超0次到了吗?〉图3-2数码管显示流程图

3.3驱动电路程序流程图直流电动机调速的驱动电路部分，选择采用基于L298的直流电动机PWM调速方法。PWM调速装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源，按一个固定的频率来接通和断开，并根据需要来调节一个周期内接通和断开的时间的长短，通过改变直流电动机上电枢电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。在整个PWM调速器中，CPU既是运算处理中心，又是控制中心，是最关键的器件。本系统中选用与MCS—51系列完全兼容的80C31单片机，它是一种低功耗、高性能、CMOS八位微处理器。流程图如下：输出低电平占空值赋初值流程图如下：输出低电平占空值赋初值计数器赋初值输出高电平启动AD初三 返回第4章总结数字式直流电机转速控制系统是由硬件和软件巧妙相结合做到最大限度的消除误差完成了基本要求。在反复修改系统调节功能达到了发挥部分的要求。实现了电机转速控制的智能化。PWM技术是直流电机调速中最为有效的方法。本文对直流电机 PWM调速系统进行分析，详细介绍系统的工作原理及其实现方法，阐述了利用 ARM处理器对直流电机进行调速控制的方式和实现的方法。综合应用嵌入式系统技术、PWM脉宽调制技术，按键控制ARM开发板片内外设PWM输出、引脚输出。主要的研究结果如下：介绍了PWM直流电机驱动原理，对使用L298N型直流电机驱动模块进行分析和阐述；并利用ARM1138开发板输出控制L298N驱动电路进而控制两个直流电机运转，详细说明其原理和接线图；移植实时嵌入式系统Cortex?-M3内核内核到ARM1138开发板，对针对此开发板的片内外设PWM端口、GPIO端口写出了驱动程序；调节速度转向及液晶显示的程序。并且采用比例算法闭环控制实现了对转速的最优化调节， 减少误差；采用按键完成人与机器之间的互动，同时采用液晶显示双电机转速信息；直流电机的调速控制是一个复杂的系统工程，涉及许多学科领域。用 ARM实现直流电机的PWM调速控制是其中一个研究热点。利用现有的嵌入式操作系统可以缩短开发周期、降低开发成本。直流电机作为执行元件，在科技的进步中起到了非常重要的作用，而直流电机调速系统可方便地应用于各种自动化控制领域。通过本次课程设计，加深了对计算机控制技术中的51系列单片机的认识和理解，对其应用有了更深