项目八-键盘控制电机方向和转速教案课件

项目八键盘控制电机方向和转速项目八键盘控制电机方向和转速1工作任务终极目标

能利用AT89S52单片机及独立键盘，通过C语言程序实现键盘控制步进电机和直流电机的速度和方向，完成单片机输入输出控制系统的设计、运行及调试。促成目标了解单片机产品开发的流程；了解步进电机和直流电机结构和工作原理；掌握步进电机和直流电机速度、方向控制关键技术；掌握电机速度、方向控制的电路设计和编程的方法；会利用单片机I/O口实现电机速度、方向控制。

第1页/共29页工作任务终极目标第1页/共29页2单片机产品开发

单片机产品开发是为完成某项任务而研制开发的单片机应用系统。是以单片机为核心，配以外围电路和软件，能实现确定任务、功能的实际应用系统。根据不同的用途和要求，单片机产品的系统配置及软件也有所不同，但它们的开发流程和方法大致相同。第2页/共29页单片机产品开发单片机产品开发是为完成某项任务而研制开发的单3单片机产品的结构

单片机产品是由硬件和软件组成。硬件是指单片机、扩展的存储器、输入输出设备等硬件部件组成的；软件是各种工作程序的总称。

第3页/共29页单片机产品的结构单片机产品是由硬件和软件组成。第3页/共24典型单片机产品结构

第4页/共29页典型单片机产品结构第4页/共29页5单片机产品开发流程

确定功能技术指标首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务与要求；综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益；订出合理可行的技术性能指标。单片机产品总体设计选择机型选择产品中要用到的其它外围元器件原则上，能够由软件来完成的任务就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构。第5页/共29页单片机产品开发流程确定功能技术指标第5页/共29页6硬件设计

硬件设计是指应用系统的电路设计包括主机、控制电路、存储器、I/O接口、A/D和D/A转换电路等。硬件设计时，应考虑留有充分余量，电路设计力求正确无误，因为在系统调试中不易修改硬件结构。第6页/共29页硬件设计硬件设计是指应用系统的电路设计第6页/共29页7硬件电路设计应注意的问题一

程序存储器的选用尽量避免用小容量的芯片组合扩充成大容量的存储器数据存储器和I/O接口原则上应尽量减少数据存储器芯片数量，使译码电路简单I/O接口芯片一般选用8155地址译码电路通常采用全译码、部分译码或线选法应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑第7页/共29页硬件电路设计应注意的问题一程序存储器的选用第7页/共29页8硬件电路设计应注意的问题二总线驱动能力P0口能驱动8个TTL电路，P1～P3口只能驱动4个TTL电路在实际应用中，这些端口的负载不应超过总负载能力的70%，以保证留有一定的余量数据总线宜采用双向8路三态缓冲器74LS245作为总线驱动器，地址和控制总线可采用单向8路三态缓冲区74LS244作为单向总线驱动器。系统速度匹配在不影响系统技术性能的前提下，时钟频率选择低一些为好，这样可降低系统中对元器件工作速度的要求，从而提高系统的可靠性。

第8页/共29页硬件电路设计应注意的问题二总线驱动能力第8页/共29页9抗干扰措施

电源供电系统可采用隔离变压器、交流稳压、线滤波器、稳压电路各级滤波等防干扰措施。电路上的考虑大规模IC芯片电源VCC加高频滤波电容开关量I/O通道与外界的隔离可采用光电耦合器件可采用CMOS器件提高工作电压（+15V），这样干扰门限也相应提高第9页/共29页抗干扰措施电源供电系统第9页/共29页10软件设计

单片机产品的软件主要包括两大部分：用于管理单片机工作的监控程序和用于执行实际具体任务的功能程序。对于监控程序，应尽可能利用现成的监控程序。如键盘管理程序、显示程序等。这样可大大减少软件设计的工作量，提高编程效率。对于功能程序要根据产品的功能要求来编程序。例如，外部数据采集、控制算法的实现、外设驱动、故障处理及报警程序等。进行软设计时，尽可能采用模块化结构。这样，各个模块可以分别独立设计、编制和调试，最后再将各个程序模块连接成一个完整的程序进行总调试。

第10页/共29页软件设计单片机产品的软件主要包括两大部分：用于管理单片机工11单片机产品调试

单片机产品开发必须经过调试阶段，只有经过调试才能发现问题，改正错误，最终完成开发任务。单片机产品调试包括硬件调试和软件调试。程序调试一般是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。联机调试运行正常后，将软件固化到EPROM中，脱机运行，并到生产现场投入实际工作，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，单片机产品才算研制成功。

第11页/共29页单片机产品调试单片机产品开发必须经过调试阶段，只有经过调试12工作模块1步进电机控制系统

设计与实现

工作任务利用AT89S52单片机及独立键盘控制步进电机的速度和方向；独立键盘有反转按键、加速按键、减速按键和正转按键；步进电机电气参数：工作电压4.5～6.5Ｖ，步进角是18。第12页/共29页工作模块1步进电机控制系统

设计与实现工作任务第12页13步进电机控制技术

速度控制技术改变脉冲信号之间的延时时间，即改变每步之间的延时时间，便可控制步进电机的转速。延时时间变短，转速提高，延时时间变长，转速降低。方向控制技术只要改变励磁顺序，就可以改变步进电机旋转方向正转时，1相励磁顺序为：A→B→C→D→……反转时，1相励磁顺序为：D→C→B→A→……

第13页/共29页步进电机控制技术速度控制技术第13页/共29页14说明

步进电机的负载转矩与转速成反比，转速越快负载转矩越小；当转速快至其极限时，步进电机不再旋转；所以每走一步，必须延时一段时间。

第14页/共29页说明步进电机的负载转矩与转速成反比，转速越快负载转矩越小；15步进电机控制系统电路设计

第15页/共29页步进电机控制系统电路设计第15页/共29页16控制状态与P3口控制码的对应关系

控制状态P3口控制码P3.3P3.2P3.1P3.0D相C相B相A相A相绕组通电01H0001B相绕组通电02H0010C相绕组通电04H0100D相绕组通电08H1000第16页/共29页控制状态与P3口控制码的对应关系控制状态P3口P3.3P3步进电机控制系统程序设计main.h头文件步进电机主函数main()步进电机运行函数run()第17页/共29页步进电机控制系统程序设计main.h头文件第17页/共218工作模块2直流电机控制系统

设计与实现

工作任务利用AT89S52单片机及独立键盘控制直流电机的速度和方向。独立键盘有反转按键、加速按键、减速按键和正转按键。直流电机电气参数：额定工作电压5.0Ｖ。第18页/共29页工作模块2直流电机控制系统

设计与实现工作任务第18页/19直流电机结构

第19页/共29页直流电机结构第19页/共29页20转子旋转方向

第20页/共29页转子旋转方向第20页/共29页21直流电机控制技术

速度控制技术方向控制技术

第21页/共29页直流电机控制技术速度控制技术第21页/共29页22速度控制技术调节直流电机转速最方便有效的调速方法是对电枢（即转子线圈）电压U进行控制。控制电压的方法有多种，广泛应用脉宽调制PWM技术来控制直流电机电枢的电压。所谓PWM控制技术，就是利用半导体器件的导通与关断，把直流电压变成电压脉冲序列，通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压的目的。

第22页/共29页速度控制技术调节直流电机转速最方便有效的调速方法是对电枢（即23方向控制技术直流电机的转子转动方向可由直流电机上所加电压的极性来控制，可用桥式电路来控制直流电机的转动方向。控制直流电机正反转的桥式驱动电路有单电源和双电源两种驱动方式，通常采用单电源的驱动方式。第23页/共29页方向控制技术直流电机的转子转动方向可由直流电机上所加电压的极24H桥方式驱动电路

单电源方式的桥式驱动电路又称为全桥方式驱动或者H桥方式驱动。

第24页/共29页H桥方式驱动电路单电源方式的桥式驱动电路又称为全桥方式驱动25H桥式驱动电路状态

正转反转停止制动

第25页/共29页H桥式驱动电路状态正转26直流电机控制系统电路设计

第26页/共29页直流电机控制系统电路设计第26页/共29页27运行状态与P3口引脚的对应关系

运行状态P3.5P3.4P3.1P3.0PWM4(Q4)PWM3(Q3)PWM2(Q2)PWM1(Q1)正转0110反转1001停止1111制动0101第27页/共29页运行状态与P3口引脚的对应关系运行状态P3.5P3.4P3直流电机控制系统程序设计

main.h头文件C语言直流电机控制主程序第28页/共29页直流电机控制系统程序设计main.h头文件第28页/共229项目八键盘控制电机方向和转速项目八键盘控制电机方向和转速30工作任务终极目标

能利用AT89S52单片机及独立键盘，通过C语言程序实现键盘控制步进电机和直流电机的速度和方向，完成单片机输入输出控制系统的设计、运行及调试。促成目标了解单片机产品开发的流程；了解步进电机和直流电机结构和工作原理；掌握步进电机和直流电机速度、方向控制关键技术；掌握电机速度、方向控制的电路设计和编程的方法；会利用单片机I/O口实现电机速度、方向控制。

第1页/共29页工作任务终极目标第1页/共29页31单片机产品开发

单片机产品开发是为完成某项任务而研制开发的单片机应用系统。是以单片机为核心，配以外围电路和软件，能实现确定任务、功能的实际应用系统。根据不同的用途和要求，单片机产品的系统配置及软件也有所不同，但它们的开发流程和方法大致相同。第2页/共29页单片机产品开发单片机产品开发是为完成某项任务而研制开发的单32单片机产品的结构

单片机产品是由硬件和软件组成。硬件是指单片机、扩展的存储器、输入输出设备等硬件部件组成的；软件是各种工作程序的总称。

第3页/共29页单片机产品的结构单片机产品是由硬件和软件组成。第3页/共233典型单片机产品结构

第4页/共29页典型单片机产品结构第4页/共29页34单片机产品开发流程

确定功能技术指标首先要细致分析、研究实际问题，明确各项任务与要求；综合考虑系统的先进性、可靠性、可维护性以及成本、经济效益；订出合理可行的技术性能指标。单片机产品总体设计选择机型选择产品中要用到的其它外围元器件原则上，能够由软件来完成的任务就尽可能用软件来实现，以降低硬件成本，简化硬件结构。第5页/共29页单片机产品开发流程确定功能技术指标第5页/共29页35硬件设计

硬件设计是指应用系统的电路设计包括主机、控制电路、存储器、I/O接口、A/D和D/A转换电路等。硬件设计时，应考虑留有充分余量，电路设计力求正确无误，因为在系统调试中不易修改硬件结构。第6页/共29页硬件设计硬件设计是指应用系统的电路设计第6页/共29页36硬件电路设计应注意的问题一

程序存储器的选用尽量避免用小容量的芯片组合扩充成大容量的存储器数据存储器和I/O接口原则上应尽量减少数据存储器芯片数量，使译码电路简单I/O接口芯片一般选用8155地址译码电路通常采用全译码、部分译码或线选法应考虑充分利用存储空间和简化硬件逻辑第7页/共29页硬件电路设计应注意的问题一程序存储器的选用第7页/共29页37硬件电路设计应注意的问题二总线驱动能力P0口能驱动8个TTL电路，P1～P3口只能驱动4个TTL电路在实际应用中，这些端口的负载不应超过总负载能力的70%，以保证留有一定的余量数据总线宜采用双向8路三态缓冲器74LS245作为总线驱动器，地址和控制总线可采用单向8路三态缓冲区74LS244作为单向总线驱动器。系统速度匹配在不影响系统技术性能的前提下，时钟频率选择低一些为好，这样可降低系统中对元器件工作速度的要求，从而提高系统的可靠性。

第8页/共29页硬件电路设计应注意的问题二总线驱动能力第8页/共29页38抗干扰措施

电源供电系统可采用隔离变压器、交流稳压、线滤波器、稳压电路各级滤波等防干扰措施。电路上的考虑大规模IC芯片电源VCC加高频滤波电容开关量I/O通道与外界的隔离可采用光电耦合器件可采用CMOS器件提高工作电压（+15V），这样干扰门限也相应提高第9页/共29页抗干扰措施电源供电系统第9页/共29页39软件设计

单片机产品的软件主要包括两大部分：用于管理单片机工作的监控程序和用于执行实际具体任务的功能程序。对于监控程序，应尽可能利用现成的监控程序。如键盘管理程序、显示程序等。这样可大大减少软件设计的工作量，提高编程效率。对于功能程序要根据产品的功能要求来编程序。例如，外部数据采集、控制算法的实现、外设驱动、故障处理及报警程序等。进行软设计时，尽可能采用模块化结构。这样，各个模块可以分别独立设计、编制和调试，最后再将各个程序模块连接成一个完整的程序进行总调试。

第10页/共29页软件设计单片机产品的软件主要包括两大部分：用于管理单片机工40单片机产品调试

单片机产品开发必须经过调试阶段，只有经过调试才能发现问题，改正错误，最终完成开发任务。单片机产品调试包括硬件调试和软件调试。程序调试一般是一个模块一个模块地进行，一个子程序一个子程序地调试，最后联起来统调。联机调试运行正常后，将软件固化到EPROM中，脱机运行，并到生产现场投入实际工作，检验其可靠性和抗干扰能力，直到完全满足要求，单片机产品才算研制成功。

第11页/共29页单片机产品调试单片机产品开发必须经过调试阶段，只有经过调试41工作模块1步进电机控制系统

设计与实现

工作任务利用AT89S52单片机及独立键盘控制步进电机的速度和方向；独立键盘有反转按键、加速按键、减速按键和正转按键；步进电机电气参数：工作电压4.5～6.5Ｖ，步进角是18。第12页/共29页工作模块1步进电机控制系统

设计与实现工作任务第12页42步进电机控制技术

速度控制技术改变脉冲信号之间的延时时间，即改变每步之间的延时时间，便可控制步进电机的转速。延时时间变短，转速提高，延时时间变长，转速降低。方向控制技术只要改变励磁顺序，就可以改变步进电机旋转方向正转时，1相励磁顺序为：A→B→C→D→……反转时，1相励磁顺序为：D→C→B→A→……

第13页/共29页步进电机控制技术速度控制技术第13页/共29页43说明

步进电机的负载转矩与转速成反比，转速越快负载转矩越小；当转速快至其极限时，步进电机不再旋转；所以每走一步，必须延时一段时间。

第14页/共29页说明步进电机的负载转矩与转速成反比，转速越快负载转矩越小；44步进电机控制系统电路设计

第15页/共29页步进电机控制系统电路设计第15页/共29页45控制状态与P3口控制码的对应关系

控制状态P3口控制码P3.3P3.2P3.1P3.0D相C相B相A相A相绕组通电01H0001B相绕组通电02H0010C相绕组通电04H0100D相绕组通电08H1000第16页/共29页控制状态与P3口控制码的对应关系控制状态P3口P3.3P3步进电机控制系统程序设计main.h头文件步进电机主函数main()步进电机运行函数run()第17页/共29页步进电机控制系统程序设计main.h头文件第17页/共247工作模块2直流电机控制系统

设计与实现

工作任务利用AT89S52单片机及独立键盘控制直流电机的速度和方向。独立键盘有反转按键、加速按键、减速按键和正转按键。直流电机电气参数：额定工作电压5.0Ｖ。第18页/共29页工作模块2直流电机控制系统

设计与实现工作任务第18页/48直流电机结构

第19页/共29页直流电机结构第19页/共29页49转子旋转方向

第20页/共29页转子旋转方向第20页/共29页50直流电机控制技术

速度控制技术方向控制技术

第21页/共29页直流电机控制技术速度控制技术第21页/共29页51速度控制技术调节直流电机转速最方便有效的调速方法是对电枢（即