【《某垃圾处理机的硬件和软件系统设计案例分析》3500字】

某垃圾处理机的硬件和软件系统设计案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u25346某垃圾处理机的硬件和软件系统设计案例分析 1248731硬件电路设计 1280451.1控制系统实现功能 171091.2单片机 279681.3电源电路 347261.4直流电机驱动电路 325451.5时钟电路 446051.6复位电路 4178111.7显示电路 5169101.8按键控制电路 5224252软件设计 7174002.1主程序流程图 7199782.2控制PWM波形产生 7326902.3按键扫描程序流程图 87203仿真分析 9230773.1Proteus简介 9305373.2软件仿真 999593.3联合Proteus软件仿真 91硬件电路设计1.1控制系统实现功能目前，市面上的厨余垃圾处理机大多都是由插座直接供电，没有二级电源控制，开关需要来回插拔电源，存在很大的安全隐患。而且机器工作时，人要留意机器的运行情况，却无法查看机器具体的状态和基本参数。所以本文设计控制系统时，控制系统电路设置有单独的按钮控制垃圾处理机的运行、停止，避免了机器开关需要来回插拔电源。根据垃圾的种类和数量，我们可以通过按钮控制，自由改变电机的转速，液晶显示器上能够显示相应的转速。控制系统的核心是AT89C51单片机，单片机作为系统的首脑，负责协调各个部分的工作。当按键发出控制指令时，单片机对控制指令进行处理，之后输出信号控制直流电机的驱动电路。与此同时，单片机要计算直流电机的转速，并且要把电机的转速在在液晶显示器上显示出来。直流电机的调速是通过单片机控制输出PWM的占空比来实现的。该直流电机控制系统的设计，主要有六个部分组成：AT89C51单片机、电源模块、输入模块、驱动模块、显示模块、直流电机。系统原理框图如图1.1所示。AAT89C51输入模块显示模块电源模块驱动模块直流电机图1.1系统原理框图1.2单片机AT89C51是一种带有4K字节FLASH字节存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C051是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。如图1.2所示。图1.2AT89C511.3电源电路为了避免高速旋转电机的干扰，电源采用交流市电电压220V经变压器和桥式整流器实现降压、整流、稳压、滤波。电源电路如图1.3所示。图1.3电源电路1.4直流电机驱动电路由于单片机P3口输出的电压最高才有5V，难以直接驱动直流电机。所以，需要使用恒压恒流桥式2A驱动芯片L298来驱动电机。L298可接受标准TTL逻辑电平信号，可接2.5~7V电压。4脚接电源电压，电压范围+2.5~46V。输出电流可达2.5A，可驱动电感性负载。L298可驱动2个电动机，有4路输入，4路输出，2个使能端。设计驱动一台电动机，5，7脚接输入控制电平，控制电机的正反转。具体驱动电路如1.4所示。图1.4直流电机驱动电路1.5时钟电路时钟电路如图1.5所示，这是内部震荡方式的时钟电路，为系统提供基本的时钟信号。单片机内部有一个用于构成振荡器的高益反相放大器，它的输入脚为XTAL1引脚，输出端为XTAL2引脚，分别是51单片机的19脚和18脚。图1.5时钟电路1.6复位电路往单片机的复位引脚上输入24个时钟周期以上的高电平，即执行复位操作。系统在运行时，按下复位按键，就能在RST引脚产生一段时间的高电平，使系统复位。复位电路如图1.6所示。图1.6复位电路1.7显示电路通过51单片机P0口的P0.0-P0.7控制LM016L显示步进电机的转速和转动方向。显示电路如图1.7所示。图1.7显示电路1.8按键控制电路起动、停止、正转、反转、加速、减速六个开关分别与单片机的P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4，P1.5相连，然后再与地相连。按下起动按键，电机起动，LED灯D2亮起绿色，按下停止按键，电机停止，LED灯亮起红色。正转实现直流电机的正转，反转实现直流电机的反转，停止实现直流电机的停转，加速实现直流电机的加速，减速实现直流电机的减速。起动单片机检测按键的原理：单片机的I/O口既可作为输出也可以作为输入使用，当检测按键时用的是它的输入功能，我们把按键的一端接地，另一端与单片机的某个I/O口相连，开始时先给该I/O口赋一个高电平，然后让单片机不断的检测该I/O口是否变为低电平，当按键闭合时，即相当于该I/O口通过按键与地相连，变成低电平，程序一旦检测到I/O变为低电平则说明按键被按下，然后执行相应的指令。按键控制电路如图1.8所示。起动减速加速反转正转停止减速加速反转正转停止图1.8键盘控制电路

2软件设计2.1主程序流程图当程序开始运行时，不断采集直流电机的转速并显示。其主程序流程图如图2.1所示：开始开始初始化按键是否闭合显示电机转速结束否是图2.1主程序流程图2.2控制PWM波形产生直流电机调速一般用PWM原理来进行。对于直流电机来说，如果加在电枢两端的的电压为脉动电压，在T不变的情况下，改变t1和t设电机接通电源时，电机最大转速为Vmax，设占空比为D，则电机的平均速度为Va=Vmax∗D，其中Va时电机的平均速度，VPWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。当我们改变占空比时，可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。2.3按键扫描程序流程图利用P3口，编制程序输出一串脉冲，经放大后驱动直流电机，改变输出脉冲的电平的持续时间，达到使电机正转、反转、停止、加速、减速等目的。由软件编程从P1.0/P1.1管脚产生PWM信号，经驱动电路输出给电机，从而控制电机得电与失电。软件采用延时法进行设计。单片机上电后，系统进入准备状态。按下正转按钮后，根据P1.0为高电平时实现电机正转，P1.1为高电平时实现电机反转。根据不同的加减速按钮，调整P1.0/P1.1输出高低电平时的有效值，进而控制电机的加减速。其程序流程如图2.2所示：停止停止键盘扫描是否有键按下开始正转反转加速减速NY是否图2.2按键扫描程序流程图5仿真分析3.1Proteus简介Proteus软件是目前用户最为青睐的仿真软件，它不仅能够完成单一电路以及混合电路的仿真与设计，同时能够很好的和市面上常见的微型控制器系统兼容匹配。它完美的完成了从设计原理图→仿真分析→代码调试→功能测试→形成PCB的完整过程。3.2软件仿真设计选用Keil4软件来编写程序。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、链接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。KeilC51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。软件仿真是为了避免程序中出现语法错误。仿真结果如图3.1所示：图3.1程序仿真结果图由图3.1可知，程序已经没有语法错误，编译成功，然后生成hex文件。打开Proteus软件，在电路图中的单片机处导入hex文件，即可开始联合仿真。3.3联合Proteus软件仿真在proteus软件中画好硬件电路，并且确定功能正常之后，导入Keil里编译源程序生成的hex文件。在proteus软件中仿真运行，通过电路中各元件引脚显示的电平状态，检查软件逻辑上是否存在问题。再次确认没有问题之后，开始进入仿真的环节。点击调试，开始仿真，点击左下角运行，220V交流电压转化为5V直流电压，电机没有转动，显示器LCD1显示转速为0，下方的2个LED灯均没有亮。如图3.2所示：起动停止起动停止正转反转加速减速图3.2初始运行图按下起动按键，D1绿灯亮起，再按下正转按键，电机开始正转，速度上升较快，在达到一定速度之后，速度缓慢提升。显示器LCD1第一行显示的速度为095，第二行显示的运行状态为ZHENG，表示电机的旋转方向为正转。如图3.3所示：起动停止正转起动停止正转反转加速减速图3.3按下起动与正转按键后的示意图按下起动按键，D1绿灯亮起，再按下反转按键，电机开始反转，正转按键需要保证断开，速度上升较快，在达到一定速度之后，速度缓慢提升。显示器LCD1第一行显示的速度为095，第二行显示的运行状态为FAN，表示电机的旋转方向为反转。如图3.4所示：起动停止起动停止正转反转加速减速图3.4按下起动与反转按键后的示意图起动按键和正转按键闭合，D1绿灯亮起，按下加速按键，电机正转，速度上升极快，在达到最大速度之后，速度基本不变。显示器LCD1第一行显示的速度为166，第二行显示的运行状态为ZHENG，表示电机的旋转方向为正转。如图3.5所示：起动停止起动停止正转反转加速减速图3.5按下加速按键后的示意图起动按键和正转按键闭合，D1绿灯亮起，按下减速按键，电机正转，速度下