毕业设计-数字式直流电机控速系统设计-正文(编辑修改稿)

毕业设计-数字式直流电机控速系统设计-正文(编辑修改稿)内容摘要：

1 0 kR41 0 kR31 0 kR71 0 kR21 0 kR11 0 kR01 0 k+ 5 vK1K2K3K4K5 图 33 PWM信号发生电路 主控电路 ．芯片的组成原理 单片机由 CPU和 8 个部件组成，它们都通过片内单一总线连接，其基本结构依然是通用 CPU加上外围芯片的结构模式，但在功能单元的控制上采用了特殊功四川理工学院本科毕业设计 9 能寄存器的集中控制方法。 其基本组成如 图 34 所 示： 图 34 基本结构图 ． CPU 及部件的作用功能 中央处理器 CPU：它是单片机的核心，完成运算和控制功能。 内部数据存储器：芯片中共有 256 个 RAM 单元，能作为存储器使用的只是前128 个单元，其地址为 00H—7FH。 通常说的内部数据存储器就是指这前 128 个单元，简称内部 RAM。 内部程序存储器： AT89C52 芯片内部共有 8K 个单元，用于存储程序、原始数据或表格，简称内部 ROM。 定时器：片内有 3 个 16 位的定时器，用来实现定时或者计数 功能，并且以其定时或计数结果对计算机进行控制。 中断控制系统：该芯片 拥有比较丰富的中断源， 共有 5 个， 其中 外部中断 2个，定时 /计数中断 2 个和串行中断 1 个。 其引脚图如图 35 所示 ： CPU 震荡电路 特殊 功能 寄存 器 数据存储器 程序存储器 中断系统 并行 I/O 串行 I/O 定时器 张平：数字式直流电机控速系统设计 10 图 35 AT89C52单片机引脚图 引脚功能 ：这 8个引脚共有两种不同的功能，分别使用于两种不同的情况。 第一种情况是不带片外存储器， P0 口可以作为通用 I/O 口使用， 用于传送 CPU 的 I/O 数据。 第二种情况是 AT89C52 带片外存储器， 在CPU访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 CPU对片外存储器的读写数据。 ：这组引脚的第一功能可以作为通用的 I/O 使用。 它的第二功能和 P0 口引脚的第二功能相配合，用于输出片外存储器的高 8位地址，共同选中片外存储器单元，但是并不能像 P0口那样还可以传送存储器的读写数据。 ：这组引脚的第一功能为传送用户的输入 /输出数据。 它的第二功能作为控制用，每个引脚不尽相同。 VCC 为 +5V电源线， VSS 为接地线。 ALE/_________PROG ：地址锁存允许 /编程线，配合 P0 口引脚的第二功能使用，在访四川理工学院本科毕业设计 11 问片外存储器时， 8051CPU 在 引脚线上输出片外存储器低 8位地址的同时还在 ALE/_________PROG 线上输出一个高电位脉冲，其下降沿用于把这个片外存储器低 8 位地址锁存到外部专用地址锁存器，以便空出 引脚线去传送随后而来的片外存储器的读写数据。 __EA/VPP：允许访问片外存储器 /编程电源线，可以控制 AT89C52 使用片内 ROM还是片 外 ROM。 如果 __EA=1，那么允许使用片内 ROM；如果 __EA=0，那么允许使用片外 ROM。 XTAL1 和 XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接 8051 片内 OSC 的定时反馈电路。 石英晶振起振后，应能在 XTAL2线上输出一个 3V 左右的正弦波，以便于 AT89C52 片内的 OSC 电路按石英晶振相同频率自激振荡，电容 C C2可以帮助起振，调节它们可以达到微调 fOSC 的目的。 硬件实现 根据上文所述设计思路，主控电路如图 36 所示： DU 0DU 7DU 1DU 2DU 3DU 4DU 5DU 6DWK e y 2K e y 3K e y 4M _ R X DM _ T X DK e y 3K e y 1K e y 2K e y 5K e y 4K _ c o u n tK e y 1K e y 5Con _ 1Con _ 2X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2R61 0 kR51 0 kR41 0 kR31 0 kR71 0 kR21 0 kR11 0 kR01 0 k+ 5 vK1K2K3K4K5 图 36 主控电路 张平：数字式直流电机控速系统设计 12 显示模块 工作原理 显示模块由 2 个八位地址锁存器以及一个四位七段数码管组成。 数码管采用动态刷新的方式显示数据，两个八位锁存器分别完成段控制与位控制的作用。 总体结构如图 37 所示： 图 37 显示模块工作原理 动态刷新方式显示数据的工作流程如下 1）打开显示模块 2）收到显示器刷新请求。 2）由处理器清空锁存器数据，并锁定为空信号，关闭数码管显示。 3）输出位信号，控制位锁存器接收信号并锁定。 4）输出段信号，控 制段锁存器接收信号并锁定。 5）结束刷新，并等待下一个刷新信号的到来，再次从第二步开始循环。 程序见附录的 display 函数。 四位七段数码管 位控芯片 段控芯片 系统 显示缓冲区 显示缓冲区刷新模块 显示刷新模块 四川理工学院本科毕业设计 13 元件 — 地址锁存器 地址锁存器可以选择多种，有地址锁存功能的器件有 74LS37 828 74LS273等， 8282 是地址锁存器，功能与 74LS373 类似，但本系统选用 74LS373 作为地址锁存器，考虑到其应用的广泛性以及具有良好的性价比， 安全性等方面优秀的性能， 成为目前在单片机系统中应该较广泛的地址锁存器。 74LS373 片内是 8 个输出带三态门的 D 锁存器。 当使能端呈 高电平时，锁存器中的内容可以更新，而在返回低电平的瞬间实现锁存。 如果此时芯片的输出控制端为低，也即是输出三态门打开，锁存器中的地址信息便可以通过三态门输出。 其引脚图 如图 38 所示 ： D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1U37 4 HC3 7 3 图 38 74L373引脚图 硬件实现 根据上文所述设计思路，实际电路图设计如图 39 所示： 张平：数字式直流电机控速系统设计 14 DU0DU7DU1DU2DU3DU4DU5DU6DU0DU3DU1DU2D WD02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1DU7 4 HC 5 7 3D02D13D24D35D46D57D68D79Q019Q118Q217Q316Q415Q514Q613Q712LE11OE1WE7 4 HC 5 7 3 图 39 显示电路 串行通信模块 模块工作原理 当前，实践证明联机工作是非常有用的，无论是从实际情况还是个人理解，如果能让该控速系统与外界其他系统进行通信，对其功能的完善都是很有好处的。 本文所 建立的系统一直是以可组装部件的原则来设计，在系统中充分考虑了现代化大生产对系统模块化的要求，加入了和其他系统通信的功能。 在与其他系统的交互中，本系统可以上传数据以及接受指令。 试想如果我们想要构建一个大的智能控制系统，只需要将本文系统与中央控制系统用一个串口线进行连接，甚至无需改动其他元件，就完成了新系统的构建，由中央系统对多个子系统进行协调控制，更新子系统数据，在必要的时候甚至可以直接绕过子系统接管其对元件的控制权。 故给予本系统一个串口通信模块是十分必要的。 由于微机系统的串口工作电平与单片机的串口输出电平 存在很大区别，为了实现这两种不同系统间的通信，所以加入了一个电平转换元件 MAX232 作为中转模四川理工学院本科毕业设计 15 块。 其总电路图如图 310 所示 ： 图 310 串行接口逻辑图 元件 MAX232 MAX232 芯片是美信（ MAXIM）公司专为 RS232 标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用 +5v 单电源供电。 其逻辑结构图如图 311 所示： E RR O RT X D3RX D2CT S8RT S7DS R6DT R4DC D1RI9P1CO M P I MT 1 I N11R1O UT12T 2 I N10R2O UT9T 1 O UT14R1I N13T 2 O UT7R2I N8C2 +4C25C1 +1C13VS+2V S 6U3M A X 2 3 2 图 311 MAX232引脚图 第一部分是电荷泵电路。 由 6 脚和 4 只电容构成。 功能是产 单片机 MAX232 9 针 串行接头 9 针 串行接口 逻辑上位机 张平：数字式直流电机控速系统设计 16 生 +12v 和 12v 两个电源，提供给 RS232 串口电平的需要。 第二部分是数据转换通道。 由 1 1 1 14 脚构成两个数据通道。 其中 13 脚（ R1IN）、 12 脚（ R1OUT）、 11 脚（ T1IN）、 14 脚（ T1OUT）为第一数据通道。 8 脚（ R2IN）、 9 脚（ R2OUT）、 10 脚（ T2IN）、 7 脚（ T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS 数据从 11 引脚（ T1IN）、 10 引脚（ T2IN）输入转换成 RS232 数据从 14 脚（ T1OUT）、 7 脚（ T2OUT）送到电脑 DB9 插头； DB9 插头的 RS232数据从 13 引脚（ R1IN）、 8 引脚（ R2IN）输入转换成 TTL/CMOS 数据后从 12 引脚 （ R1OUT）、 9 引脚（ R2OUT）输出。 第三部分是供电。 15 脚 GND、 16 脚 VCC（ +5v）。 电容器应选择 1μF的电解电容。 在使用过程中本人曾用过 10μF的代替。 注意，由于 RS232 电平较高，在接通时产生的瞬时电涌非常高，很有可能击毁 max232，所以在使用中应尽量避免热插拔。 单 片机串口通信简介 AT89C52 单片机内部有一个全双工串行接。