單片機(jī)課程設(shè)計(jì)------基于89c51單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　通過單片機(jī)改變輸出脈沖波的寬度井陘調(diào)節(jié)，以便實(shí)現(xiàn)直流電的起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、加速、減速功能，在這種調(diào)速方法下，可以有效的減少其損耗功率。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機(jī)；直流電機(jī)；調(diào)速</p><p><b>　　直流電動(dòng)機(jī)</b></p><

2、;p>　　直流電動(dòng)機(jī)主要由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組成。定子由主磁極、換向極、電刷裝置和機(jī)座組成。主磁極鐵芯上套有線圈，通入直流勵(lì)磁電流便會(huì)產(chǎn)生磁場，即主磁場。換向極也由鐵芯及套在上面的線圈組成，其作用是產(chǎn)生附加磁場。以減弱換向片與電刷之間的火花，避免燒蝕。機(jī)座除作電動(dòng)機(jī)的機(jī)械支架外，還作為各磁極間磁的通路。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵芯、轉(zhuǎn)子繞組、換向器、軸和風(fēng)扇組成。轉(zhuǎn)子鐵芯用來安裝轉(zhuǎn)子繞組，并作為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。轉(zhuǎn)子繞組的主要作用是產(chǎn)生感

3、應(yīng)電動(dòng)勢并通過電流，以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。換向器由換向片組成，換向片按一定規(guī)律與轉(zhuǎn)子繞組的繞組元件連接。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)包括倆個(gè)在空間固定的永久磁鐵，一個(gè)為N極，另一個(gè)為S極。在磁極的中間，裝有一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈，它的首末兩端分別接到兩片圓弧形的換向片（銅片）上，兩個(gè)換向片之間、換向片與轉(zhuǎn)軸（與線圈一起旋轉(zhuǎn)）之間均相互絕緣，為了把電樞繞組

4、和外電路接通，在換向器上安置了兩個(gè)固定不動(dòng)的電刷。由于電刷和電源固定連接，因此無論線圈怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。由左手定則可知，通電線圈在磁場中受到逆時(shí)針方向的力矩作用。雖然電流方向是交替變化的，但所受的電磁力的方向不改變，因此線圈可以連續(xù)地按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性與優(yōu)點(diǎn)</p><p>　?。?）運(yùn)動(dòng)

5、特性 直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性包括工作特性和機(jī)械特性。工作特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定勵(lì)磁電流不變的情況下，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距和輸出功率之間的關(guān)系。機(jī)械特性是指在額定電壓和電磁繞組不變的情況下，轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。兩類電動(dòng)機(jī)的特性曲線見圖1和圖2。</p><p>　　圖1直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性曲線</p><p>　　圖2直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性曲線</p><p><

6、b>　?。?）優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　直流電機(jī)五大優(yōu)點(diǎn)包括：　　1.減速電機(jī)結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量。　　2.節(jié)省空間，可靠耐用，承受過載能力高，功率可達(dá)95KW以上?！　?.能耗低，性能優(yōu)越，減速機(jī)效率高達(dá)95%以上。　　4.振動(dòng)小，噪音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質(zhì)段鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理?！　?.經(jīng)過精密加工，確保定位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳

7、動(dòng)總成的齒輪減速電機(jī)配置了各類電機(jī)，形成了機(jī)電一體化，完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特征。</p><p><b>　　直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較好的軟機(jī)械特性在電動(dòng)車上得到了廣泛的應(yīng)用，其調(diào)速方式是通過改變勵(lì)磁繞組電流的大小來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則是通過換向接觸器改變勵(lì)磁繞組電流的方向從而達(dá)到電動(dòng)機(jī)翻轉(zhuǎn)的目的。加速器給控制器一個(gè)調(diào)速信

8、號(hào)，然后由控制器來控制勵(lì)磁電流的大小。</p><p><b>　　串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)</b></p><p>　　電樞線圈與勵(lì)磁線圈串聯(lián)</p><p>　　電樞電流與勵(lì)磁電流相同</p><p>　　在換向結(jié)構(gòu)中需安裝換向接觸器，依靠控制器外圍接線，改變勵(lì)磁電流方向完成換向。</p><p>　

9、　無再生制動(dòng)，釋放加速器，一般只能滑行，無平滑制動(dòng)；只能反接制動(dòng)，能量通過電機(jī)發(fā)熱消耗，對電機(jī)損傷較大</p><p>　　轉(zhuǎn)矩和速度曲線固定，無調(diào)節(jié)空間，控制器必須與電機(jī)相匹配，無法根據(jù)需要選擇速度和轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式一般采用改變電動(dòng)機(jī)電樞的供電電壓來控制電

10、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。換向則可以由控制器直接控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)</b></p><p>　　勵(lì)磁線圈與電樞線圈各自獨(dú)立，便于換向，勵(lì)磁電流小于電樞電流，優(yōu)越的制動(dòng)性能。</p><p>　　無需換向接觸器，降低系統(tǒng)成本；減少活動(dòng)部件；依靠控制器內(nèi)部“MOSFETs”改變勵(lì)磁電流方向完成換向；</p&g

11、t;<p>　　再生制動(dòng)：釋放加速器，自發(fā)平滑制動(dòng)；降低電機(jī)發(fā)熱，延長使用壽命；無需再生制動(dòng)接觸器，降低成本，減少活動(dòng)部件。</p><p>　　在選擇轉(zhuǎn)矩和速度曲線之間有更大的空間，控制器必須與電機(jī)相匹，滿足爬坡所需的速度和轉(zhuǎn)矩。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)概要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要研究通過單片機(jī)來

12、控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速和減速。</p><p>　　單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡介：單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。本設(shè)計(jì)以89C51單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制，C語言編程實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的平滑調(diào)速。</p><p>　　系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM調(diào)速的基本原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依

13、據(jù)，實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對電機(jī)速度的有效控制。</p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)概要</b></p>

14、<p>　　本設(shè)計(jì)的硬件設(shè)計(jì)由兩部分組成，分別是驅(qū)動(dòng)電路部分和控制電路部分。驅(qū)動(dòng)電路采用H橋驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)而成，控制電路以89C51為核心。電路圖見圖3。元件清單見附錄。</p><p>　　圖3硬件設(shè)計(jì)電路仿真圖</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)流程圖</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)流程圖見圖4</p><

15、;p><b>　　圖4程序流程圖</b></p><p><b>　　硬件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由H橋驅(qū)動(dòng)電路改進(jìn)而成。見圖5。</p><p><b>　　圖5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</b&

16、gt;</p><p><b>　　H橋驅(qū)動(dòng)電路原理</b></p><p>　　電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿，而電機(jī)就是H中的橫杠，見圖6。</p><p>　　H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左

17、至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。</p><p><b>　　圖6H橋驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，4.5所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流

18、過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。見圖7。</p><p>　　圖7橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　圖4.6所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。見圖8。</p><p>　　圖8橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)</

19、p><p>　　H橋驅(qū)動(dòng)電路電路改進(jìn)</p><p>　　增加兩組三極管可以穩(wěn)定電路，并減少電路的復(fù)雜性。使用兩個(gè)與門控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)輸入。每個(gè)與門輸入端接PWM端和正/反轉(zhuǎn)的高電平輸入?？梢赃_(dá)到穩(wěn)定控制的目的。</p><p><b>　　單片機(jī)及控制電路</b></p><p>　　單片機(jī)控制電路見圖9。</p&g

20、t;<p>　　圖9單片機(jī)控制電路圖</p><p>　　在整個(gè)控制電路中，有下面三部分組成。</p><p><b>　　時(shí)鐘電路</b></p><p>　　時(shí)鐘電路用來提供單片機(jī)的時(shí)鐘頻率。見圖10。</p><p><b>　　圖10時(shí)鐘電路圖</b></p>&

21、lt;p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　　復(fù)位電路用來給單片機(jī)復(fù)位，見圖11。</p><p><b>　　圖11復(fù)位電路圖</b></p><p><b>　　控制信號(hào)輸入電路</b></p><p>　　用來輸入控制電機(jī)的控制信號(hào)，見圖12。<

22、/p><p><b>　　圖12控制電路圖</b></p><p>　　由上至下依次為加速鍵、減速鍵、正反轉(zhuǎn)控制鍵。</p><p><b>　　單片機(jī)介紹</b></p><p>　　單片機(jī)（Microcontroller Unit）是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。圖4.1

23、中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。見圖13。</p><p><b>　　圖13單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　　單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)</b><

24、;/p><p>　　單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界交換信息。人們需要通過人機(jī)對話，了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制。單片機(jī)芯片與其它CPU比較，功能雖然要強(qiáng)得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)ROM、RAM、I/O口等不能很多，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作情況。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本見圖14所示。</p><p>　　圖14單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)<

25、/p><p>　　單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。對于片內(nèi)有ROM/EPROM的芯片來說,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片；對與片內(nèi)沒有ROM/EPROM芯片來說，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器使用。</p><p><b>　　

26、AT89C51簡介</b></p><p>　　AT89C51的主要參數(shù)如表1所示：</p><p>　　表1AT89C51的主要參數(shù)</p><p>　　AT89C51含EPROM電可編閃速存儲(chǔ)器。有兩級(jí)或三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，防止EPROM中的程序被非法復(fù)制。不用紫外線擦除，提高了編程效率。程序存儲(chǔ)器EPROM容量可達(dá)20K字節(jié)。</p>

27、;<p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多

28、嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其引腳見圖15所示。</p><p>　　圖15單片機(jī)的引腳排列</p><p><b>　　管腳說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p&g

29、t;<p>　　P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。</p><p>　　P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸

30、出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。</p><p>　　P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是

31、由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下

32、拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：</p><p><b>　　P3口管腳備選功能</b></p><p>　　P3.0RXD（串行輸入口）</p><p>　　P3.1TXD（串行輸出口）</p><

33、;p>　　P3.2/INT0（外部中斷0）</p><p>　　P3.3/INT1（外部中斷1）</p><p>　　P3.4T0（記時(shí)器0外部輸入）</p><p>　　P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）</p><p>　　P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）</p><p>　　P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

34、器讀選通）</p><p>　　P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。</p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出

35、正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間

36、，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p>&

37、lt;p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。</p><p><b>　　I/O口引腳：</b></p><p>　　a：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用；</p><p>　　b：P1口，8

38、位準(zhǔn)雙向I/O口；</p><p>　　c：P2口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用；</p><p>　　d：P3口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口。</p><p><b>　　振蕩器特性</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。

39、石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　芯片擦除：</b></p><p>　　整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯

40、片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。</p><p><b>　　程序設(shè)計(jì)</b

41、></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)直流電機(jī)的控制程序利用C語言編程。C語言語句少但是靈活度高，相對于針對過程的言語相比于非結(jié)構(gòu)化言語條理性很好接近人類的邏輯思維，相比于模塊化言語和面向?qū)ο蟮难哉Z他又比較接近底層的一些東西，其效率較高（只比匯編低%10~20），其移植性較好。</p><p><b>　　本設(shè)計(jì)程序如下：</b></p><p

42、>　　#include < reg51.h ></p><p>　　#include < intrins.h ></p><p>　　sbit K1 =P1^5 ;</p><p>　　sbit K2 =P1^6 ;</p><p>　　sbit K3 =P1^7 ;</p><p>

43、;　　sbit CLK=P2^0 ;</p><p>　　sbit ZZ =P2^1 ;</p><p>　　sbit ZF =P2^2 ;</p><p>　　unsigned char PWMH=0x00;</p><p>　　unsigned char PWML=0x0F;</p><p>　　void d

44、elay(unsigned char m)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　while(m--)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(i=0;i<5;i++

45、);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR1=0 ;

46、</b></p><p>　　TH0=0x00 ;</p><p>　　TL0=0x00 ;</p><p>　　TH1=PWMH ;</p><p><b>　　TL1=PWML;</b></p><p><b>　　TR1=1 ;</b></p>

47、<p><b>　　CLK=0 ;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR1=0 ;</b&g

48、t;</p><p><b>　　CLK=1 ;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　P0=0x00;</b&

49、gt;</p><p><b>　　P1=0x00;</b></p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　P3=0x00;</b></p><p><b>　　CLK=0; </b></p><p

50、>　　TMOD=0x11 ;</p><p>　　TH0=0x00 ;</p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p>　　TH1=PWMH ; </p><p>　　TL1=PWML ;</p><p><b>　　EA=1;<

51、/b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　TR0=1 ;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p&

52、gt;　　{ if (K3==0)</p><p><b>　　{ZZ=1;</b></p><p><b>　　ZF=0;}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{ZZ=0;</b></p>

53、<p><b>　　ZF=1;}</b></p><p><b>　　if(K1==1)</b></p><p>　　{ delay(1);</p><p><b>　　PWML++;</b></p><p>　　if(PWML==0x00)</p>

54、<p><b>　　{PWMH++;}</b></p><p>　　if (PWMH==0xFF)</p><p>　　{PWMH=0xFE;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(K2==1)</b></p>

55、<p>　　{ delay(1);</p><p><b>　　PWML-- ;</b></p><p>　　if (PWML==0x00)</p><p>　　{PWMH--;} </p><p>　　if (PWMH==0x00)</p><p>　　{PWMH=0x01;}

56、</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主程序分為兩部分，一為定義說明程序，二為執(zhí)

57、行主程序</p><p><b>　　定義說明程序</b></p><p>　　#include < reg51.h ></p><p>　　#include < intrins.h ></p><p>　　sbit K1 =P1^5 ;</p><p>　　sbit

58、K2 =P1^6 ;</p><p>　　sbit K3 =P1^7 ;</p><p>　　sbit CLK=P2^0 ;</p><p>　　sbit ZZ =P2^1 ;</p><p>　　sbit ZF =P2^2 ;</p><p>　　本程序用來說明程序所調(diào)用的函數(shù)庫和定義單片機(jī)的輸出接口名稱。&

59、lt;/p><p><b>　　執(zhí)行主程序</b></p><p>　　unsigned char PWMH=0x00;</p><p>　　unsigned char PWML=0x0F;</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b>&

60、lt;/p><p><b>　　P0=0x00;</b></p><p><b>　　P1=0x00;</b></p><p><b>　　P2=0x00;</b></p><p><b>　　P3=0x00;</b></p><p>

61、<b>　　CLK=0; </b></p><p>　　TMOD=0x11 ;</p><p>　　TH0=0x00 ;</p><p><b>　　TL0=0x00;</b></p><p>　　TH1=PWMH ; </p><p>　　TL1=P

62、WML ;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　TR0=1 ;</b></p><p>&

63、lt;b>　　while(1)</b></p><p>　　{ if (K3==0)</p><p><b>　　{ZZ=1;</b></p><p><b>　　ZF=0;}</b></p><p><b>　　else</b></p>&l

64、t;p><b>　　{ZZ=0;</b></p><p><b>　　ZF=1;}</b></p><p><b>　　if(K1==1)</b></p><p>　　{ delay(1);</p><p><b>　　PWML++;</b>&

65、lt;/p><p>　　if(PWML==0x00)</p><p><b>　　{PWMH++;}</b></p><p>　　if (PWMH==0xFF)</p><p>　　{PWMH=0xFE;}</p><p><b>　　}</b></p><

66、p><b>　　if(K2==1)</b></p><p>　　{ delay(1);</p><p><b>　　PWML-- ;</b></p><p>　　if (PWML==0x00)</p><p>　　{PWMH--;} </p><p>　　if (

67、PWMH==0x00)</p><p>　　{PWMH=0x01;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　本程序有兩個(gè)功能，第一個(gè)功能用來檢測正/反轉(zhuǎn)

68、開關(guān)的狀態(tài)然后輸出電機(jī)的控制信號(hào)，第二個(gè)功能是用來檢測加/減速開關(guān)的轉(zhuǎn)臺(tái)后設(shè)置延時(shí)器的定時(shí)基時(shí)，方便定時(shí)程序調(diào)用。</p><p><b>　　子程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　包括三個(gè)部分，分別為定義延時(shí)程序函數(shù)、定時(shí)器1中斷服務(wù)程序、定時(shí)器2中斷服務(wù)程序。</p><p><b>　　定義延時(shí)程序函數(shù)</b>&l

69、t;/p><p>　　void delay(unsigned char m)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p>　　while(m--)</p><p><b>　　{</b></p>&l

70、t;p>　　for(i=0;i<5;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　本條子程序定義了函數(shù)delay的用法，在proteus中并沒有delay函數(shù)，為了下面的定時(shí)程序中可以方便的應(yīng)用delay函數(shù)，本處需先做定義。</p>

71、<p>　　定時(shí)器1中斷服務(wù)程序</p><p>　　void timer0() interrupt 1</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR1=0 ;</b></p><p>　　TH0=0x00 ;</p><p>　

72、　TL0=0x00 ;</p><p>　　TH1=PWMH ;</p><p><b>　　TL1=PWML;</b></p><p><b>　　TR1=1 ;</b></p><p><b>　　CLK=0 ;</b></p><p><b&

73、gt;　　}</b></p><p>　　本條程序控制單片機(jī)的中斷行為。</p><p>　　定時(shí)器2中斷服務(wù)程序</p><p>　　void timer1() interrupt 3</p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　TR1=0 ;&l

74、t;/b></p><p><b>　　CLK=1 ;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　本條程序控制單片機(jī)的中斷行為。</p><p><b>　　調(diào)速原理</b></p><p>　　單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡介：單

75、片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。本系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制，C語言編程實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的平滑調(diào)速。</p><p>　　系統(tǒng)控制方案的分析：本直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù)PWM的原理，以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分

76、組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對電機(jī)速度的有效控制。</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）原理</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。

77、PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）的原理：其控制方式就是依靠對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個(gè)周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可

78、改變輸出頻率。</p><p>　　例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。這些脈沖寬度相等，都等于∏/n，但幅值不等，且脈沖頂部不是水平直線，而是曲線，各脈沖的幅值按正弦規(guī)律變化。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是PWM波形?？?/p>

79、以看出，各脈沖寬度是按正弦規(guī)律變化的。根據(jù)沖量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。對于正弦的負(fù)半周，也可以用同樣的方法得到PWM波形。</p><p>　　在PWM波形中，各脈沖的幅值是相等的，要改變等效輸出正弦波的幅值時(shí)，只要按同一比例系數(shù)改變各脈沖的寬度即可，因此在交－直－交變頻器中，PWM逆變電路輸出的脈沖電壓就是直流側(cè)電壓的幅值。</p><p>　　根據(jù)上述原理，在

80、給出了正弦波頻率，幅值和半個(gè)周期內(nèi)的脈沖數(shù)后，PWM波形各脈沖的寬度和間隔就可以準(zhǔn)確計(jì)算出來。按照計(jì)算結(jié)果控制電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的PWM波形。</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）特點(diǎn)</p><p>　　在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”

81、來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱耍琍WM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。4.9所示：</p><p><b>　　PWM方波</b></p><p>　　設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D=t1/T，則電機(jī)的平均速度為Va=Vmax*D，其中Va指的是電機(jī)的平均速度；Vmax是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度；D=t1/T

82、是指占空比。</p><p>　　由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比D=t1/T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度Vd與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。</p><p><b>　　調(diào)試與仿真</b></p><p>　　KeilC51軟件提供豐富的庫函

83、數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到KeilC51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢。KEIL C51編譯器由uVision2集成開發(fā)環(huán)境與編輯器和調(diào)試器以及C51編譯器組成。其中uVision2集成開發(fā)環(huán)境中的工程(project)是由源文件、開發(fā)工具選項(xiàng)以及編程說明三部分組成的;編輯器和

84、調(diào)試器包括源代碼編輯器、斷點(diǎn)設(shè)置、調(diào)試函數(shù)語言、變量和存儲(chǔ)器。</p><p>　　Proteus軟件是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫。Proteus軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表。此外，Proteus還提供圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗

85、，盡可能減少儀器對測量結(jié)果的影響，Proteus軟件提供豐富的測試信號(hào)用于電路的測試。這些測試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，同時(shí)可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR、PIC等常用的MCU，并提供周邊設(shè)備的仿真，例如373、led、示波器等。Proteus提供了大量的元件庫，有RAM、ROM、鍵盤、馬達(dá)、LED、LCD、AD/DA、部分SPI器件、部分II

86、C器件，編譯方面支持Keil和MPLAB等編譯器。一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套電子仿真軟件，在加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。以虛代實(shí)、以軟代硬，就建立一個(gè)完善的虛擬實(shí)驗(yàn)室。在計(jì)算機(jī)上學(xué)習(xí)電工基礎(chǔ)，模擬電路、數(shù)字電路、</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李靜.快速學(xué)通51單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社