毕业设计（论文）基于AT89S51单片机的直流无刷电动机驱动器设计

1、毕业设计说明书基于at89s51单片机无刷电机驱动器设计专业自动化学生姓名xx班级xxx学号xxx指导教师xx完成日期2012年6月1日基于at89s51单片机无刷电机驱动器设计摘 要：电动机作为机电能量的转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活之中。传统的直流电动机均采用电刷, 以机械方法进行换向, 存在着相对的机械摩擦, 由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等致命弱点, 制造成本高及维修困难等缺点,因而大大地限制了它的应用范围。永磁无刷直流电动机是近年随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，它具有以下特点:1无刷直流电动机的转子

2、采用高磁能积的稀土磁钢作为转子磁钢, 其转动惯量比鼠笼转子要小, 所以对于给定的转矩能够响应得更快, 控制特性更好。2无刷直流电动机的效率比感应电动机高。因为在感应电机运行时, 转子上不会产生铜损和铁损。3在相同容量下, 无刷直流电动机的体积相对要比感应电机小, 重量轻。4无刷直流电机的噪音小。5无刷直流电机调速方便, 灵活, 范围广。目前永磁无刷直流电动机控制器结构已有多种形式，有最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰

3、能力强、特别适用于对控制器体积、性能要求较高的场合。专用控制芯片优点固然多，但往往价格比较昂贵。在一些控制要求精度不是很高的场合，就需要能有一种工作稳定，价格又比较低廉的控制器。本设计就是基于此市场需求。关键词：无刷直流电动机；电刷；换向器；单片机the design of web-based students informationmanagement systemabstract: motor as electromechanical energy conversion devices, and their use has spread invarious fields of nation

4、al economy and people in their daily life. traditional dc motor brushes, mechanical method of commutation, there is a relatively mechanical friction, which bring about the fatal weakness of noise, sparks, radio interference, and short life, manufacturing high cost and maintenance difficulties and sh

5、ortcomings.thus greatly limiting its scope of application.the permanent magnet brushless dc motor is rapidly maturing in recent years with the development of power electronic devices and new permanent magnetic materials up a new the mechatronics motor, it has the following characteristics:1.the roto

6、r of the brushless dc motor with high energy product rare earth magnet as the rotor magnet, the squirrel cage rotor inertia ratio is smaller, so for a given torque can respond faster to control features better.2.the efficiency of the brushless dc motor is higher than the induction motor.because the

7、induction motor is running, the rotor does not produce the copper loss and iron loss.3.in the same capacity, the volume of the brushless dc motor is relatively better than the induction motor is small, light weight.4.brushless dc motor noise.5brushless dc motor speed convenient, flexible, and a wide

8、 range ofpermanent magnet brushless dc motor controller structure has many forms, the initial complex analogue to the recently digital microcontroller as the core, but the new motor control asic, brushless dc motor speed control device designa great convenience, integrated analog control chip contro

9、lling function, the protection function, stable performance, simple system composed of the peripheral circuits required, and strong anti-jamming capability, especially suitable for volume controller, the performance requirementshigher occasions.advantages of a dedicated control chip of course, but o

10、ften are expensive.in the occasion of some control accuracy is not high, you need to be able to have a working stability, price and relatively low-cost controller.this design is based on market demand.key words: brushlessdc motor;brush;commutator;microcontrollerand so on.目 录1.概述52. 单片机的选择52.1 单片机的概述

11、52.2单片机的特点及应用领域62.3单片机的发展趋势82.4 at89s51单片机的硬件结构102.5at89s51单片机的引脚及功能描述102.6单片机的指令系统简介123. 无刷直流电机的简介143.1 无刷直流电动机的概述143.2无刷直流电机的结构153.3无刷直流电机的原理153.4单片机控制直流无刷电机164.硬件设计174.1 无刷电机的选择174.2 电机驱动器介绍184.3 rs-485通信硬件电路14.4 时钟电路设计24.5 直流无刷电机的控制34.6 4x4矩阵式键盘64.7 人机接口电路设计75. 软件设计86.结束语12参考文献13致 谢14附 录15附录1：程序

12、清单15附录2：设计图纸21附录3：元器件目录表24基于at89s51单片机无刷电机驱动器设计1.概述二十世纪跨越了三个“电”的时代，及电气时代、电子时代和现已进入的电脑时代。不过，这种电脑，通常是指个人计算机，简称pc机。它由主机、键盘、显示器等组成。还有一类计算机，大多数人却不怎么熟悉。这种计算机就是把智能赋予各种机械的单片机（亦称微控制器）。顾名思义，这种计算机的最小系统只用了一片集成电路，即可进行简单运算和控制。因为它体积小，通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中，起着有如人类头脑的作用，它出了毛病，整个装置就瘫痪了。现在，这种单片机的使用领域已十分广泛，如智能仪表、实时工控、

13、通讯设备、导航系统、家用电器等。各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，常在产品名称前冠以形容词“智能型”，如智能型洗衣机等。现在有些工厂的技术人员或其它业余电子开发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上本毕业设计就是基于at89s51单片机控制无刷直流电动机，通过4x4键盘输入，利用所学知识实现单片机控制直流无刷电动机的启动、停止、正反转、加减速等控制，并通过6为led数码管显示。详细介绍单片的种类、结构、功能、和发展历史 未来前景及直流无刷电动机的工作原理、控制结构等内容，既着重单片机的基本

14、知识 功能院里的深入阐述，有理论联系实际详细剖析单片机控制直流无刷电动机的过程。本毕业设计论文查考了大量的书籍，借鉴了许多学者和单片机爱好者的著作 学术论文 和经验心得等，在此对他们表示最诚挚的感谢！本论文在写作时得到了指导老师xx的大量帮助，借此也表示最衷心的谢意！2. 单片机的选择2.1 单片机的概述 单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控控制器（microcontroller unit），常用英文字母的缩写mcu表示单片机，它最早是被用在工业控制领域。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，为使更多的业内人士、学生、爱好者，产品开发人员掌握单片机这门技术，于是产生单片机开发板，比较有名

15、的例如电子人dzr-01a单片机开发板。单片机由芯片内仅有cpu的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和cpu集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。intel的z80是最早按照这种思想设计出的处理器，从此以后，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是intel的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。此后在8031上发展出了mcs51系列单片机系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高，开始出现了16位单片机，但因为性价比不理想并未得到很广泛

16、的应用。90年代后随着消费电子产品大发展，单片机技术得到了巨大提高。随着intel i960系列特别是后来的arm系列的广泛应用，32位单片机迅速取代16位单片机的高端地位，并且进入主流市场。而传统的8位单片机的性能也得到了飞速提高，处理能力比起80年代提高了数百倍。目前，高端的32位单片机主频已经超过300mhz，性能直追90年代中期的专用处理器，而普通的型号出厂价格跌落至1美元，最高端的型号也只有10美元。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的windows和li

17、nux操作系统。 单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了最多的应用。事实上单片机是世界上数量最多的计算机。现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、计算器、家用电器、电子玩具、掌上电脑以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。而个人电脑中也会有为数不少的单片机在工作。汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过pc机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。 单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。相当于一个微型的计算机，和计算机相

18、比，单片机只缺少了i/o设备。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如cpu，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可，用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、vcd等等的家电里面都可以看到它的身影，它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干

19、扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用pc）的主要区别。 2.2单片机的特点及应用领域1、单片机的特点 （1）高集成度，体积小，高可靠性 单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的cpu。单片机程序指令，常数及表格等固化在rom中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。 （2）控制功能强 为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，i/o口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 （3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品

20、为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8v3.6v，而工作电流仅为数百微安。 （4）易扩展 片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 （5）优异的性能价格比 单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用risc流水线和dsp等技术。单片机的寻址能力也已突破64kb的限制，有的已可达到1mb和16mb，片内的rom容量可达62mb，ram容量则可达2mb。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。 2、单片机的应用领域 （

21、1）单片机在智能仪器仪表中的应用 在各类仪器仪表中引入单片机，使仪器仪表智能化，提高测试的自动化程度和精度，简化仪器仪表的硬件结构，提高其性能价格比。 （2）单片机在机电一体化中的应用 机电一体化是机械工业发展的方向。机电一体化产品是指集成机械技术、微电子技术、计算机技术于一体，具有智能化特征的机电产品，例如微机控制的车床、钻床等。单片机作为产品中的控制器，能充分发挥它的体积小、可靠性高、功能强等优点，可大大提高机器的自动化、智能化程度。 （3）单片机在日常生活及家用电器领域的应用 自从单片机诞生以后，它就步入了人类生活，如洗衣机、电冰箱、空调器、电子玩具、 电饭煲、视听音响设备等家用电器配上

22、单片机后，提高了智能化程度，增加了功能，倍受人们喜爱。单片机将使人类生活更加方便、舒适、丰富多彩。 （4）在实时过程控制中的应用 用单片机实时进行数据处理和控制，使系统保持最佳工作状态，提高系统的工作效率和产品的质量。 （5）办公自动化设备 现代办公室使用的大量通信和办公设备多数嵌入了单片机。如打印机、复印机、传真机、绘图机、考勤机、电话以及通用计算机中的键盘译码、磁盘驱动等。 （6）商业营销设备 在商业营销系统中已广泛使用的电子称、收款机、条形码阅读器、ic卡刷卡机、出租车计价器以及仓储安全监测系统、商场保安系统、空气调节系统、冷冻保险系统等都采用了单片机控制。 （7）在计算机网络和通信领域

23、中的应用 现代的单片机普遍具备通信接口，可以很方便地与计算机进行数据通信，为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件，现在的通信设备基本上都实现了单片机智能控制，从手机，电话机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动电话，集群移动通信，无线电对讲机等。 （8）单片机在医用设备领域中的应用 单片机在医用设备中的用途亦相当广泛，例如医用呼吸机，各种分析仪，监护仪，超声诊断设备及病床呼叫系统等等。 （9）汽车电子产品 现代汽车的集中显示系统、动力监测控制系统、自动驾驶系统、通信系统和运行监视器（黑匣子）等都离不开单片机。 （10）航空航天系统和国防

24、军事、尖端武器等领域 单片机的应用更是不言而喻。 综合所述，单片机已成为计算机发展和应用的一个重要方面。另一方面，单片机应用的重要意义还在于，它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。2.3单片机的发展趋势现如今单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能ic卡，民用豪华轿车的安全保障系统，

25、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械以及各种智能机械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：一、更生活化。目前，随着我国国民经济的发展和人民物质文化生活水平的不断提高，人们在忙于工作之余，人们对生活的质量要求越来越高。现在的父母不仅要面对工作的压力，带孩子的问题也困扰着不少的父母，而智能遥控音乐婴儿车可以减缓父母的问题。其由婴儿车智能控制模块、检测系统、遥控模块、显示模块、执行系统、音乐模块等几部分构

26、成。 (1)婴儿车智能控制系统采用嵌入式系统设计，能够自动运行，处理数据，控制和协调各部分模块工作。用户可以在本系统开发的基础上对婴儿车的各部分进行观察和控制。同时可通过按键板或红外遥控器对系统进行控制。 (2)检测模块又分为声音检测、尿湿检测和温度检测。分别对婴儿是否睡醒、婴儿是否尿湿、奶水温度分别给89c52对应的信号。其中各个检测模块均受系统控制。 (3)遥控模块采用nec制式红外遥控，可遥控mp3解码的播放模式、音乐效果、选歌、音量、系统的时间调节各个模块的控制和协调。 (4)显示部分采用lcd12864液晶屏显示，可显示时间、倒计时时间、奶瓶温度、湿度状态。(5)执行机构又分为机械执

27、行和声音执行，从而更完美地模拟出人的效果。二、低碳化。2010世博会已逐渐离我们远去，但是上海世博会的理念一直与我们紧密相连。1、低功耗cmos化：mcs-51系列的8031推出时的功耗达630mw，而现在的单片机普遍都在100mw左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了cmos(互补金属氧化物半导体工艺) ，由于chmos技术的进小，大大地促进了单片机的cmos化。cmos电路的特点是低功耗、高密度、低速度、低价格。cmos虽然功耗较低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而chmos则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于在要求低功耗像电池供电的应用场

28、合。所以我相信这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。2、低电压化：几乎所有的单片机都有wait、stop等省电运行方式。允许使用的电压范围越来越宽，一般在36v范围内工作。低电压供电的单片机电源下限已可达12v。目前0.8v供电的单片机已经问世。 3、低噪声与高可靠性：为提高单片机的抗电磁干扰能力，使产品能适应恶劣的工作环境，满足电磁兼容性方面更高标准的要求，各单片厂家在单片机内部电路中都采用了新的技术措施。 三、高性能化。主要是指进一步改进cpu的性能，加快指令运算的速度和提高系统控制的可靠性。采用精简指令集（risc）结构和流水线技术，可以大幅度提高运行速度。现指令速度最高者已达1

29、00mips（million instruction per seconds，即兆指令每秒），并加强了位处理功能、中断和定时控制功能。这类单片机的运算速度比标准的单片机高出10倍以上。由于这类单片机有极高的指令速度，就可以用软件模拟其i/o功能，由此引入了虚拟外设的新概念。四、异步串行扩展技术化。在用单片机开发各种嵌入式应用系统时,异步串行通信是经常要用到的一种通信模式,很多应用中还要求实现多路异步串行通信。大家平时熟悉的各种厂家的单片机,绝大部分片上只提供一个硬件uart模块,利用它可以方便实现一路串行通讯。pic系列单片机也不例外,在其丰富的产品家族成员中,除高端系列（pic17/18）一

30、些型号片上带有两路硬件uart模块外,其它大部分型号片上只有一路uart,一些低端廉价的pic单片机甚至还不带硬件uart。为了提高系统的性能价格比,就要求设计工程师用软件增加实现一路或多路异步串行通信。很多工程师对用软件实现的uart在可靠性和效率方面持怀疑态度,其实关键问题是看软件采用何种方式来实现可靠的uart功能。随着半导体集成工艺的不断发展，单片机的集成度将更高、体积将更小、功能将更强。2.4 at89s51单片机的硬件结构at89s51单片机与mcs-51完全兼容，内部的结构如图2.4所示： 图2.4 at89s51内部结构图从功能上分，它包括如下部件：一个8位中央处理器（cpu）

31、；4k可在线编程flash ；128字节ram与特殊功能寄存器；2个16位定时/计数器；中断逻辑控制电路；一个全双工串行接口（uart）；32条可编程的io口线；另外，还包括一些寄存器如程序计数器pc 、程序状态寄存器psw 、堆栈指针寄存器sp 、数据指针寄存器dptr等部件。 2.5at89s51单片机的引脚及功能描述at89s51单片机的管脚如图2.5所示： 图2.5 at89s51单片机的管脚图at89s51单片机芯片有40只引脚，制作工艺为hmos（高密度沟道mos 工艺），采用双列直插（dip）封装形式4 个并行i/o 口(p0p3)，共有32 根引脚，可分别用作地址线.数据线和i

32、/o 线。另外还有4 根控制信号引脚,2 根时钟引脚,2 根电源线引脚。其引脚功能如下:（1）i/o引脚 p0.0p0.7为p0口，是8 位双向口线，在引脚的3239 号端口，是一个8 位漏极开路的三态双向i/o 口。当使用外部存储器时为地址总线及数据总线分时复用口.可以驱动8 个ls 型ttl 负载。p0 口有三个功能: 外部扩展存储器时，当作数据总线（如图3-2 中的d0d7 为数据总线接口）外部扩展存储器时，当作地址总线（如图2-2 中的a0 a7 为地址总线接口）做扩展时，可做一般的i/o 使用，但内部无上拉电阻，作为输入或输出时应在外部接上拉电阻。 p1 口：p1.0p1.7为p1口

33、，是8 位双向口线（在引脚的18 号端子），是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，是一个通用单一功能的i/o 端口，可驱动4 个ls 型ttl 负载。 p2 口：p2.0p2.7为p2 口，是8 位双向口线（在引脚的2128 号端子），是一个带内部上拉电阻的8 位双向i/o 口，系统扩展时，作为高8 位地址线使用，不做扩展系统时，可作为一般i/o 口使用，可以驱动4 个ls 型ttl 负载。 p3 口：p3.0p3.7 为p3 口，是8 位双向口线（在引脚的1017 号端子），是一个带内部上拉电阻8 位双向i/o 口，双功能复用口。 (2)控制引脚 ale/psen:ale 为地址锁存允

34、许信号，工作时输出一正脉冲 ；/prog 为此引脚的第二功能，在对片内eprom 型单片机编程写入时，此引脚为编程脉冲输入端。 /psen ：为外部程序存储器的读选通信号，低电平有效。每个机器内psen 激发两次.从片内程序存储器存取时，不激发/psen 。 ea /vpp：ea 为内外程序存储器控制端，当引脚为高电平时，cpu 先执行片内程序存储器指令，除非程序计数器pc 超过0fffh（即4k 地址范围），将自动转向执行外部程序存储器内的程序指令。 rst：rst 为复位信号输入端，高电平有效。psen 和ale 输出端是否有信号可以判断出单片机是否在工作。 （3）时钟引脚 两个时钟引脚x

35、tal1、xtal2 外接晶体与片内的反相放大器构成了一个振荡器，为单片机提供时钟控制信号。 xtal1：此引脚内部是一个片内振荡器的反向输入端。 xtal2；此引脚内部接至内部反相放大器的输出和内部时钟发生器的输入 （4）电源引脚 电源引脚用来接入单片机的工作电源。 vcc :正常运行时的电源,接+5v。 gnd :电源地线，接地端。 2.6单片机的指令系统简介计算机所有指令的集合，称为该计算机的指令系统，它是表征计算机性能的重要标志。每种计算机都有它特有的质量系统。指令是指计算机执行某种操作（如传送数据、进行算术运算等等）。mcs-51单片机能够识别并执行的指令共有111条，按功能可以分为

36、数据传送、算术操作、逻辑运算操作、控制转移和位操作等五大类。以下分别介绍这几类指令。 1.数据传送 数据传送指令可分为通用的、累加器专用的目标地址用的三种。 （1）通用的传送 mov 执行第二操作数到第一操作数地位、字节字的传送。 push 把sp 寄存器加1，然后从第二操作数传送一个字节到当前sp 寻址的堆栈单元中。 pop 把有sp 寄存器寻址的栈单元中传送一个字节到第一操作数， 然后把sp 减1。 (2)累加器专用传送 xch 第二操作数的字节于a 累加器的字节交换。 xchd 第二操作数的地半字节于a 累加器的地半字节交换。 movx 外部数据存储器和a 累加器之间传送一个字节。外部抵

37、制可由dptr 寄存器（16 位）或r1、r0（各8 位）来指定。 movc 从程序集存器传送一个字节到a 寄存器中。 (3)目标地址传送 mov dptr, #data 把16 位立即数装入一对目的寄存器dph 和dpl 中。 2.算术操作 mcs-51 系列单片机的指令系统的特点是除了加、减法外，还有乘法和除法功能，因而加快了运算速度，增强了运算功能，减少了编程工作量。此外还有一种调整操作，它可以允许对压缩的十进制数（bcd）直接执行算术操作。 （1）加法（四种） inc （加1）执行源操作数和1 的加法，结果回送到源操作数中。 add 执行a 累加器与第二操作数之间的加法，结果送回a 累

38、加其中。 addc （带进位加）执行a 累加器和第二操作数之间的加法，若以前c 标志置位则加1，把结果送到a 累加器中。 da （bcd 加法的使劲违法调整）对两个2 位十进制操作数的二进制加法结果进行调整。由da 所形成的压缩十进制数之间和回送到a 累 加器中。如果bcd 结果大于99 则进位标志位置位，否则清0。 （2）减法（两种）subb （连借位减）执行从第一操作数（累加器）中间去第二操作数， 如果c 标志位置位则再减1，把结果回送到a 寄存器。 dec （减1）执行从操作数减1，结果送到操作数中。 （3）乘法 mul 执行a 累加器与b 寄存器的无符号乘法。双字节乘法的高位字接送b

39、寄存器，低位字节送a 累加器。如果乘积的高位字节为0 ，则ov 清零；若非0 则ov 置位。c 清零，ac 保持不变。 (4) 除法 div 执行a 累加器与b 寄存器的无符号数除法,把商送到累加器a，余数送到b 寄存器。若在作除法前b中的值是00h，也就是除数为0，则ov置位。 3.逻辑操作 mcs-51 系列单片机除了能执行一般操作数的基本逻辑操作数外，还能对位进行逻辑操作,有较强的布尔处理功能。 （1）单操作数逻辑操作 clr 用于a 累加器和c 进位标志或任何直接寻址为清0。 setb c进位标志或任何直接寻址的位置1。 cpl 把a 累加器中的操作数取反，并把结果回送到a 累加器中，

40、不影响标志位，或者将c 进位标志或任何直接寻址位取反。 (2) 双操作数逻辑操作 anl 对两个操作执行按为逻辑“与”操作,并把结果回送到第一个操作数中。 orl 对两个操作数执行按位逻辑“或”操作,并把结果回送到第一个操作数中。 xrl 对两个操作数执行按位逻辑“异或”操作并把结果回送到第一个操作数中。4.控制转移指令 控制转移指令共有17条，控制转移指令通过改写pc的当前值，而改变cpu执行程序的顺序，是程序发生跳转。它可以进一步细分为：1）调用、返回指令acall 绝对调用指令、无条件地调用指定地址的子程序。所调用的子程序的起始地址必须在与acall 后面指令的第一字节在同一2k 区间的

41、程序存储器中.并不影响标志。 lcall 长调用指令。它调用指定地址的子程序。所调用的子程序可以从全部64k 字节程序存储器地址空间的任何地方开始。不影响任何标志。 ret 转移控制到前一次调用操作时保存在堆栈中的地址,一般为acall 或者是lcall 所调用的子程序结束语句。 reri 中断返回指令，除具有ret指令的功能外，还具有开放低优先级中断、恢复中断逻辑等功能。中断返回一定要安排在中断服务程序的最后。2）有条件转移 jz 如果累加器a为0，则执行一次转移。 jnz 如果是累加器a不为0，则执行一次转移。 cjne 把第一操作数以第二操作数相比较,如果不相等,则执行转移。 djne

42、把操作数减1,结果送回源操作数的地址中,若不为0 则转移。3)无条件转移 ajmp 转移控制到目标操作数。ajmp 和ljmp 操作类似于acall 和lcall。sjmp 指令提供了一下一条指令的起始地址为中心的256 字节范围的转移(-128+127)。 jmp 间接转移指令。把累加器a 的无符号内容与数据指针的16 位数据相加，然后把结果送到程序计数器。这样转移的实际目的可以是程序储存空间中的任何单元。这种间接转移对程序中实现n 路散转很方便。 ljmp 长转移指令。提供16位目的地址，所以程序可转向64kb程序存储器地址空间的任何单元；指令的操作对象是pc中地址。sjmp 相对转移指令

43、。指令的操作数是相对地址，其范围为-128+128共256个字节。4）空操作指令nop 空操作指令。单字节指令，除pc+1指向下一条指令外，它不执行其他任何操作，不影响其他寄存器和标志位。常用来产生一个机器周期的延迟，主要用于精确延时或时间上的等待。5.位操作指令 位操作类指令共有17条，其包括位数据传送指令（mov - 2条），位逻辑运算指令（anl、orl - 4条），位状态控制指令(crl、setb、cpl - 6条)，位条件转移指令（jc、jnc、jb、jnb、jbc - 5条）。综上所述，mcs-51 系列单片机的指令系统大体上可以分为5 类：数据传递类指令（29 条）、算术运算类指

44、令（24 条）、逻辑操作和循环移位类指令（24 条）、控制转移类指令（17 条）、位操作类指令（17 条）这些指令命令计算机进行操作，计算机只能识别二进制数即计算机的指令均由二进制代码组成，但是为了书写方便，常常把它写成十六进制。3. 无刷直流电机的简介3.1 无刷直流电动机的概述直流电动机具有非常优秀的线性机械特性、宽的调速范围、大的启动转矩、简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地应用在各种驱动装置和伺服系统中。但是直流电动机的电刷和换向器却成为阻碍它发展的障碍。机械电刷和换向器因强迫性接触，造成它结构复杂、可靠性差、变化的接触电阻、火花、噪音等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能

45、。因此，长期以来人们一直在寻找一种不用电刷和换向器的直流电动机。随着电子技术、功率元件技术和高性能的磁性材料制造技术的飞速发展，这种想法已成为现实。无刷直流电动机利用电子换向器取代了机械电刷和机械换向器，因此，使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使它一经出现就以极快的速度发展和普及。3.2无刷直流电机的结构 图3.2 无刷直流电动机的原理框图 无刷直流电动机(brushless dc motor)是由电动机本体、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。其原理框图如上图2.2所示。图中，直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电，位置传

46、感器随时检测到转子所处的位置，并根据转子的位置信号来控制开关管的导通和截止，从而自动地控制哪些绕组通电，哪些绕组断电，实现了电子换向。3.3无刷直流电机的原理如下图3.2（1）为三相无刷直流电动机半控桥电路原理图，此处采用位置传感器，以三只功率晶体管v1、v2和v3构成功率逻辑单元光电器件。图3.3（1）三相无刷直流电动机半控桥电路原理图三只光电器件vp1、vp2和vp 3的安装位置各相差120度，均匀分布在电动机一端。借助安装在电动机轴上的旋转遮光板的作用，使从光源射来的光线一次照射在各个光电器件上，并依照某一光电器件是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。图3.3（2）所示为开关顺序及定子磁

47、场旋转示意图：图3.3 （2）开关顺序及定子磁场旋转示意图随着位置传感器转子扇形片的转动，定子绕组在位置传感器vp1、 vp2、vp3 的控制下，便一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电流的换相。在换相过程中，定子各相绕组在工作气隙内所形成的旋转磁场是跳跃式的。这种旋转磁场在360度电角度范围内有三种磁状态，每种磁状态持续120度电角度。位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且各具特点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传

48、感器、磁敏式位置接近传感器。电磁式位置传感器在直流无刷电动机中，用得较多的是开口变压器。用于三相直流无刷电动机的开口变压器由定子和跟踪转子两部分组成。定子一般有六个极，它们之间的间隔分别为60度，其中三个极上绕一次绕组，并相互串联后通以高频电源，另外三个极分别绕上二次绕组wa、 wb、wc。它们之间分别相隔120度。跟踪转子是一个用非导磁材料做成的圆柱体，并在它上面镶一块120度的扇形导磁材料。在安装时将它与电动机转轴相联，其位置对应于某一磁极。一次绕组所产生的高频磁通通过跟踪转子上的到此材料祸合到二次绕组上，故在二次绕组上产生感应电压，而另外两相二次绕组由于无祸合回路同一次绕组相联，其感应电

49、压基本为零。随着电动机转子的转动，扇形片也跟着旋转，使之离开当前祸合一次绕组而向下一个一次绕组靠近。就这样，随着电动机转子运动，在开口变压器二次绕组上分别感应出电压。扇形导磁片的角度一般略大于120度电角度，常采用130度电角度左右。在三相全控电路中，为了换相译码器的需要，扇形导磁片的角度为180度电角度。同时，扇形导磁片的个数应同直流无刷电动机的极对数相等。接近开关式位置传感器主要由谐振电路及扇形金属转子两部分组成，当扇形金属转子接近震荡回路电感l时，使该电路的q值下降，导致电路正反馈不足而停振，故输出为零。扇形金属转子离开电感元件l时，电路的q值开始上升，电路又重新起振，输出高频调制信号，

50、经二极管检波后，取出有用控制信号，去控制逻辑开关电路，以保证电动机正确换向。3.4单片机控制直流无刷电机无刷直流电动机继承了直流电动机启动转矩大、调速性能好等特点，克服了直流电动机需要换向器的缺点，在家用电器、交通工具等生活的方方面面占有占用的地位，随着微电子技术的发展，直流无刷电机逐步的占有了原来异步电动机变频调速的领域。本设计是基于at89s51单片机直流无刷电动机驱动器的设计，它可以实现电机的启动、停止、正传、反转等功能。4.硬件设计4.1 无刷电机的选择本控制系统选择南京森宇机电科技有限公司生产的森宇牌直流无刷电动机作为控制对象，具体型号为70bl-a，该型号的电动机属于森宇公司生产的

51、70bl系列。（1）电动机的外形该型号的电机的外形如下图4.1（1）所示，其工作特点为：环境温度一一0一 + 50c环境湿度一一85%rh绝缘等级一一b级耐振动耐冲击一一0.5/2.5g图4.1 （1）电动机外形图（2） 技术数据70bla电动机的技术数据如图4.1（2）所示 表3-1(2)电动机技术数据规 格型 号额定功率额定电压额定转速最大转矩重量70bla150w24v3000rpmm0.5n.m1.8kg（3）外形尺寸如下图 图4-1（3）电机的外形尺寸4.2 电机驱动器介绍本毕业设计所选择的驱动器是与上面选择的直流无刷电动机配套的具体型号为bl-2203c0。(1）驱动器外形外形如图

52、4-2（1）所示。图4-2（1）驱动器外形（2）驱动器的特点：1）交流电压220v；2)输入输出光隔离；3）启动及其转向控制； 4）过电流、过电压、过载及堵转保护 ； 5）测速信号输出； 6）故障报警输出； 7）电动机转速显示； 8）外部模拟量调速； 9）制动停车功能； 10）多档速度选择。 （3）性能指标具体性能见表4-2（2）所示表4-2(2) 驱动器电气性能供电电源单相交流220 (1士15%) v, 50hz，容量为0.8k va额定功率最大600w（根据所配的电动机而言）额定转速根据所选的电动机确定（不超过8000r/min)额定转矩根据所选的电动机确定调速范围1 50r/min额定

53、转速速度变动率（对负载）士2以下（额定转速）速度变动率（对电压）士1以下（电源电压士10%，额定转速无负载）速度变动率（对温度）士2以下（20-40额定转速无负载）绝缘电阻在常温下大于o绝缘强度在常温下1kv、 1mmn4.3 rs-485通信硬件电路 图4.3 rs-485rs485总线标准是工业中（考勤，监控，数据采集系统）使用非常广泛的双向、平衡传输标准接口，支持多点连接，允许创建多达32个节点的网络；最大传输距离1200m，支持1200 m时为100kb/s的高速度传输，抗干扰能力很强，布线仅有两根线很简单。因rs485接口具有良好的抗噪音干扰性，长的传输距离和多站能力等优点就使其成为

54、首选的串行接口。上图4.3中rs485是一种半双工双向总线。6n137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850 nm波长algaas led和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，lsttl/ttl兼容，高速(典型为10mbd)，5ma的极小输入电流。特性：转换速率高达10mbit/s;摆率高达10kv/us;扇出系数为8;逻辑电平输出;集电极开路输出;工作参数:最大输入电流，低电平：250ua 最大输入电流，高电平：15ma 最大允许低电平电压(输出高)：0.8v

55、 最大允许高电平电压：vcc最大电源电压、输出：5.5v 扇出(ttl负载)：8个(最多) 工作温度范围：-40c to +85c 典型应用：高速数字开关，马达控制系统和a/d转换等。6n137光耦合器的内部结构、管脚如图4.3（1）所示。6n137光耦合器的真值如表4.3(2)所示：6n137光耦合器的真值表输入使能输出hhllhhhlhllhhncllnch 图4.3（2）真值表需要注意的是，在6n137光耦合器的电源管脚旁应有个0.1uf的去耦电容。在选择电容类型时，应尽量选择高频特性好的电容器，如陶瓷电容或钽电容，并且尽量靠近6n137光耦合器的电源管脚；另外，输入使能管脚在芯片内部已有上拉电阻，无需再外接上拉电阻。 6n137光耦合器的使用需要注意两点：第一是6n137光耦合器的第6脚vo