基于51单片机的无刷直流电动机控制器设计说明

1、 . . . 基于51单片机的无刷直流电动机控制器设计系 别：机电与自动化学院专 业 班：电气工程与其自动化0702班姓 名：学 号：指导教师：2010年5月36 / 43基于51单片机的无刷直流电动机控制器设计The Design of Brushless DC Motor Controller Based on MCS-51 Singlechip摘 要近年来，无刷直流电动机愈来愈多地在很多领域得到应用，它除了保持有刷直流电动优越的起动性能和调速性能以外，其最大的特点，就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构，因而具有寿命长、噪声低、运行可靠、维护简便等一系列优点，且由于其转速不受机械换向的限

2、制，可在宽广的围平滑地调速。例如在电动自行车上应用无刷直流电动机来取代原来的有刷直流电动机，由于采用了电子无接触式换向，不仅延长了电机的使用寿命，而且调速方便，易于控制，运行平稳。本文以无刷直流电机为研究对象，以无刷直流电机控制系统为控制目标，以PWM为控制设计技术，采用MCS-51系列单片机为主控芯片，文章主要研究无刷直流电动机的调速功能，实现电动机的起动、制动、正/反转换向，加/减速，并对无刷直流电动机的运行状态进行监视和报警。文章研究包含硬件和软件两个方面，硬件方面实现的功能有：电源设计、调速控制设计、驱动电路设计、过热保护电路设计、短路保护电路设计和转速显示设计等部分；软件方面实现的功

3、能有，电路复位模块的设计、按键控制模块的设计、功能模块的设计、电动机判停模块的设计、IPS下载模块的设计和速度显示模块的设计等部分。文章介绍了无刷直流的功能硬件图和程序结构流程，介绍了利用MCS-51单片机和控制芯片来控制无刷直流电动机速度的方法，并在电动机运行异常时发出警报。本课题经过理论分析和系统调试，控制系统性能稳定，可靠性佳，实现了既定的功能，达到了设计指标的要求。关键词：无刷直流电动机 MCS-51单片机 调速控制 AbstractRecently,brushless DC motor has been applied in many areaBesides the good per

4、formance of startup and speed control，its remarkable characteristic is that there is no commutator and brush。So the brushless DC motor has some advantages such as long life，low noise，reliable operation and easy maintenanceIts speed Can be regulated in a large range smoothly because of no limitation

5、of mechanical commutatorFor the electric bicycle，the motor with brush has been replaced by the brushless oneDue to the commutation without touch,the life of motor is prolonged and the motor is easy to be controlledA brushless DC motor control system based on MCS-51 singlechip and PWM control is intr

6、oduced in this paper。The paper main of study is the speed governing functions of brushless DC motor ,for example，make the motor start、stop、speed up、slow down、corotation and inversion，and when the motor run wrong the system can display errorBoth hardware and software are shown in this paper。Hardware

7、design includes power supply, governor control,driving circuit，overheating protection,short circuit protection and rotate speed displaySofhvare design includes driving circuitrestorationmodule,key controlmodule，functionmodule，judge the motor run or stop module，IPS down module and speed display modul

8、eHardware diagrams and program flow charts are shownAnd use the singlechip of MCS-51 and Controller Chip control the speed of brushless DC motorAnd when the motor run wrong the system can display errorBy theoretical analysis and system debugging,the controlsystem is stable and reliableThe desired fu

9、nctions are design indices are achievedKeywords： Brushless DC motorsinglechip of MCS-51 speed control目 录摘要IAbstractII绪论11 无刷直流电动机简介21.1 课题的意义与发展状况21.2 无刷直流电动机原理简介21.2.1 无刷直流电动机运行原理21.2.2 无刷直流电动机的结构51.3 驱动电动机原理62 控制系统硬件方案设计82.1 电动机选择与参数说明82.2 驱动器选择与功能说明92.2.1 驱动器调速方式说明122.2.2 驱动器接线示意图133 控制电路设计153.1

10、芯片说明153.2 整体电路193.3 电路模块说明204 课题软件设计274.1 程序流程图274.2 程序清单28结论34致35参考文献36绪 论传统的直流电机一直在电机驱动系统中占据主导地位，但由于其本身固有的机械换向器和电刷导致电机容量有限、噪音大和可靠性不高，因而迫使人们探索低噪音、高效率并且大容量的驱动电机。随着电力电子技术和微控制技术的迅猛发展而成熟起来的直流无刷电机体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大且可靠性高，从而极有希望代替传统的直流电机成为电机驱动系统的主流。近年来，直流电机的结构和控制方式都发生了很大的变化。随着计算机进入控制领域，以与新型的电力电子功率元器件的不断出

11、现，使用全控型的开关功率元件进型脉宽调制（简称PWM）控制方式已成为绝对主流。这种控制方式很容易在单片机控制中实现，从而为直流电动机控制数字化提供了契机。本设计主要研究无刷直流电动机的调速功能，通过MCS-51单片机实现电动机的起动、制动、正/反转换向，加/减速。而且在出错情况下具有自检功能，能对无刷直流电动机在运行过程中的状态进行监视，在出现错误时能与时发出报警信号。1 无刷直流电动机简介1.1 课题的意义与发展状况直流电动机是最早出现的电动机，也是最早出现能调速的电动机。由于它具有良好的调速特性、简单的控制特性、较高的效率、优秀的动态特性，所以被广泛应用在各种驱动装置和伺服系统中。但是，直

12、流电动机采用了电刷和换向器，这阻碍了其发展。机械电刷和换向器因为强迫性接触，使其结构复杂、可靠性差，而且变化的接触电阻、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。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，人们的这一愿望成为了现实，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。这种电机不但保留了直流电机的优势，又有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。无刷直流电动机一出现就以极快的速度发展和普与。总的来说，无刷直流电动机继承了直流电动机起动转矩大、调速性能好的优点，克服了直流电

13、动机需换向器的缺点，在交通工具、家用电器与中小功率工业市场中占据重要的地位。无刷直流电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用前景，而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器等家用电器中也有逐步采用的趋势和前景。可以展望在不久的将来，随着微电子技术的发展，无刷直流电动机逐渐地占有原来异步电动机变频调速的领域1。1.2 无刷直流电动机原理简介1.2.1 无刷直流电动机运行原理电动机部结构分定子和转子两部分。定子是由定子铁心，电枢绕组与其弓|出线，传感元件与其引出线，定子支架，轴等部分组成。定子电枢铁心是由硅钢片冲片叠压而成的，由于电机径向尺寸大，轴向尺寸短，定子铁心一般做成多

14、对极多个槽数，以满足大力矩、低转速的要求。定子绕组的形式和多相的永磁同步电动机类似，它在实现能量转换过程中起着重要的作用。绕组相数多取三相，并采用Y型联接，三相绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件连接，即为三相半控驱动方式。工作原理一般所说的直流电动机是指具有换向器和电刷的直流电动机。在这种电动机中定子侧安装固定主磁极和电刷，转子侧安放电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流与主磁场相互作用产生转矩，带动负载。然而由于电刷和换向器的存在，结果产生了一系列致命的弱点：结构复杂，可靠牲差，故障多，需要维护，维护又困难，寿命短，换向火花形成电磁干扰。

15、无刷直流电动机就是在保留有刷直流电动机的优良性能的基础上，为去除电刷和换向器而研究开发的。由于无刷直流电动机没有电刷和换向器，它的绕组里电流的通、断是通过电子换向电路与功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电磁转矩，就应使电枢电流随磁场位置的变化而变化。为实现这一点，就需要确认磁极与绕组之间的相对位置信息。一般采用位置传感器来完成，由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号，然后去驱动功率器件，控制相应绕组电流的通、断。与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的永久磁钢磁极安放在转子上，而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分，转动部分和电动机本体中转子同轴连接(转动部分通常由电

16、机转子代替)，固定部分与定子相连2。如图1-1所示，在电动机装配过程中，首先调整好位置传感器的三个信号元件(a、b、c)与电机定子三相绕组(AX，BY，CZ)之间的相对位置，使得转子磁场转到定子某相绕组下时，该相绕组才导通，以保证转子磁极下的绕组导体电流方向始终保持一致。图l-1中，当电动机转子N极位于A （a）处，则传感器a元件感应出信号，使功率晶体管V1导通，A相绕组中便有电流通过，设其方向为A（流入)、X（流出），便产生水平向左的定子磁场，与向上的转子磁场相互作用而产生电磁转矩，驱动转子逆时针旋转；当N极旋转至B(b)处，b元件输出信号使晶体管V2导通而其余关断，B相绕组通过电流，同样产

17、生逆时针方向的电磁转矩，当磁极旋转至C(c)处，其动做过程与前两处一样。如此反复循环，电动机即可旋转起来。由于传感器元件安装位置为空间互差120°角度，因此三相绕组轮流通电时间也因为每相120°。因为功率晶体管的导通和截止是通过位置传感器传感信号来控制的，所以传感器的位置和三相绕组位置之间必须有严格的对应，在电极安装对应加以注意。图1-1 直流无刷电动机原理示意图三相定子绕组采用Y型连结，逆变器为两两通电方式，通电后能形成旋转磁动势，在这个磁动势的作用下，转子也会随之旋转，如果使开关管反复按上述规律导通，即可使转子持续旋转下去，且定子磁动势总是超前于转子磁极轴线角度6020

18、度之间。其各相绕组导通示意图如图l-2所示。图1-2 各相绕组导通示意图由上述的分析可见，要使无刷直流电动机正确的换相运行，必须知道图1-2所示的六个转子关键位置，六个转子关键位置即对应着无刷直流电动机的反电动势的过零点后的360(电角度)处。如果是有位置传感器无刷直流电动机，则可以通过传感器来直接获得转子的六个转子关键位置的信息，如果是无位置传感器无刷直流电动机，则需要通过无刷直流电动机的三相定子绕组的反电势直接或间接获得转子的位置信息。1.2.2 无刷直流电动机的结构无刷直流电机部结构的简化示意图如图1-3所示。图1-3 无刷直流电动机部结构简化示意图我们以此来介绍无刷直流电动机部的结构。

19、一台无刷直流电动机由一个永磁转子与多极定子绕组组成。在永磁转子与定子绕组间存在定子绕组所激发的磁场，它对永磁转子产生磁力矩。在简化的电机结构图1-3中，电气角一周就是机械角度一周。在实际的应用中，直流无刷电机有多组定子绕组，相互并行，转子也是多极的。如果有两组这样电路，机械转动一周电角度转动2周，所以双绕组电机中，每次电流交换经历的机械转动角度是30度。下面讨论均用电角度，应注意与机械角度区别4。直流电机具有良好线性机械特性，控制相对简单。无刷直流电动机调速和启动特性好，堵转转矩大，同时它也具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等特点；由于解决了换向问题，它的转矩不再受机械换向的限制。完整

20、的无刷电机系统有电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成。转子位置传感器可分为电磁式(电磁位置变压器)、光电式和磁敏式，电磁式体积较大，得到的是交流高频信号；光电式得到的是直流信号，稳定可靠，信号较弱；磁敏式元件体积小重量轻。磁敏式元件有霍耳元件、磁敏二极管和磁敏电阻等。其中，霍耳元件体积小重量轻，结构原理简单。1.3 驱动电动机原理驱动电路如图1-4所示。控制信号各相信号逻辑分配电路功率放大电路M位置信号处理电路S图1-4 驱动电机示意图驱动控制电路包括：位置信号处理电路，各相信号逻辑分配电路，功率放大电路，保护电路。位置信号处理电路即为位置传感器获得的转子磁极的位置电信号信号逻辑分配

21、电路，是由于位置传感器所产生的信号一般不能直接用于控制功率放大电路，需经过信号逻辑分配电路处理后才能去控制逻辑开关单元。功率放大电路是驱动控制电路的核心，其功能是将电源的功率以一定逻辑关系分配给无刷直流电动机定子上各相绕组。关于保护电路，通常有下列几种，绕组中电流过流保护，总线电流保护，过压保护，欠压保护，过速保护等。在所有无刷直流电动机驱动控制电路中，保护电路基本一样。目前，无刷直流电动机专用集成电路，已将各相信号逻辑分配电路，控制电路，以与保护电路集成在一起，使用起来更方便，体积小，可靠性更高。由工作原理可知，位置传惑器在无刷直流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

22、换相信息。考虑到传感器的体积和性能，通常采用的传感器是磁敏式开关式传感器，目前使用最广泛的是霍尔元件集成电路。霍尔元件是根据霍尔效应制成的，即当有电流通过带有磁场的霍尔元件时，元件会产生霍尔电势，在磁场位置变化时，霍尔电势会完全反映磁场的变化，这样就可起到传感位器的作用，根据转子磁极的位置来产生位置信号。为提高霍尔元件的驱动功率和工作可靠性，通常将霍尔元件与其他集成电路相结合构成一个开关型霍尔集成电路，在不增加电路超载体积的情况下，其输出信号可直接驱动功率晶体管。目前还出现了利用电机定子绕组的反电动势作为转子磁场的位置信号，经数字电路处理，并送给逻辑开关电路去控制电机的换向，由于它省去了位置传

23、感器，使得电动机的结构更加紧凑，近年来的应用日趋广泛。功率开关器件的导通是顺序实现的，由于安装位置传感器增大了电机的体积，同时安装位置传感器的位置精度要求比较高，带来安装的难度：因此人们在研究过程中发现，利用电子线路替代位置传感器检测电机在运行过程中产生的反电势来确定电机转子的位置，实现换向。当无刷直流电动机在运行过程中，总有一相绕组没有导通，此时可以在该相绕组的端口检测到该绕组产生的反电势，该反电势在60度的电角度是连续的，由于电机的规格、制造工艺的差异，导致一样电角度的反电势值是不同，若要通过检测反电势的数值来确定转子的位置，难度极大，因此必须找到该反电势与转子位置的关系，才能确定转子的位

24、置。如图1-5所示，从中可以看出反电势在60度的电角度过程中总有一次经过坐标轴(过零点)，而此点的电角度和下一次换向点的电角度正好相差30度，故可以通过检测反电势过零点，再延时30度换向。图1-5 电机运行时各相产生的反电势示意图2 控制系统硬件方案设计2.1 电动机选择与参数说明本设计选择和利时电机技术的BL系列无刷直流电动机作为控制对象，电机型号为57BLT-1015H1-LS-B。其工作参数为：环境温度为0摄氏度到50摄氏度，环境湿度为小于85%RH，绝缘等级为B级，耐震动/耐冲击为0.5/2.5g。57BLT-1015H1-LS-B电动机的技术参数如表2-1所示。表2-1 电动机技术参

25、数货物编号规格型号额定功率/W额定电压/V额定转速/（r/min）额定功率/(N.m)最大转矩/(N.m)定位转矩/（N.m）额定电流/A最大电流/A极对数5质量/kg06006057BL-1015H1-LS-B100220(AC)15000.641.280.0150.51.051.1型号说明：57：机座号；BL：电机系列，BL表示无刷直流电动机系列；T：结构类型，T代表特殊结构，若无标注，则为正弦波结构；10：电机功率，以10W为单位，10表示10x10=100W；15：电动机额定功率，以100r/m为单位，15表示15x100=1500r/min；H：施加在电动机绕组上的电压等级，H代表直

26、流300V；1：代表位置传感器类型为开关霍尔传感器；L：电动机出线类型，L代表引线，350mm长；S：轴键形式，S代表光轴；B：设计版本，以A、B、C、表示，默认为A版；100：设计序列号，标准方案省略。2.2 驱动器选择与功能说明本课题选择与上述无刷直流电动机配套的驱动器，型号为BL-2203C，如图2-1所示。图2-1 电动机驱动器外形驱动器的特点：（1） 交流220V供电；（2） 输入、输出信号光隔离；（3） 起停与转向控制；（4） 过电流、过电压、过载与堵转保护；（5） 测试信号输出；（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）

27、多挡速度选择。驱动器的性能指标如表2-2所示。表2-2 驱动器的电气性能供电电源单相交流220V（1±15%）V，50Hz，容量为0.8KVA额定功率最大600W（依所配电动机而定）额定转速依所选电动机确定（最大8000r/min）额定转矩依所选电动机确定调速围150r/min而定转速速度变动率（对负载）±2%以下（额定转速）速度表动率（对电压）±1%以下（电源电压±10%，额定转速无负载）速度表动率（对温度）（2040额定转速无负载）绝缘电阻在常温下大于100M欧绝缘强度在常温常压下1KV、1min驱动器面板见图2-2所示。+12 接口电源F/R 正/

28、反转控制器R/S 运行/停止控制器BRK 制动控制端CH1 速度选择1CH2 速度选择2CH3 速度选择3AVI 模拟量调速ALARM 报警信号输出SPEED 转速信号输出COM 接口公共地S+ 信号SA 输入SB 端子SC S- 电动机U线电动机V线电动机W线电源AC1电源AC2保护接地FG调速电位器散热风扇风道图2-2 驱动器面板示意图驱动器端子说明：（1） 功率端子驱动器交流电源输入L、N，接入端子的引线必须使用U形插口。U、V、W端子与电动机相连，务必将驱动器的U、V、W端子分别与电动机的U、V、W对应相连。错误的连接将导致电动机工作异常。连接原则上不超过6m，并与霍尔线分开布线。注意

29、，接入端子的引线必须使用U形插头。驱动器保护地端子FG。驱动器保护地端子与电动机机壳不必连接，为安全起见，请务必将驱动器保护地端子与电动机机壳分别可靠接地。注意，接入端子的引线必须时用U形插头。（2） 霍尔端子（电动机霍尔位置传感器信号端子为S+、S-、SA、SB、SC）务必将驱动器的S+、S-、SA、SB、SC端子分别与电动机霍尔信号输出的S+、S-、SA、SB、SC端子对应连接，错误的连接将导致电动机工作异，甚至损坏驱动器和电动机。电动机霍尔连接线原则上不超过6m，而且应该使用屏蔽线。要尽量与电动机线分开布线，而且远离干扰源。霍尔连接线末接，电动机不运行。注意，S+、S-只作为霍尔元件电源

30、。（3） 信号输入端子+12V-COM。外接电源，外部调速电位器电源端子，负载小于50mA。电动机运行/停止控制R/S。通过控制端子“R/S”相对于“COM”的通断，可以控制电动机的运行、停止。端子“R/S”部以电阻拉到+12V，可以配合无源触点开关使用，也可以配合集电极开路的PLC等控制单元。当“R/S”端子与“COM”端断开时，电视机停止，反之电视机运行。使用运行/停止端控制电动机停止时，电动机为自然停车，其运行规律与电动机负载有关。电动机正/反转控制(F/R)。通过控制端子“F/R”与“COM”的通断，可以控制电动机的运转方向。端子部以电阻上拉到+12V，可以配合无源触点开关使用，也可以

31、配合集电极开路的PLC等控制单元。当“F/R”与端子“COM”不接触时，电动机顺时钟方向运行（面对电机轴），反之则逆时针方向运转。为避免驱动器的损坏，在改变电动机转向时，应先使电动机停止运行后在操作改变转向，避免在电动机运行时进行运转方向控制。快速制动BRK。驱动器可以控制端子BRK-COM的通断来控制直流无刷电动机的迅速停止，制动采用受控制能耗制动方式，相对与R/S的自动停车会快得多，但具体时间受用户系统（尤其是系统惯量）的影响。外部模拟量调速端子AVI,标准产品中调节围为010V，对应03000r/min。多段速度选择端子CH1CH3，由CH1CH3相对COM的状态选择不同的速度。（4）

32、输出端子电动机转速信号输出（SPEED）。驱动器通过端子SPEED-COM为用户输出与电动机转速成比例的脉冲信号。每转脉冲数=6×电动机极对数，SPEED频率（Hz）=每转脉冲数×转速（r/min）÷60。例如，4对电动机，每转24个脉冲，当电动机转速为500r/min时，端子SPEED的输出频率为200Hz。过热保护（ALARM）。由于过载或其他恶劣的条件使驱动器部的温度高于80时，驱动器将自动停止输出，电动机停止运行，ALARM输出低电平信号，驱动器在最末一位显示E，只有将驱动器断电才能解除报警。如驱动器频繁发生过热保护，用户应该改善驱动器外部散热条件。短路保

33、护。由于接线或其他原因导致电动机绕组突然短路时，驱动器检测进入短路保护状态，切除所有输出，并在显示器的最末端显示“E”，ALARM输出低电平信号，只有将驱动器断电才能解除警报。发生此故障，请检测接线是否正确。过压保护。由于快速制动、电网电压波动等原因导致的驱动器那那部出现过电压时，驱动器进入保护状态，驱动器将自动停止输出，电动机停止运行，ALARM输出低电平信号，驱动器在显示器最末端显示“E”，将驱动器断电才能解除报警。（5） 转速显示。驱动器实时测量带电动机的转速并以4位数码管显示，单位为r/min。由于测速的延时，在调速时显示会略滞后。测量的围限制在8000r/min以，超出围可以导致速度

34、显示错误。2.2.1 驱动器调速方式说明该驱动器提供一下三种调速方式：（1） 部电位调速。逆时针旋转驱动器面板上的电位器，电动机转速减小，顺时针旋转则转速增大。由于测速需要响应时间，速度显示会由滞后。用户使用其他两种方式时，必须将电位器设于最小状态。（2） 外部输入调速。将外部电位器的两个固定端分别接于驱动器的“+12V”和“COM”端上，将调节端接于“AVI”上，即可使用外接电位器调速。也可以通过其他控制单元（如PLC、单片机等）输入模拟电平信号到“AVI”端实现调速（相对于COM），“AVI”的接受电压围为直流010V，对应电动机转速为03000r/min。端子接200k到COM端，因此悬

35、空不接将被解释为0输入。端子含有简单的RC滤波电路，因此可以接收PWM信号进行调试控制。（3） 多段速度选择。通过控制驱动器上的CH1CH3三个端子的状态，可以选择部预先设定的几种速度，见表2-3所示。表2-3 端子信号选择表CH3 CH2 CH1转速/（r/min）CH3 CH2 CH1转速/（r/min）0 0 035001 0 015000 0 130001 0 110000 1 025001 1 05000 1 120001 1 10 表2-3中的转速值为参考值，实际转速可能会有偏差，但一般误差小于10r/min。2.2.2 驱动器接线示意图驱动器的典型接线图如图2-3所示，需要注意的

36、是：图2-3 驱动器的典型接线图（1） 因为本驱动器为220V高压输入，为确保安全，在上电之前必须保证接地端子FG可靠地与，任何情况下请不要打开机壳，以避免意外的损伤。（2） 驱动器安装时应保证设备的通风良好，机柜有多个驱动器并列使用时应保证相互之间的距离不小于10cm。（3） 机箱应考虑通风散热，避免密闭式环境而影响散热，同时也要避免灰尘和杂质对驱动器的影响。驱动器采用风道竖直的立式安装将有利于散热。3 控制电路设计3.1 芯片说明本电路使用到的芯片有AT89S52、74HC164、SN74-LS160和SN74LS164，将各芯片进行简单介绍。（1） AT89S52是一种低功耗、高性能CO

37、MS8位微控制器，具有8KB系统部可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash存储器允许存储器ISP可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，用有灵巧的8位CPU和可ISP编程的Flash存储器，使得AT89S52为众多嵌入式应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52芯片DIP和PLCC两种封装形式分别如图3-1和3-2所示。图3-1 AT89S52芯片DIP形式图3-2 AT89S52芯片PLCC封装形式AT89S52具有以下标准功能：8KBFlash存储器，256字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时

38、器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片晶振与时针电路。另外，AT89S52可降至0Hz静态逻辑操作，支持两种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作；掉电保护模式下，RAM容被保护，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。（2） 74HC14，这是一种反相器芯片，其引脚如图3-3所示。图3-3 74HC14芯片DIP形式其引脚说明如下：VCC为电源端，GND为接地端，A1A6为输入端，Y1Y6为反向输出端（Y1是A1的输出，其余引脚以此类推）。（3） SN74LS160，

39、这是十进制加法计数器，其DIP引脚如图3-4所示。图3-4 SN74LS160芯片DIP引脚排列其引脚说明如下：TC为进位输出端，CEP为计数器控制端，Q0Q3为输出端，CET为计数控制端，CP为时钟控制端（上升沿有效），为异步清除输入端（低电平有效），为同步并行置入控制器（低电平有效）。SN74LS160芯片功能如表3-1所示。表3-1 SN74LS160芯片功能MRPECETCEP时针上升沿动作0XXX复位10XXPnQn1111加法计数110X锁存11X0锁存（4） 74LS164,这是一个8位移位寄存器（串行输入，并行输出），其DIP引脚如图3-5所示。图3-5 74LS164芯片DI

40、P引脚其引脚说明如下：CLOCK为时针输入端，CLEAR为同步清除输入端（低电平有效），A和B为串行数据输入端，QAQH为并行数据输出端,其真值表如表3-2所示。表3-2 74LS164真值表输入输出CLEARCLOCKABQA QB QH0XXX0 0 010XXQA0 QB0 QH01111 QAn QGn10X0 QAn QGn1X00 QAn QGnX代表任意电平，代表从低电平到高电平跳变，QA0 QB0 QH0代表规定的稳态条件建立前的电平，QAn QGn代表时钟最近的由低电平到高电平跳变前的电平。3.2 整体电路整体电路如图3-6和3-7所示。图3-6 整体电路图图3-7 整体电路

41、图3.3 电路模块说明（1） 电路复位模块，该模块可以实现电路上电复位和手动复位，其电路如图3-8所示。注意，复位信号有74HC14的输出端接AT89S52的引脚9。图3-8 电路复位模块电路（2） 按键控制模块，单片机的P0.0P0.5作为按键输入，以启动相应程序，并由LED灯显示按键状态，其电路如图3-9和3-10所示。图3-9 按键电路图图3-10 显示按键状态电路图“启动”按键S2接P0.0,0表示 按下，灯DS0亮；“反转”按键S3接P0.1，0表示按下，灯DS1亮；“急停”按键S4接P0.2,0表示按下，灯DS2两；“加速”按键S5接P0.3，0表示按下，灯DS3亮；“减速”按键S

42、6接P0.4，灯DS4亮；“停止”按键S7接P0.5，0表示按下，灯DS5亮。（3） 功能模块，其电路如图3-11所示。图3-11 功能模块电路单片机引脚P0.6、P0.7、P2.0P2.3通过双排8针插槽P2与电动机驱动器相应短暂，以控制电动机的状态并设定电动机的转速，实现预期的功能，LED灯显示驱动器端子输入状态。电路中设计了LED灯来显示驱动器端子等输入状态，如图3-12所示。图3-12 驱动器端子输入状态显示电路电路接线说明:P0.6通过P2插槽接电动机驱动器R/S端，输出1表示与COM端断开，电动机停转；输出0表示与COM端连接，电动机转动，此时灯DS6亮。P0.7通过P2插槽接电动

43、机驱动器F/R端，输出1表示与COM端断开，电动机正转；输出0表示与COM端连接，电动机反转，此时灯DS7亮。P2.3通过P2插槽接电动机驱动器BRK端，输出1表示与COM端断开，电动机不急停；输出0表示与COM端连接，电动机急停，此时灯DS8亮。P2.0通过P2插槽接电动机驱动器CH1端。P2.1通过P2插槽接电动机驱动器CH2端。P2.2通过P2插槽接电动机驱动器CH3端。P2插槽通过双排插槽接电动机驱动器CH3端。、（4） 电动机判停模块，单片机引脚P2.4P2.6、P3.0P3.3与十进制计数器相连，电动机驱动器的SPEED端子作为计数器的CLK信号输入。单片机通过对计数器置数并检测进

44、位引脚TC是否输出进位信号来判断SPEED端子是否输出脉冲，即电动机是否停转。若电动机停转，则SPEED端子不输出脉冲，计数器也无进位输出。其电路如图3-13所示。图3-13 电动机判停模块电路接线说明：P2.4接计数器CLK端，P2.5接计数器TC端（用于判断电动机是否停转），P2.6接计数器端，P3.0接计数器P0端，P3.1接计数器P1端，P3.2接计数器P2端，P3.3接计数器P3端。（5） ISP下载模块，本电路可以实现使用ISP下载线来完成程序向单片机FLASH的写入，当电路为ISP下载模式时，单片机31引脚（/VPP）必须接高电平。通过以下通道，单片机可以实现程序的写入：相应下载

45、软件计算机并口DB25ISP下载线双排八针插槽P1单片机芯片（AT89S52）,其电路如图3-14所示。注意：双排8针插槽P1的不用接线；P1槽为双排8针插槽，通过ISP下载线与计算图3-14 ISP下载模块电路机并口DB25相连；S为开关，当S闭合时，电路为ISP下载模式。 （6） 速度显示模块，其电路如图3-15和图3-16所示。图3-15 显示模块电路图3-16 显示模块电路此模块用来显示设定的速度。本课题选择方式0作为串口工作方式，串行数据从单片机RXD引脚输出，在SN74LS164中转为并行，输出八段数码管，同时并行数据由SN74LS164的QA引脚转为串行输出，作为下一级SN74L

46、S164的输入，以此类推。单片机的TXD引脚输出移位脉冲。当单片机复位时，显示模块也同时复位。4 课题软件设计开始按键S2按下？按键S3按下？按键S4按下？按键S5按下？按键S6按下？按键S7按下？启动程序反转程序加速程序急停程序减速程序停止程序NNNNNNYYYYYY4.1 程序流程图程序流程图如图4-1所示：图4-1 主程序流程图4.2 程序清单org 00hajmp startorg 30h/检测键盘状态的程序/START:mov p0,#0ffh ；置P0为输入口，将P0口置为1，用于检查按键是否按下jnb p0.0,QIDONG ；按键S2按下，P0.0为0，进入启动（正转）程序jn

47、b p0.1,FANZHUAN ；按键S3按下，P0.1为0，进入反转程序jnb p0.2,JITING ；按键S4按下，P0.2为0，进入急停程序jnb p0.3,JIASU ；按键S5按下，P0.3为0，进入加速程序jnb p0.4,JIANSU ；按键S6按下，P0.4为0，进入减速程序JNB P0.5,TINGZHI ；按键S7按下，P0.5为0，进入停止程序ajmp START/启动程序，默认为顺时针转动，转速为2000r/min/QIDONG:LCALL YANSHI ；调用延时子程序，以软件消除按键抖动JNB P0.0,QILJMP START ；软件消抖后，若P0.0为1，则认

48、为按键未按下，回到检测按键状态程序QI:Clr p0.6 ；P0.6接电动机R/S端，将其清零表示电动机可以运行setb p0.7 ；P0.7接F/R端，为1，则与COM端断开，电动机正转mov p2,#0BH ；P2.0接CH2,P2.2接CH3，将速度设定为2000r/minlcall XIANSHI ；显示设定速度LJMP START ；执行完成启动程序后，回到检测按键状态程序/反转程序，也即逆时针转动/FANZHUAN:LCALL YANSHI ；调用延时子程序，以软件消除按键抖动JNB P0.1,FAN LJMP START ；软件消抖后，若P0.0为1，则认为按键未按下，回到检测按

49、键状态程序FAN:Clr p2.3 ；接通BRK，使电动机急停lcall PANTING ；调用判停程序，能从判停程序中返回，说明电动机以停setb p2.3 ；断开BRK端，解除急停状态clr p0.7 ；接通F/R端，使电动机逆时针转动lcall XIANSHI ；显示设定速度LJMP START ；执行完启动程序后，回到检测按键状态程序/急停程序/JITING:LCALL YANSHI ；调用延时子程序，以软件消除按键抖动JNB P0.2,JILJMP START ；软件消抖后，若P0.0为1，则认为按键未按下，回到检测按键状态程序JI:clr p2.3 ；接通BRK，使电动机急停lca

50、ll PANTING ；调用判停程序，若能从中返回，说明电动机已停LJMP START ；执行完启动程序后，回到检测按键状态程序/加速程序，没按一次，加速500r/min/JIASU：LCALL YANSHI ；调用延时子程序，以软件消除按键抖动JNB P0.3，JIALJMP START ；软件消抖后，若P0.0为1，则认为按键未按下，回到检测按键状态程序JIA：mov a,p2 ；将P2的值复制到累加器a中anl a,#07h ；取ch3ch2ch1的值，并放到累加器a中jz START ；若a中值为0，。则速度已达最大，不再加速，回到检测按键状态程序mov r0,p2dec r0mov

51、p2,r0 ；加速500r/minlcall XINSHI ；显示设定的速度LJMP START ；执行完成动程序后，回到检测按键状态程序/减速程序，每按一次键，减速500r/min/JIASU:LCALL YANSHI ；调用延时子程序，以软件消除按键抖动JNB P0.4,JIANLJMP START ；软件消除抖动后，若P0.0为1，则认为按键未按下，回到检测按键状态程序JIAN:mov a,p2anl a,#07h ；取ch3ch2ch1的值cjne a,#07h,JS ；若a中值为07h，则速度已为0ljmp START ；若速度为0，则程序回到开始程序，不再减速，以防出错JS:mov a,p2inc amov p2,a ；减速500r/minlcall XIANSHI ；显示设定的速度ljmp START ；执行完成动程序后