遥控电机毕业设计论文

1、目录摘要1第一章 绪论2第二章 系统的硬件设计32.1 硬件设计方案32.2 AT89C51单片机32.2.1 简介32.2.2 主要特性42.2.5 芯片擦除82.3红外线遥控92.3.1 红外线遥控简介92.3.2 控制原理92.4直流电机122.4.1 直流电机的定义122.4.2 直流电机的分类122.4.3 直流电机控制原理14第三章 系统软件设计163.1 系统软件设计流程图及程序163.1.1 系统流程图163.2 系统主程序173.2.1 初始化程序173.2.2 按键设计173.2.3 直流电动机正转173.2.4 直流电动机反转183.2.5 延时程序193.3 系统调试1

2、93.3.1 软件调试193.3.2 硬件调试20结 束 语21参考文献22附录123附录224摘要红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，是目前使用广泛的一种近距离无线通信和遥控方式。为了满足工农业生产中对电机转速实时测控要求，本文进行红外遥控电机转向系统的设计研究，详细地分析了各功能模块的硬件电路的设计和相关软件程序的编写本设计主要包括红外线信号的收发、LED指示灯、直流电动机转向控制等几个重要功能模块。首先通过对红外线遥控工作原理的分析，提出基于单片机AT89C51进行编码、译码，设计了红外遥控电路，编写了红外发射和接收程序；在直流电动机的转向控制方面，本设计采用对直流电

3、动机正负极高低电平的控制来实现电动机的转向控制；通过红外线遥控装置还可控制直流电机启动与停止。本设计采用单片机组成红外遥控电机转向系统，结构简单，功能强，运行可靠，可对电机转向进行良好控制。关键字 AT89C51单片机；直流电动机；LED；红外线遥控装置第一章 绪论红外线遥控是目前使用广泛的一种通信和遥控手段，它不影响周边环境、不干扰其它电器设备；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于红外线遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空调机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外

4、线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。单片机以其功能强、体积小、可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为在实时检测和自动控制领域中广泛应用的器件，更是工业生产中必不可少的器件，尤其是在日常生活中发挥的作用也越来越大。而在电气时代的今天，电机在工农业生产、人们日常生活中亦起着十分重要的作用。直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。与交流电机相比，直流电机结构复杂，成本高，运行维护困难。但是直流电机具有良好的调速性能、较大的起动转矩和过载能力强等许多优点，因此在许多行业中仍有应用。近年来，直流电机的结构和控制方式都

5、发生了很大的变化。第二章 系统的硬件设计2.1 硬件设计方案单片机指示灯遥控电路复位电路晶振直流电机驱动电路图2-1 硬件电路图设计方案本设计采用红外线遥控装置通过AT89C51单片机来实现对直流电动机的转向控制。如图2-1所示：2.2 AT89C51单片机 简介AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100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

6、位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C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。图2-2 AT89C51与AT89C20512.2.2 主要特性·与MCS-51 兼容 ·4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环 数据保留时间：10年·三级程序存储器锁定·128*8位内部RAM·32位可编程I/O线·两个16位定时器/计数器·5个中断源 ·可编程串行通道·低功耗的闲置和掉电模式·

7、片内振荡器和时钟电路 管脚说明VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位

8、地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入

9、“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如表2-1。P3引脚兼用功能P3.0串行通讯输入（RXD）P3.1串行通讯输出（TXD）P3.2外部中断0（ INT0）P3.3外部中断1（INT1）P3.4定时器0输入(T0)P3.5定时器1输入(T1)P3.6外部数据存储器写选通WRP3.7外部数据存储器写选通RD表2-1 P3口特殊功能 复位RST在振荡器运行时，有两个机器周期（24个振荡周期）以上的高电平出现在此引脚时，将使单片机复位，只要这个脚保持高电平，51芯片便

10、循环复位。复位后P0P3口均置1引脚表现为高电平，程序计数器和特殊功能寄存器SFR全部清零。当复位脚由高电平变为低电平时，芯片为ROM的0000H处开始运行程序。常用的复位电路如图2-3所示。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的图2-3 复位电路频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MO

11、VX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电

12、路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。 外接晶振电路图2-5 晶振的方式Pin19:时钟XTAL1脚， Pin18:时钟XTAL2脚：XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。型号同样为AT89C51的芯片，在其后面还有频率编号，有12,16,20,24MHz可选。大家在购买和选用时要注意了。如AT89C51 24PC就是最高振荡频率为24MHz,40P

13、6封装的普通商用芯片。2.2.5 芯片擦除整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。 2.3红外线遥控 红外线遥控简介红外线遥控是目前使用最广泛的一种通信和遥控手段。由于红外线

14、遥控装置具有体积小、功耗低、功能强、成本低等特点，因而，继彩电、录像机之后，在录音机、音响设备、空凋机以及玩具等其它小型电器装置上也纷纷采用红外线遥控。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。 人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.620.76m；紫光的波长范围为0.380.46m。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.761.5m之间的近红外线来传送控制信号的。 控制原理很多电器都采用红外遥控,那么红外遥控的工作原

15、理是什么呢?常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管，由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。 目前大量使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样：用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉距法来粗略判定。接收部分的红外接收管是一种

16、光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用PC1373H、CX20106A等红外接收专用放大电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号

17、不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz，这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷1237.9 kHz38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境、不干扰其它电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定

18、电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。多路控制的红外遥控系统多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应地在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电平、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端

19、“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。 “数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不

20、同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。2.4直流电机2.4.1 直流电机的定义图2-6 直流电机模型定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。2.4.2 直流

21、电机的分类按结果主要分为直流电动机和直流发电机。按类型主要分为直流有刷电机和直流无刷电机。直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。根据励磁方式的不同，直流电机可分为下列几种类型。 1他励直流电机励磁绕组与电枢绕组无联接关系，而由其他直流电源对励磁绕组供电的直流电机称为他励直流电机，接线如图（a）所示。图中M表示电动机，若为发电机，则用G表示。永磁直流电机也可看作他励直流电机。2并励直流电机并励直流电机的励磁绕组与电枢绕组相并联，接线如图（b）所示。作为并励发电机来说，是电机本身发出来的端电压为励磁绕组供电；作为并励电动机来说，励磁绕组与电枢共用同一电源，从性

22、能上讲与他励直流电动机相同。3串励直流电机串励直流电机的励磁绕组与电枢绕组串联后，再接于直流电源，接线如图（c）所示。这种直流电机的励磁电流就是电枢电流。4复励直流电机复励直流电机有并励和串励两个励磁绕组，接线如图（d）所示。若串励绕组产生的磁通势与并励绕组产生的磁通势方向相同称为积复励。若两个磁通势方向相反，则称为差复励。不同励磁方式的直流电机有着不同的特性。一般情况直流电动机的主要励磁方式是并励式、串励式和复励式，直流发电机的主要励磁方式是他励式、并励式和和复励式。 图2-7 绕组接线2.4.3 直流电机控制原理 导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩

23、，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。 当电枢转了180°后，导体 cd转到 N极下，导体ab转到S极下时，由于直流电源供给的电流方向不变，仍从电刷 A流入，经导体cd 、ab 后，从电刷B流出。这时导体cd 受力方向变为从右向左，导体ab 受力方向是从左向右，产生的电磁转矩的方向仍为逆时针方向，如图2-8所示。 图2-8 直流电动机原理模型因此，电枢一经转动，由于换向器配合电刷对电流的换向作用，直流电流交替地由导体 ab和cd

24、 流入，使线圈边只要处于N 极下，其中通过电流的方向总是由电刷A流入的方向，而在S 极下时，总是从电刷 B流出的方向。这就保证了每个极下线圈边中的电流始终是一个方向，从而形成一种方向不变的转矩，使电动机能连续地旋转。这就是直流电动机的工作原理。第三章 系统软件设计3.1 系统软件设计流程图及程序开始初始化P2.0是否为低电平指示灯点亮P2.0是否为低电平NY电机正转P3.2是否为低电平NYYP3.3是否为低电平P2.0是否为低电平返回开始NP3.3是否为低电平YNN电机反转YP3.2是否为低电平P2.0是否为低电平返回开始NYYNY图3-1 系统流程图 系统流程图3.2 系统主程序 初始化程序

25、程序中将P0.0、P0.1、P0.2、P1.0、P1.1口赋初值，程序初始化：ORG 30HSTART:SETB P0.0 /P0.0置1 SETB P0.1 /P0.1置1 SETB P0.2 /P0.2置1 SETB P1.0 /P1.0置1 SETB P1.1 /P1.1置1 按键设计按键弹起程序继续往下执行：JNB P2.0,L1 /判断P2.0是否为低电平 AJMP START /跳转到开始L1: CALL DELAY /调用延时 JNB P2.0,L1 AJMP LED1 /跳转到LED1 直流电动机正转 直流电动机正转：P1.0置1，P1.1清0，在直流电动机正转的同时P0.1口

26、上的指示灯闪烁：ZZ: JNB P2.0,L2 JNB P3.3,L4 SETB P1.0 /P1.0置1CLR P1.1 /P1.1清0CLR P0.1 /CALL DELAY 指示灯闪烁CPL P0.1 CALL DELAY /AJMP ZZ 直流电动机反转直流电动机反转：P1.0清0，P1.1置1，在直流电动机正转的同时P0.2口上的指示灯闪烁：FZ: JNB P2.0,L2 JNB P3.2,L3 SETB P1.1 /P1.1置1CLR P1.0 /P1.0清0CLR P0.2 /CALL DELAY 指示灯闪烁CPL P0.2 CALL DELAY /AJMP FZ 延时程序本次设

27、计采用的0.5秒的延时，50*20*250*2（机器周期）*1us(1个机器周期的时间)=500000us：DELAY:MOV R5,#50LOOP2:MOV R6,#20LOOP3:MOV R7,#250 DJNZ R7,$DJNZ R6,LOOP3DJNZ R5,LOOP2RETEND3.3 系统调试单片机硬件和软件调试的工具分别为: protues 和Keil C51调试软件。 软件调试单片机软件调试主要是调试本次课程设计的主程序。其调试过程如下：1）新建一个工程。单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选New Project。2）然后选择你要保存的路径，输入工程文件的名字，保存。3

28、）新建一个工程后弹出一个对话框，根据你的需要选择你使用的单片机型号。然后点击确定。4）单击“File”，选择“New”，新建文件并在其中输入程序代码，然后保存为*.ASM文件。5）回到编辑界面后，单击“Target 1”前面的“+”号，然后在“Source Group 1”单击右键选择“Add File To Group Source Group 1”,选中Test.ASM文件。6）单击“Project”菜单，选中“Built Target”，完成程序的编译，在工程文件夹中找到*.hex文件即可。 硬件调试单片机硬件调试是检测在设计电路时，电路中存在的一些缺陷，故硬件调试是必不可少的，其步骤大

29、致如下：1）打开软件Protues，将设计好的单片机硬件电路打开。2）在确定电路已经连接完成后，双击AT89C51单片机加入*.hex文件。3)单击软件最左下方的Play按钮。若无异常，当按下某一按键时，能完成以下功能时，则表示设计调试通过。1）当按下开关KEY1时，指示灯1点亮，表示打开电源。2）当按下开关KEY2时，直流电动机正转，指示灯2闪烁。3）当按下开关KEY3时，直流电动机反转，指示灯3闪烁。4）当按下复位开关时，系统恢复到最初状态。结 束 语使用红外线遥控装置通过单片机以软件方式驱动直流电机，不但可以通过编程方法，设定步进电机的转向，而且还可以在一定范围内遥控直流电机的运行状态，以满足用户的需求。工业设备中，在高压、辐射、有毒气体、粉尘等环境下，采用红外线遥控不仅完全可靠而且能有效地隔离电气干扰。直流电机控制使用软件方法，即用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。 在这次单片机设计中使我对步进机有了更深的了解，对单片机也有了更高成次的了解，单片机的种类多，而型号杂，也是我们学习中的困难，所以就MCS51系列的产品来说，就是一个典型的学习方法。单片机编程是用汇编语言进行编程，也就需要我们对电路的分析，然后总结，查阅相关资料才能变成好的程序，编程讲究的是多动手写，自己写，用自己的思路，不怕写错，写错再改，懂得有新的思想这样才能提高。