单片机系统应用实例

1、第第10章章 系统应用实例系统应用实例n10.1 步进电机控制系统步进电机控制系统n10.2 红外线感应自动门控制系统红外线感应自动门控制系统n10.3 通用多点温度控制系统通用多点温度控制系统10.1 步进电机控制系统步进电机控制系统n10.1.1 步进电机控制原理步进电机控制原理n10.1.2 步进电机控制程序设计步进电机控制程序设计n10.1.3 步进电机变速控制步进电机变速控制返回本章首页+27VMLAMLBMLC1K1 5K1 5K1 5K1K1K74068031P1.0P1.1P1.2P2.3P2.0D7D0Q7Q0A11A8A7A0D7D0D7D02732CE OEGOEA LE

2、PSEN图10-1 单片机控制三相步进电机原理图10.1.1 步进电机控制原理步进电机控制原理n三相步进电机的通电方式有：三相步进电机的通电方式有：（1）三相三拍通电方式：）三相三拍通电方式： ABCA。（2）三相双三拍通电方式：三相双三拍通电方式：ABBCCAAB。（3）三相六拍通电方式：三相六拍通电方式： AABBBCCCA。n按以上顺序通电，步进电机正转。按以上顺序通电，步进电机正转。n要使电机反转，将上述步进电机各相绕组的通电要使电机反转，将上述步进电机各相绕组的通电相序反过来即可。相序反过来即可。n如三相三拍反转的通电方式为：如三相三拍反转的通电方式为：ACB A。节 拍通电顺序控制

3、模型正转反转二进制十六进制16A000000010125AB000000110334B000000100243BC000001100652C000001000461CA0000010105表10-1 三相六拍步进电机控制模型返回本节10.1.2 步进电机控制程序设计步进电机控制程序设计n步进电机控制的任务就是：步进电机控制的任务就是：判断旋转方向判断旋转方向按顺序送出控制脉冲按顺序送出控制脉冲判断脉冲是否送完判断脉冲是否送完n正反转控制模型数据的存放单元见表正反转控制模型数据的存放单元见表10-2和表和表10-3，其中，其中26H和和2DH中存放模型结束标志，程中存放模型结束标志，程序流程如图

4、序流程如图10-2所示。所示。表10-2 正转控制模型数据内存字节地址20H21H22H23H24H25H26H控制模型数据01H03H02H06H04H05H00H表10-3 反转控制模型数据内存字节地址27H28H29H2AH2BH2CH2DH控制模型数据01H05H04H06H02H03H00HY置反转模型地址恢复模型首址保护现场设步长计数器置正转模型地址输出控制模型返回恢复现场是数据结束?步数为0?YYNNN转向标志为1?图10-2 程序延时控制程序流程图 返回本节10.1.3 步进电机变速控制步进电机变速控制步长fcfL1L2L3图10-3 变速控制过程设频率阶梯计数器设阶梯步长计数

5、器设置定时器转向标志为1?CPU开中断CPU关中断结束频率阶梯为0?主程序设置正转模型地址YN设T0初值地址指针设置反转模型地址YNT0初值地址更新恢复模型首址保护现场输出控制模型模型地址增1赋升频T0初值恢复现场模型结束?频率阶梯为0?阶梯步长为0?阶梯步长赋值中断服务程序是升频?返回赋降频T0初值YYYNNNNY图10-4 变频控制程序流程图n编写变频控制程序作如下说明：编写变频控制程序作如下说明：（1）利用定时器）利用定时器T0延时，其初值存放在延时，其初值存放在EPROM的的同一页中。降频是升频的逆过程。同一页中。降频是升频的逆过程。（2）步进电机控制模型数据及存放地址（如表）步进电机

6、控制模型数据及存放地址（如表10-210-5所示）。所示）。（3）在升、降频过程中，考虑步进电机惯性，要）在升、降频过程中，考虑步进电机惯性，要求每改变一次频率，需持续运行一定步数，称频求每改变一次频率，需持续运行一定步数，称频率阶梯步长。率阶梯步长。 表10-4 标志位定义表 表10-5 初值分配表位地址标志内容字节地址存储内容70H运行方式：0代表恒速，1代表变速1AH频率阶梯步长计数器R2的值71H变速方式：0代表降速，1代表升速1BH频率阶梯计数器R3的值72H恒速转向：0代表正转，1代表反转1CH恒速段步长低8位73H升速转向：0代表正转，1代表反转1DH恒速段步长高8位74H降速转

7、向：0代表正转，1代表反转1EH恒速段T0初值低8位75H程序结束标志：02代表程序结束1FH恒速段T0初值高8位返回本节10.2 红外线感应自动门控制系统红外线感应自动门控制系统n10.2.1 系统硬件电路系统硬件电路n10.2.2 红外线传感器集成芯片介绍红外线传感器集成芯片介绍n10.2.3 系统软件结构系统软件结构返回本章首页10.2.1 系统硬件电路系统硬件电路n系统控制电路如图系统控制电路如图10-5所示。用所示。用MCS-51系列单片系列单片机与完全兼容的机与完全兼容的AT89C51作主控芯片，经扩展和接作主控芯片，经扩展和接口电路构成控制系统。口电路构成控制系统。n红外线传感器

8、能以非接触形式检测人体中辐射出红外线传感器能以非接触形式检测人体中辐射出的红外线能量变化，并将此变化转变为电压信号的红外线能量变化，并将此变化转变为电压信号输出。输出。n系统有自动和手动两种功能。电机选用单相交流系统有自动和手动两种功能。电机选用单相交流电机，由三个控制信号电机，由三个控制信号P3.0、P3.1、P3.4来控制其正来控制其正、反转和速度变换。、反转和速度变换。 BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u电压检测模块电机温度检测 P3.3/INT1手动/自动切换手动关按钮 P3.4P3.02.2uDSG红外传感器+5VGND3.3K1031034

9、70u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程开关2行程开关3手动开按钮光电隔离电机正转继电器J1电机过热报警转速检测模块A/D转换蜂鸣报警行程开关4行程开关1电压过高报警速度异常报警速度变换继电器J3电机反转继电器J2ADC0809EOCP1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K6LEDAT89C51VCC图10-5 红外线自动门控制系统原理图返回本节10.2.2 红外线传感器集成芯片介绍

10、红外线传感器集成芯片介绍n红外线传感器集成芯片红外线传感器集成芯片BISS0001特点（如图特点（如图10-6、10-7所示）：所示）：（1）用）用CMOS工艺，功耗低。工艺，功耗低。（2）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。种传感器匹配。（3）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。（4）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范）内设延时和封锁定时器，性能稳定，调节范围宽。围宽。（5）内置参考电源。）内置参考电源。（6）工作电压范围宽（）工作电压范围宽（3V5V）。）。BISS00011234567891011121

11、3141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT图10-6 BISS0001芯片引脚图+OP1+OP2+COP1+COP2+COP3状态控制器参考电源封锁时间定时延迟时间定时51141598161213321071164A1IN-1OUT2IN2OUTVcVRF/RESET1IN+VHVLVMVRVLVHVMVRVDDVSSIBV0 VRR1RR1RR2R2C2RC2C1RC1U2U1VsRESET图10-7 BISS0001芯片内部电路原理图返回本节10.2.3 系统软件结构系统软件结构n整个系统软件主要由主程序、中断

12、服务程序、门整个系统软件主要由主程序、中断服务程序、门开启和关闭子程序、各种故障处理及报警子程序开启和关闭子程序、各种故障处理及报警子程序组成。组成。n主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置、主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置、手动与自动切换等功能。手动与自动切换等功能。n中断服务程序包括两个外部中断和两个定时器中中断服务程序包括两个外部中断和两个定时器中断（如图断（如图10-810-12所示）。所示）。 启动下一通道通道号加指向0809地址转换结束否?采样结束否?数据存放数据指针加开T1中断中断返回YNN关T1中断开 始是否手动方式?定时器T0、T1设置开定时器中断优先级设置开中断关

13、外部中断1开定时器T0开外部中断1系统是否有故障?系统终止YNYNY 图10-8 系统主程序流程图 图10-9 T1中断服务程序流程图延时10s加速停机开中断减速关门有人否?有人否?加速否?有人否?减速否?停机否?系统是否有故障?系统是否有故障?开门子程序中断返回Y关外部中断NYYNNNYYNYNNYYN 图10-10 外部中断服务程序流程图门状态检测电机加速电机减速电机停止加速?减速?停止?返 回YNNYNY开 门图10-11 开门子程序流程图返回本节10.3 通用多点温度控制系统通用多点温度控制系统n10.3.1 系统网络结构系统网络结构n10.3.2 通信协议通信协议n10.3.3 硬件

14、电路硬件电路n10.3.4 软件设计软件设计返回本章首页10.3.1 系统网络结构系统网络结构RS-485接口从机0#主机RS-485接口RS-485接口从机1#RS-485接口从机n#图10-13 系统结构图返回本节10.3.2 通信协议通信协议n1通信过程通信过程（1）写指令）写指令单片机发指令单片机发指令从机接收指令从机接收指令等待等待反馈反馈接收信息接收信息 （2）读指令）读指令主机发指令主机发指令从机接收指令从机接收指令等待等待从机取从机取出参数给主机出参数给主机等待等待主机反馈接收信息主机反馈接收信息n2通信设定通信设定（1）从机站号）从机站号 （2）通信速率）通信速率（3）通信再

15、试次数）通信再试次数（4）校验方式）校验方式n3数据格式数据格式l l 主机到从机的通信数据格式主机到从机的通信数据格式 数据写入的格式有两种，数据写入指的是主单数据写入的格式有两种，数据写入指的是主单片机对从单片机的发送指令。片机对从单片机的发送指令。从机号指令代码校验和从机号指令代码指令参数校验和n格式A（读指令）n格式B（写指令）l l 从机到主机的数据格式从机到主机的数据格式 不论主机发送的指令是何种格式，从机收到主不论主机发送的指令是何种格式，从机收到主机指令后都要向主机发回确认信息。机指令后都要向主机发回确认信息。从机号YES/NO返回数据校验和从机号YES/NO校验和n格式An格

16、式B返回本节10.3.3 硬件电路硬件电路nAT89C52单片机具有单片机具有MCS-51内核，指令系统与内核，指令系统与MCS-51单片机单片机100%兼容，片内有兼容，片内有 8K Flash EPROM，256字节字节RAM，6个中断源，一个串行口，最高个中断源，一个串行口，最高工作频率可达工作频率可达24M，完全可满足本系统的需要。完全可满足本系统的需要。n主机管理各从机，负责系统的各温度测控点数据主机管理各从机，负责系统的各温度测控点数据的收集与处理。从机负责现场数据的采集以及现的收集与处理。从机负责现场数据的采集以及现场温度的控制。场温度的控制。n系统的主从机硬件结构原理图分别见图

17、系统的主从机硬件结构原理图分别见图10-14和图和图10-15所示。所示。返回本节10.3.4 软件设计软件设计1主机软件设计主机软件设计n根据系统从机数量以及对温度控制响应实时性的根据系统从机数量以及对温度控制响应实时性的要求，采取不同的时间间隔扫描各从机，读取各要求，采取不同的时间间隔扫描各从机，读取各温度测控点的温度信息或发送控制指令。温度测控点的温度信息或发送控制指令。n主机系统软件设计主要包括键处理模块、显示管主机系统软件设计主要包括键处理模块、显示管理模块、通信读数据模块、通信写指令模块、故理模块、通信读数据模块、通信写指令模块、故障处理模块等。障处理模块等。2从机软件设计从机软件

18、设计n从机主要接收主机指令，完成主机规定的温度控从机主要接收主机指令，完成主机规定的温度控制及相关操作。制及相关操作。n从机也配有键盘，允许用户现场控制温度。从机也配有键盘，允许用户现场控制温度。n从机软件设计也包括键处理模块、温度数据采集从机软件设计也包括键处理模块、温度数据采集（A/D）模块、显示模块、通信模块、输出管理模模块、显示模块、通信模块、输出管理模块、故障处理模块。块、故障处理模块。通讯正常？Y开始T20msFlag=1？N产生故障消息T20msFlag=0;系统初始化联络各从机T20ms=？键处理模块显示模块通讯管理模块故障处理模块T20ms=0T20ms=2T20ms=3T20ms=1YN图10-16 主机主程序流程图返回本节n以下是利用以下是利用TLC0832型型A/D转换器进行数据采集转换器进行数据采集的子程序。的子程序。TLC0832引脚图及用法见从机系统引脚图及用法见从机系统图图10-15。该型号。该型号A/D转换器是转换器是TI公司近年推出公司近年推出的新型两通道的新型两通道8位逐次逼近型转换器，允许差分位逐次逼近型转换器，允许差分输入方式工作。利用单片机的输入方式工作。利用单片机