单片机课程设计-用DAC0808设计直流电动机调速器-单片机89C51-Keil-Proteus

1、1 引言随着微电子技术的不断进展与进步，微处理器芯片的集成程度越来越高，单片机已 可以在一块芯片上同时集成 CPU、存储器、定时器/计数电路，这就很简洁将计算机技术 与测量把握技术结合，组成智能化测量把握系统。在现代工业中，直流电动机作为电能转换的传动装置，被广泛应用于机械、冶金、 石油、化工、国防等工业部门中。直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。因 其良好的调速性能而在电力拖动中得到广泛应用。随着对生产工艺、产品质量的要求不 断提高和产量的增长， 越来越多的生产机械要求能实现自动调速。直流调速系统的进展 得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动把握技术和微机 应

2、用技术的最进展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。 其中电机的把握局部已经山模拟把握渐渐让位于以单片机为主的微处理器把握，形成数 字与模拟的混合把握系统和纯数字把握系统，并向全数字把握方向快速进展。本文设汁了用 DAC0808 设计直流电动机调速器的根本方案，阐述了该调速器系统的 根本构造、工作原理、运行特性及其设计方法。本系统用电压表测量直流电动机的转速， 用 MCS-51 单片机输岀数字信号通过 DACO808 芯片实现数模转换，从而输出模拟电压来控 制调整直流电动机的转速。本设计主要争辩利用单片机及 DAC0808 实现数模转换调速, 直流电机的把握和测量方法， 从

3、而对直流电机的调速把握精度、响应速度以及节约能源 等都具有重要意义。设计总体方案设计要求根本要求：使用AT89C51 单片机为核心，使用数模转换元件DAC0808 对单片机输出的数字信号进展转换，输出模拟信号驱动直流电动机。具体要求：在设计中，设计 8 个按键对应直流电动机的 8 挡不同转速，按下不同按 键时，电动机将以不同速度转动，在 8 个按键中取一个按键为直流电动机转动停顿按键。 8 挡不同转速的设定 III 学生自己打算。仿真：把握程序在 Ke 订软件中编写，编译，整个把握电路在 PrOteUS 仿真软件中连接调示。2 设计思路D依据设讣要求，选择 AT89C51 单片机为核心把握器件

4、，并编写相应把握程序。D/A 转换承受 DAC0808 实现，与单片机的接口为 P0 口，承受运放电路输出 电压模拟量对直流电动机调速。直流电动机有 8 挡转速，分别由 8 个按键通过连接单片机的 PI 口把握，8 个按键 H-A,转速依次上升，A 按键转速最大，其中 H 按键为直流电动机停转键。直流电动机的转速由与其并联的电压表显示，电压越大，转速越快。3 设计方案直流电机调速系统硬件以 MCS-51 单片机为把握核心，包括电源电路、按键把握电 路、单片机把握、数模转换、电机驱动电路、转速显示等局部。硬件电路设计系统框图 如图 1 所示。图 1 直流电机调速系统框图硬件电路设计DAC0808

5、 的简介DAC0808 的管脚图及各引脚功能：1NC (NOTE 2 11GIMO 16-OOMPENSATION- “REF14 U VRtF ()VEE-d | 0 f 旦vcc5 MSB AlDAC0808SERIeS6A2 _7A3 8A412 A8 LSB11A710B=A69A5图 2 DAC0808引脚图DAC0808 是 8 区分率的 D/A 转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个 DA 芯片以其价 格低廉、接口简洁、转换把握简洁等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A 转 换器由 8 位输入锁存器、8 位 DAC 存放器、8 位 D/A 转换电路及转换把握电路构成。D

6、AC0808 纟吉构：D0-D7：8 位数据输入线,TTL 电平，有效时间应大于 90ns 否则锁存器的数据会出错；ILE：数据锁存允许把握信号输入线，高电平有效；OOoooo CS：片选信号输入线选通数据锁存器,低电平有效；WR1：数据锁存器写选通输入线，负脉冲脉宽应大于口 00 皿有效。由 ILE、CS、WRI 的规律组合产生 LEI,当LEI 为高电寻常，数据锁存器状态随输入数据线变换，LEI 的 负跳变时将输入数据锁存；XFER：数据传输把握信号输入线，低电平有效，负脉冲脉宽应大于 500nS有效；WR2： DAC 存放器选通输入线,负脉冲脉宽应大于 500nS有效。 WRK XFER

7、 的规律 组合产生LE2,当 LE2 为高电寻常，DAC 存放器的输出随存放器的输入而变化，LE2 的负跳变 时将数据锁存器的容打入 DAC 存放器并开头 D/A 转换。I0UT1：电流输出端 1,其值随 DAC 存放器的容线性变化;I0UT2：电流输出端 2,其值与 IOUTI 值之和为一常数；Rfb：反响信号输入线，转变 Rfb 端外接电阻值可调整转换满量程精度；Vcc：电源输入端，VCC 的围为+5V-+15V：VREF:基准电压输入线,VREF 的围为-1 oV+10V ； AGXD:模拟信号地DGND：数字信号地2 单片机系统3. 2. 1 AT89C51 性能AT89C51 是美国

8、 ATMEL 公司生产的低电压，高性能 CM0S8 位单片机，片含有 4KB 的可 反复擦写的只读程序存储器和 128 字节的随机存储器。该器件承受 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，山于将多功能 8 位 CPU 和闪耀存储器组合在单个芯片中，ATMEL 的 AT89C51 是一种高效微把握器，它为很 多嵌入式把握系统供给了一种机敏性高且价廉的方案。AT89C51 功能性能:与 MCS-51 成品指令系统完全兼容；4KB 可编程闪速存储器；寿 命:looo 次写/擦循环；数据保存时间：10 年；全静态工作：0-24=z;三级程序存

9、储 器锁 定；128*8B 部 RAM； 32 个可编程 I/O 口线；2 个 16 位定时/计数器；5 个中断源；可编程 串行 UART 通道；片震荡器和掉电模式。3. 2.2 AT89C51 各引脚功能T89C51 供给以下标准功能:4KB 的 FlaSh 闪速存储器,128B 部 RAM, 32 个 I/O 口线， 两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断构造，一个全双工串行通信口，片震荡器 准时钟电路，同时，AT89C51 可降至 OHZ 静态规律操作，并支持两种软件可选的节电工作 模式。空闲方式停顿 CPU 的工作，但允许 RAM,定时/计数器，串行通信口及中断系统继 续工

10、作，掉电方式保存 RAM 中的容，但震荡器停顿工作并制止其他全部工作直到下一个 硬件复位。AT89C51 承受 PDIP 封装形式，引脚配置如图 3 所示。2PI.0 匚PI .1 匚PI 2 匚PI 3 匚H.4 匚1234S40393837JVCCJPo. 0 (ADo) P0. 1 (ADI) P02(AD2)(MOSI)(Ml So) PI .6 匚匚678353534J P03 (AD3)J F0. 4 (AD4)(ADS)(SCK) PI .7 CRST 匚3332 P0 .6 (ADe) Po. 7 (AD7)(AXD)P3.0 CIO31(TXD) P3. 1 C(INTO)(

11、mn)22 匚P3.3 匚11121382928EA/Vrr二 ALD PnoaPSEN P2.7 (Ale)(To) P3.4 匸(TI) P2 占匚(wn)1427(RD) P37 匚XTAL2 C15C 16 171856苏2423 P2*(A14) P2 (A13) P24 (A12) P23(A11) P22 (AIO)XTALI 匚1922GND 匚3 P2.1 (A9)P2.0(A8)2021图 3 AT89C51 的引脚图AT89C51 芯片的各引脚功能为:P0 口：这组引脚共有 8 条，P0. 0 为最低位。这 8 个引脚有两种不同的功能，分别适 用于不同的悄况，第一种状况是

12、 89C51 不带外存储器，P0 口可以为通用 I/O 口使用，P0.0-P0. 7 用于传送 CPU 的输入/输出数据，这时输出数据可以得到锁存，不需要外接专用锁存器，输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可黑性；笫二种状况是 89C51 带片外存储器，PO. 0-P0. 7 在 CPU 访问片外存储器时先传送片外存储器的低 8 位地址，然 后传送CPU 对片外存储器的读/写数据。P0 口为开漏输出，在作为通用 I/O 使用时，需 要在外部用电阻上拉。PI 口：这 8 个引脚和 Po 口的 8 个引脚类似，PI. 7 为最高位，PI. 0 为最低位，当 PI 口作为通用 I/O 口使用时，P

13、I. 0-PI. 7 的功能和 P。口的笫一功能一样，也用于传送 用 户的输入和输出数据。P2 口：这组引脚的第一功能与上述两组引脚的第一功能一样即它可以作为通用 I/O 口 使用，它的第一功能和 P。口引脚的其次功能相协作，用于输出片外存储器的高 8 位 地 址，共同选中片外存储器单元，但并不是像 P。口那样传送存储器的读/写数据。P3 口：这组引脚的第一功能和其余三个端口的第一功能一样，其次功能为把握功能, 每个引脚并不完全一样，如下表 1 所示：表 1 P3 口各位的其次功能P3 口各位P3. 0P3. 1P3. 2P3. 3P3. 4其次功能RXT 串行口输入TXD 串行口输出/INT

14、O 外部中断 0 输入/ INT1 外部中断 1 输入T0 定时器/计数器 0 的外部输入P3.5P3.6P3.7TI 定时器/计数器 1 的外部输入/WR 片外数据存储器写允许/RD 片外数据存储器读允VCC 为+5V 电源线，VSS 接地。ALE：地址锁存允许线，协作 P。口的其次功能使用，在访问外部存储器时，89C51 的CPU 在 PO. 0-P0. 7 引脚线去传送随后而来的片外存储器读/写数据。在不访问片外存储器 时，89C51 自动在 ALE 线上输出频率为 1/6 震荡器频率的脉冲序列。该脉冲序列可 以作为 外部时钟源或定时脉冲使用。EA :片外存储器访问选择线，可以把握 89

15、C51 使用片ROM 或使用片外ROM,假设鬲二 1,则允许使用片 RoM,假设鬲二 0,则只使用片外 RoMoPSEN :片外RoM 的选通线，在访问片外 RoM 时，89C51 自动在 PSEN 线上产生一个负脉 冲，作为片外 RoM 芯片的读选通信号。RST：复位线，可以使 89C51 处于复位即初始化工作状态。通常 89C51 复位有自动 上电复位和人工按键复位两种。XTALI 和 XTAL2：片震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即 用来连接89C51 片 0SC 震荡器的定时反响回路。33 复位电路和时钟电路3. 3.1 复位电路设计单片机在启动运行时都需要复位，

16、使 CPU 和系统中的其他部件都处于一个确定的初始 状态，并从这个状态开头工作。MCS-51 单片机有一个复位引脚 RST,承受施密特触发输入。 当震荡器起振后，只要该引脚上消灭 2 个机器周期以上的高电平即可确保时器件 复位。 复位完成后，如 果 RST 端连续保持高电平，MCS-51 就始终处于复位状态，只要 RST 恢复低 电平后，单片机才能进 入其他工作状态。单片机的复位方式有上电自动复位和手动复位两种，本系统承受的是 51 系列单片机常用的上电复位和手动复位组合电路，只 要VCC 上升时间不超过 Ims,它们都能很好的工作。3. 3. 2 时钟电路设计单片机中 CPU 每执行一条指令

17、，都必需在统一的时钟脉冲的把握下严格按时间节拍进展，而这个时钟脉冲是单片机把握中的时序电路发出的。CPU 执行一条指令的各个微操作 所对应时间挨次称为单片机的时序。MCS-51 单片机芯片部有一个高增益反相放大器，用于构成震荡器，XTALI 为该放大器的输入端，XTAL2 为该放大器输岀端，但形成 时钟电路 还需附加其他电路。本设计系统承受部时钟方式，利用单片机部的高增益反相放大器，外部电路只需要 个晶振和 2 个电容即可。电路中的器件选择可以通过汁算和试验确定，也可以参考一些典型电路的参数，电路 中，电容器 CI 和 C2 对震荡频率有微调作用，通常的取值围是 3010pF,在这个系统 中选

18、 择了 30pF：石英晶振选择围最高可选 24MH 乙它打算了单片机电路产生的时钟信号震荡频率，在本系统中选择的是12MH 乙因而时钟信号的震荡频率为 12MHzoCI30PF ZI1UIX1 19T 卜no - 112- M3pF8. 2k 手动复位按钮一I. !门-1F5V 图 4 复位时钟电路图3. 4按键电路及直流电机把握8 个按键 A-H 把握直流电动机转速，A、B、C、D、E、F、G 各转速按键把握转动速度 依次降低，H 为直流电动机转动停顿按键。电动机转速通过并联在其两端的电压表显示其 两端电压，电圧值越大，转速越高。可选用显示转速的直流电动机，但由于转速显示 短 时间无法稳定,

19、III 直流电动机匸作原理转速与其电圧成正比，可用电圧表显示其转 速。e图 5 按键电机电路图4 仿真用 DAC0808 设讣直流电动机调速器已经完成，就可以选取相应的芯片和元器件，利用 ProteUS 软件绘制岀硬件的原理，并认真地检査修改，直至形成完善的硬件原理图。但要真正实现电路对 电圧的测量和显示的功能，还需要有相应的软件协作，才能到达设计要求。软件调试的主要任务是排查错误，错误主要包括规律和功能错误，这些错误有些是显 性的， 而有些是隐形的，可以通过仿真开发系统觉察逐步改正。PrOteUs 软件可以对基于微把握器的设计连同全部的周用电子器件一起仿真，用户其至可以实时承受诸如LED/L

20、CD.键盘、RS232 终端等动态外设模型来对设计进展交互仿真。PrOteUS 支持的微处理芯片包括 8051 系列、AVR 系列、PIC 系列、HCII 系列及Z80 等等。PrOteUS 可以完成单 片机系统原理 图电路绘制、PCB 设计，更为显著点的特点是可以与 U ViSionSS IDE 工具 软件结合进展编 程仿真调试。本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真我承受的是 PrOteUS 软件， 而程序方面，承受的是汇编语言，用 Keil 软件将程序见附录写入单片机。iDeSktol二11 File Edrt Viev/ PrOjeet DebUg FlaSh Per

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28、:03文件2 KB画源程序ASMI %源程序hex源歸 I 叩源歸 LgTM 51齟序 OBJD 源歸,Opt源歸 Pig源歸 SDII 坯源程序UV2_源程序JJV2. Bak2022/6/17 21:59组图 6 操作截图BAK 文件OKB5 结论由上所述，用 DAC0808 设计直流电动机调速器根本完成。但设计中的缺乏之处仍旧 存在。这次设计是我第一次用 Ke 订和 PrOteUS 实现了仿真。在这过程中，我对电路设 计，单片机的使用等都有了的生疏。通过这次设计学会了 PrOteUS 和 Keil 软件的使 用方法，把握了从系统的需要、方案的设计、功能模块的划分、原理图的设计和电路图 的仿真的设汁流程，积存了不少阅历。本系统承受电压表测量电动机的转速，用 MCS-51 单片机对直流电机的转速进展把握， 用 DAC0808 芯片实现输出模拟电压值来把握直流电 动机的转速。本设计主要争辩直流电机的把握和测量方法，从而对电机的把握精度、响 应速度以及节约能源等都具有重要意义。通过本次设计，我对单片机这门课