基于單片機的直流電機測速、調(diào)速及顯示系統(tǒng)課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告</b></p><p>　　題目：基于單片機的直流電機測速、調(diào)速及顯示系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院： 機電工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)班級： 測控071班</p><p>　　學(xué) 號： 16</p><p><b>

2、　　摘要</b></p><p>　　本文主要研究了利用Quick51系列單片機控制PWM信號從而實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行控制的方法。單片機具有體積小、功能強、成本低、應(yīng)用面廣泛等優(yōu)點，可以說，智能控制與自動控制的核心就是單片機。目前，一個學(xué)習(xí)與應(yīng)用單片機的高潮在全社會大規(guī)模地興起。學(xué)習(xí)單片機的最有效方法就是理論與實踐并重，本文用8051單片機自制了一個采用了專門的芯片組成了PWM信號的發(fā)生系統(tǒng)，并且對

3、PWM信號的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了詳細的闡述。還對直流電機的速度進行了測量和顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：單片機、 PWM、調(diào)速、測速、顯示系統(tǒng) </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p&

4、gt;<p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　第一章概述3</b></p><p><b>　　1.1概述3</b></p><p>　　1.2 Quick51的技術(shù)簡介和發(fā)展前景3</p><p>　　1.2.1 Smar

5、tSOPC與Quick513</p><p>　　1.2.2 Quick51特性4</p><p>　　第二章 總體方案設(shè)計5</p><p>　　2.1 8051單片機簡介6</p><p>　　2.2 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計12</p><p>　　2.2.1 PWM的基本原理12</p&

6、gt;<p>　　2.3 128*64液晶顯示13</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計與連接14</p><p>　　3.1傳感器電路設(shè)計14</p><p>　　3.2 信號處理電路設(shè)計16</p><p>　　3.3存儲器電路設(shè)計17</p><p>　　3.3.1 I2C總線概述17&

7、lt;/p><p>　　3.3.2 存儲器電路18</p><p>　　3.4 顯示電路設(shè)計18</p><p>　　3.5 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計19</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計20</p><p>　　4.1系統(tǒng)軟件總流程圖20</p><p>　　4.2程序清單21<

8、;/p><p>　　第五章 結(jié)論與展望31</p><p><b>　　附錄32</b></p><p>　　附一 速度控制子程序32</p><p><b>　　附二 電路圖35</b></p><p><b>　　參考文獻36</b></

9、p><p><b>　　答辯問題37</b></p><p><b>　　概述</b></p><p><b>　　概述</b></p><p>　　本文主要研究了利用Quick51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法。</p><p>　　沖

10、量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。</p><p>　　PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實現(xiàn)。直到進入上世紀(jì)

11、80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。</p><p>　　PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的

12、發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實現(xiàn)直流電機速度的控制。</p><p>　　1.2 Quick51的技術(shù)簡介和發(fā)展前景</p><p>　　1.2.1 SmartSOPC與Quick51 </p><p>　　SmartSOPC教學(xué)實驗開

13、發(fā)平臺集眾多功能于一體，是SOPC、DSP、EDA、ARM、ARM7 SOC以及8051教學(xué)實驗、科研開發(fā)的最佳選擇。開發(fā)平臺采用“主板＋核心板”的模式，更換不同的核心板即可實驗不同平臺的功能。 </p><p>　　Quick51正是跟SmartSOPC相配套的8051單片機核心板。Quick51是一款自由的、開放全部系統(tǒng)資源的單片機實驗板。單片機芯片采用Philips最新推出的擁有64KB Flash的增強型

14、8052內(nèi)核單片機P89LV51RD2，工作電壓3.3V（3V邏輯是大趨勢）。Quick51與SmartSOPC配合，可以做各種單片機教學(xué)實驗，如LED點陣掃描顯示、鍵盤檢測、動態(tài)數(shù)碼管、液晶屏、電機驅(qū)動、I2C總線、紅外收發(fā)、蜂鳴器、數(shù)字溫度計、電子鐘，等等。</p><p>　　1.2.2 Quick51特性</p><p>　　采用Philips半導(dǎo)體新型單片機P89LV51RD2

15、，增強型Intel 8052 CPU內(nèi)核。具有許多增強功能，如內(nèi)置64KB用戶程序Flash，8KB引導(dǎo)Flash（用來支持ISP和IAP功能），1KB片內(nèi)靜態(tài)RAM，雙倍速模式，雙DPTR，4個中斷優(yōu)先級，進入掉電模式后外部中斷可喚醒（8052只有復(fù)位，不方便），硬件SPI，增強型UART，等等。 </p><p>　　配備的P89LV51RD2單片機支持ISP（在系統(tǒng)可編程）方式下載用戶程序。Quick51只

16、需要一根普通電腦RS-232通信電纜（該電纜已經(jīng)隨SmartSOPC實驗箱標(biāo)配）就能實現(xiàn)ISP下載，不需要制作專門的下載線。</p><p>　　配備1片專門的仿真芯片。在目前最流行的8051內(nèi)核單片機Windows環(huán)境軟件開發(fā)工具Keil C51的支持下，能夠方便地進行硬件在線仿真，而且并不需要安裝特別的驅(qū)動程序。該仿真芯片能夠全面支持單步、全速、斷點、跳出、變量觀察、外圍設(shè)備訪問等仿真功能。</p>

17、;<p>　　晶振（默認11.0592MHz）采用插座式安裝，為用戶替換成其它頻點的晶振來做實驗提供了方便。</p><p>　　復(fù)位方式可選：RC復(fù)位、按鍵復(fù)位、看門狗復(fù)位。此外，看門狗芯片還內(nèi)置有256B的EEPROM。</p><p>　　單片機的4組I/O端口全部用雙排插針引出，方便用戶做實驗。</p><p>　　擴展32KB靜態(tài)RAM。&l

18、t;/p><p>　　擴展512KB大容量Flash存儲器，可以用作程序Flash或者大容量數(shù)據(jù)存儲。</p><p>　　擴展1個8位并行高阻輸入端口、1個8位并行推挽輸出端口。</p><p>　　采用PLD器件作為譯碼器。提供8組輸出，地址范圍已經(jīng)印在PCB上，一目了然。在產(chǎn)品光盤里提供譯碼器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的等效電路原理圖。</p><p>　　

19、第二章 總體方案設(shè)計</p><p>　　本速度表由信號預(yù)處理電路、8051單片機、LCD顯示電路、串口數(shù)據(jù)存儲電路和系統(tǒng)軟件組成。其中信號預(yù)處理電路包含信號放大、波形變換和波形整形。信號預(yù)處理電路中的放大器用于對待測信號進行放大,以降低對待測信號的幅度要求；波形變換和波形整形電路則用來將放大的信號轉(zhuǎn)換成可與單片機接口的TTL 信號；通過單片機的設(shè)置可使INT0 引腳能夠?qū)?nèi)部定時器T0 的工作進行控制,這樣能精

20、確地測出加到INT0 引腳的正脈沖寬度(即測出脈沖信號的周期)；速度顯示部分采用數(shù)碼顯示模塊, 所得的數(shù)據(jù)采用I2C總線, 并通過E2PROM來存儲, 因而節(jié)省了所需單片機的口線和外圍器件, 同時也簡化了顯示部分的軟件編程。</p><p>　　系統(tǒng)軟件包括單片機和液晶模塊的初始化模塊、液晶模塊的寫數(shù)據(jù)/ 命令子模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊以及實時中斷服務(wù)模塊等。</p><p>　　該設(shè)計能實時地

21、將所測的速度顯示出來。該速度表能將傳感器輸入到單片機的脈沖信號的寬度(傳感器將車速轉(zhuǎn)變成相應(yīng)寬度的脈沖信號) 實時地測量出來,然后通過單片機計算出速度, 再將所得的數(shù)據(jù)存儲到串口數(shù)據(jù)存儲器, 并由動態(tài)數(shù)碼顯示模塊實時顯示出所測速度。本設(shè)計用兩個按鍵來控制顯示速度?？紤]到信號的衰減、干擾等影響,在信號送入單片機前應(yīng)對其進行放大整形, 然后再輸入到單片機進行測速。系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-

22、1 系統(tǒng)方框圖</p><p>　　2.1 8051單片機簡介</p><p>　　一、8051單片機的基本組成</p><p>　　8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內(nèi)單一總線連接，其基本結(jié)構(gòu)依然是通用CPU加上外圍芯片的結(jié)構(gòu)模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。</p><p>　　二、CPU及

23、8個部件的作用功能介紹如下</p><p>　　中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。</p><p>　　內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器：8051芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個單元，簡稱內(nèi)部RAM。</p><p>　　特殊功能寄存器：是用來對片內(nèi)各部件進行管理

24、、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)，位于內(nèi)部RAM的高128個單元，其地址為80H—FFH。</p><p>　　內(nèi)部程序存儲器：8051芯片內(nèi)部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部ROM。</p><p>　　并行I/O口：8051芯片內(nèi)部有4個8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。</p><

25、;p>　　串行口：它是用來實現(xiàn)單片機和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。</p><p>　　定時器：8051片內(nèi)有2個16位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結(jié)果對計算機進行控制。</p><p>　　中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個和串行中斷1個。</p><p>　　振蕩電路：它外接石英晶體和微調(diào)電容即

26、可構(gòu)成8051單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。</p><p>　　三、8051單片機引腳圖</p><p>　　四、單片機系統(tǒng)中所用其他芯片簡介</p><p>　　地址鎖存器74LS373</p><p>　　74LS373片內(nèi)是8個輸出帶三態(tài)門的D鎖存器。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：</p>&

27、lt;p>　　當(dāng)使能端G呈高電平時，鎖存器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平的瞬間實現(xiàn)鎖存。如果此時芯片的輸出控制端為低，也即是輸出三態(tài)門打開，鎖存器中的地址信息便可以通過三態(tài)門輸出。以下是其引腳圖：</p><p>　　2．程序存儲器27128</p><p><b>　　(1)芯片引腳</b></p><p><b>　?。?

28、）功能表</b></p><p>　　3．?dāng)?shù)據(jù)存儲器6264</p><p><b>　?。?）芯片引腳</b></p><p><b>　　（2）芯片功能表</b></p><p>　　五、8051單片機擴展電路及分析</p><p><b>　　接線

29、分析</b></p><p>　　P0.7---P0.0：這8個引腳共有兩種不同的功能，分別使用于兩種不同的情況。第一種情況是8051不帶片外存儲器，P0口可以作為通用I/O口使用，P0.7---P0.0用于傳送CPU的I/O數(shù)據(jù)。第二種情況是8051帶片外存儲器，P0.7---P0.0在CPU訪問片外存儲器時先是用于傳送片外存儲器的低8位地址，然后傳送CPU對片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p>

30、;<p>　　P2.7---P2.0：這組引腳的第一功能可以作為通用的I/O使用。它的第二功能和P0口引腳的第二功能相配合，用于輸出片外存儲器的高8位地址，共同選中片外存儲器單元，但是并不能像P0口那樣還可以傳送存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。</p><p>　　P3.7---P3.0：這組引腳的第一功能為傳送用戶的輸入/輸出數(shù)據(jù)。它的第二功能作為控制用，每個引腳不盡相同，如下表所示：</p>&

31、lt;p>　　VCC為+5V電源線，VSS為接地線。</p><p>　　ALE/：地址鎖存允許/編程線，配合P0口引腳的第二功能使用，在訪問片外存儲器時，8051CPU在P0.7---P0.0引腳線上輸出片外存儲器低8位地址的同時還在ALE/線上輸出一個高電位脈沖，其下降沿用于把這個片外存儲器低8位地址鎖存到外部專用地址鎖存器，以便空出P0.7---P0.0引腳線去傳送隨后而來的片外存儲器的讀寫數(shù)據(jù)。在不

32、訪問片外存儲器時，8051自動在ALE/線上輸出頻率為1/6 fOSC的脈沖序列。該脈沖序列可以用作外部時鐘源或者作為定時脈沖源使用。</p><p>　　/ VPP：允許訪問片外存儲器/編程電源線，可以控制8051使用片內(nèi)ROM還是片外ROM。如果=1，那么允許使用片內(nèi)ROM；如果=0，那么允許使用片外ROM。</p><p>　?。浩釸OM選通線，在執(zhí)行訪問片外ROM的指令MOVC時

33、，8051自動在線上產(chǎn)生一個負脈沖，用于片外ROM芯片的選通。其他情況下，線均為高電平封鎖狀態(tài)。</p><p>　　RST/VPD：復(fù)位備用電源線，可以使8051處于復(fù)位工作狀態(tài)。</p><p>　　XTAL1和XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容，即用來連接8051片內(nèi)OSC的定時反饋電路。石英晶振起振后，應(yīng)能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，

34、以便于8051片內(nèi)的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩，電容C1、C2可以幫助起振，調(diào)節(jié)它們可以達到微調(diào)fOSC的目的。</p><p>　　2.2 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計</p><p>　　2.2.1 PWM的基本原理</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。P

35、WM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。</p><p><b>　　如下圖所

36、示：</b></p><p>　　設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D= t1 / T，則電機的平均速度為Va = Vmax * D，其中Va指的是電機的平均速度；Vmax 是指電機在全通電時的最大速度；D = t1 / T是指占空比。</p><p>　　由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達

37、到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度Vd 與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。</p><p>　　2.3 128*64液晶顯示</p><p>　　LCD顯示器工作原理就是利用液晶的物理特性；通電時排列變得有序，使光線容易通過；不通電時排列混亂，阻止光線通過，說簡單點就是讓液晶如閘門般地阻隔或讓光線穿透。 LCD的好處有：與CRT顯示器相比，L

38、CD的優(yōu)點主要包括零輻射、低功耗、散熱小、體積小、圖像還原精確、字符顯示銳利等。其接口信號說明如下：</p><p>　　第三章 硬件設(shè)計與連接</p><p>　　3.1傳感器電路設(shè)計</p><p>　　在信號脈沖發(fā)生源上，本系統(tǒng)采用的是開關(guān)型霍爾傳感器。</p><p>　　以磁場作為媒介，利用霍爾傳感器可以檢測多種物理量，如位移、振動

39、、轉(zhuǎn)速、加速度、流量、電流、電功率等。它不僅可以實現(xiàn)非接觸測量，并且采用永久磁鐵產(chǎn)生磁場，不需附加能源。另外霍爾傳感器尺寸小、價格便宜、應(yīng)用電路簡單、性能可靠，因而獲得極為廣泛的應(yīng)用。除了直接利用霍爾傳感器外，還利用它開發(fā)出各種派生的傳感器。</p><p>　　金屬或半導(dǎo)體薄片的兩個端面通以控制電流Ic，并在薄片的垂直方向上施加磁感應(yīng)強度為B的磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上將產(chǎn)生電勢Uh，稱為霍爾電勢或霍爾

40、電壓(如圖l所示)?；魻栯妱軺h=KhIcB(其中Kh為霍爾元件靈敏度，它與所用的材料及幾何尺寸有關(guān))。這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，而用這種效應(yīng)制成的元件稱為霍爾元件。由于霍爾元件輸出的電壓信號較小，并且有一定溫度誤差，目前已較少直接使用霍爾元件作傳感器?；魻杺鞲衅髟韴D如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 霍爾傳感器磁場效應(yīng)</p><p>　　本系統(tǒng)采用開關(guān)型霍爾傳感器A04E。開

41、關(guān)型霍爾傳感器是一種集成傳感器，它內(nèi)部含有霍爾元件、放大器、穩(wěn)壓電源、帶一定滯后特性的比較器及集電極開路輸出部分等，如圖3-7所示。開關(guān)型霍爾傳感器的工作特性如圖3-8 所示。</p><p>　　圖3-7 開關(guān)型霍爾傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖3-8 開關(guān)型霍爾傳感器工作特性</p><p>　　當(dāng)外加的磁感應(yīng)強度超過動作點Bop時，傳感器輸出低電平，

42、但磁感應(yīng)強度降到動作點Bop以下時，傳感器輸出電平不變，一直要降到釋放點BRE時，傳感器才由低電平躍變?yōu)楦唠娖?。Bop與Bre之間的滯后(或稱為回差)使開關(guān)動作更為可靠。 </p><p>　　圖3-9 霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖</p><p>　　霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)速示意圖3-9如下。在非磁材料的圓盤邊上粘貼一塊磁鋼，霍爾傳感器固定在圓盤外緣附近。圓盤每轉(zhuǎn)動一圈霍爾傳感器便輸出一個脈沖。通

43、過單片機測量產(chǎn)生脈沖的頻率，就可以得出圓盤的轉(zhuǎn)速。同樣道理，根據(jù)圓盤(車輪)的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合圓盤的周長就是計算出物體的位移。如果要增加測量位移精度，可以在圓盤(車輪)上多增加幾個磁鋼。</p><p>　　由于傳感器內(nèi)部為集電極開路輸出，所以需外接一個上拉電阻，其阻值與電源電壓大小有關(guān)，一般取1～2k，如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10 傳感器輸出電路</p>

44、<p>　　3.2 信號處理電路設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)的信號預(yù)處理電路由二級電路構(gòu)成，第一級是由開關(guān)三極管組成的零偏置放大器，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號為零或負電壓時，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號為正電壓時，三極管導(dǎo)通，此時輸出電壓隨著輸入電壓的上升而下降，這使得速度里程表既可以測量任意方波信號的頻率，也可以測量正弦波信號的頻率。由于放大器的放大功能

45、降低了對待測信號的幅度要求，因此，系統(tǒng)能對任意大于0.5V的正弦波和脈沖信號進行測量。預(yù)處理電路的第二級采用帶施密特觸發(fā)器的反相器DM74LS14來把放大器生成的單相脈沖轉(zhuǎn)換成與COMS電平相兼容方波信號，同時將輸出信號加到單片機的P3.4口上。</p><p>　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋作用，可以把邊沿變化緩慢的周期性信號變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號。輸入的信號只要幅度大于VT+，即可在施密特觸

46、發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號。</p><p>　　從傳感器得到的矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號時，信號上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的

47、矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的VT+和VT-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。信號預(yù)處理電路如圖3-11所示。 </p><p>　　圖3-11 信號預(yù)處理電路圖</p><p>　　3.3存儲器電路設(shè)計 </p><p>　　3.3.1 I2C總線概述</p><p>　　I2C總線是一種用于IC器件之間連接的二線制總線。它通過SDA（

48、串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時鐘線)兩根線在連到總線上器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識別每個器件，不管是單片機、存儲器、LCD驅(qū)動器還是鍵盤接口。采用I2C總線標(biāo)準(zhǔn)單片機或IC器件，其內(nèi)部不僅有I2C接口電路，而且將內(nèi)部各單元電路按功能劃分為若干相對獨立模塊，通過軟件尋址實現(xiàn)片選，減少了器件片選線連接。CPU不僅能通過指令將某個功能單元電路掛靠或摘離總線，還可對該單元的工作狀況進行檢測，從而實現(xiàn)對硬件系統(tǒng)的既簡單又靈活的擴展與控制。<

49、/p><p>　　I2C總線則根據(jù)器件的功能通過軟件程序使其可工作于發(fā)送或接收方式。當(dāng)某個器件向總線上發(fā)送信息時，它就是發(fā)送器(也叫主器件)，而當(dāng)其從總線上接收信息時，又成為接收器(也叫從器件)。主器件用于啟動總線上傳送數(shù)據(jù)并產(chǎn)生時鐘以開放傳送的器件，此時任何被尋址的器件均被認為是從器件。I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在總線上，既沒有中心機，也沒有優(yōu)先機。</p>&l

50、t;p>　　I2C總線的數(shù)據(jù)傳送格式是：在I2C總線開始信號后，送出的第一個字節(jié)數(shù)據(jù)是用來選擇從器件地址的，其中前7位為地址碼，第8位為方向位(R/W)。方向位為“0”表示發(fā)送，即主器件把信息寫到所選擇的從器件；方向位為“1”表示主器件將從從器件讀信息。開始信號后，系統(tǒng)中的各個器件將自己的地址和主器件送到總線上的地址進行比較，如果與主器件發(fā)送到總線上的地址一致，則該器件即為被主器件尋址的器件，其接收信息還是發(fā)送信息則由第8位(R/

51、W)確定。</p><p>　　3.3.2 存儲器電路</p><p>　　圖3-12 AT24CO2與單片機的接口電路 </p><p>　　3.4 顯示電路設(shè)計</p><p>　　3.5 PWM信號發(fā)生電路設(shè)計</p><p>　　PWM波可以由具有PWM輸出的單片機通過編程來得以產(chǎn)生，也可以采用PW

52、M專用芯片來實現(xiàn)。當(dāng)PWM波的頻率太高時，它對直流電機驅(qū)動的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計數(shù)器4040組成了PWM信號發(fā)生電路。</p><p>　　兩片數(shù)值比較器4585，即圖上U2、U3的A組接12位串行4040計數(shù)輸出端Q2—Q9，而U2、U3的B組接到單

53、片機的P1端口。只要改變P1端口的輸出值，那么就可以使得PWM信號的占空比發(fā)生變化，從而進行調(diào)速控制。</p><p>　　12位串行計數(shù)器4040的計數(shù)輸入端CLK接到單片機C51晶振的振蕩輸出XTAL2。計數(shù)器4040每來8個脈沖，其輸出Q2—Q9加1，當(dāng)計數(shù)值小于或者等于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計數(shù)值大于單片機P1端口輸出值X時，圖中U2的（A>B）

54、輸出端為高電平。隨著計數(shù)值的增加，Q2—Q9由全“1”變?yōu)槿?”時，圖中U2的（A>B）輸出端又變?yōu)榈碗娖?，這樣就在U2的（A>B）端得到了PWM的信號，它的占空比為（255 -X / 255）*100%，那么只要改變X的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變PWM信號的占空比，從而進行直流電機的轉(zhuǎn)速控制。</p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p

55、>　　4.1系統(tǒng)軟件總流程圖</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)軟件主程序流程圖</p><p><b>　　4.2程序清單</b></p><p><b>　　/*</b></p><p><b>　　LCD.C</b></p><p>　　12

56、8×64 LCD驅(qū)動程序頭文件</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#ifndef LCD_H_</p><p>　　#define LCD_H_</p><p>　　#include<REG51.H></p><p>　　//定義背光控制信號<

57、;/p><p>　　sbit LCD_BL=P1^4;</p><p><b>　　//點亮背光燈</b></p><p>　　void LcdLightOn();</p><p><b>　　//熄滅背光燈</b></p><p>　　void LcdLightOff();&l

58、t;/p><p><b>　　//清屏</b></p><p>　　void LcdClear();</p><p><b>　　//初始化</b></p><p>　　void LcdInit();</p><p><b>　　//顯示ASCⅡ碼</b>&

59、lt;/p><p>　　void LcdPutChar(unsigned char c);</p><p><b>　　//顯示字符串</b></p><p>　　void LcdPuts(unsigned char*s);</p><p>　　#endif //LCD_H_</p><p><

60、b>　　/*</b></p><p><b>　　LCD.C</b></p><p>　　128×64 LCD驅(qū)動程序</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　#include <INTRINS.H></p><p&g

61、t;　　#include <ABSACC.H></p><p>　　//#include "LCD.H"</p><p>　　//定義屏幕光標(biāo)（取值0～63，光標(biāo)本身不可見）</p><p>　　unsigned char LcdCursor;</p><p><b>　　int i,j;</b

62、></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdLightOn()</p><p><b>　　功能：點亮背光燈</b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdLightOn()

63、</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_BL = 1;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdLightOff()</p><p

64、><b>　　功能：熄滅背光燈</b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdLightOff()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LCD_BL = 0;</p><p><

65、b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdGetBF()</p><p>　　功能：讀出狀態(tài)位BF</p><p><b>　　返回：</b></p><p>　　BF=1，表示忙，不可進行任何操作<

66、/p><p>　　BF=0，表示不忙，可以進行正常操作</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　bit LcdGetBF()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char dat;</p><p&

67、gt;　　dat = XBYTE[0xD002];//XBYTE的定義見<ABSACC.H></p><p>　　return (bit)(dat & 0x80);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：Lc

68、dWriteCmd()</p><p>　　功能：向LCD發(fā)送命令</p><p><b>　　參數(shù)：</b></p><p>　　cmd：命令字，詳見器件的數(shù)據(jù)手冊</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdWriteCmd(unsign

69、ed char cmd)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while ( LcdGetBF() );</p><p>　　XBYTE[0xD000] = cmd;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*&

70、lt;/b></p><p>　　函數(shù)：LcdWriteDat()</p><p>　　功能：向LCD寫入數(shù)據(jù)</p><p>　　參數(shù)：dat，要寫入的數(shù)據(jù)</p><p>　　說明：目標(biāo)地址由地址計數(shù)器AC隱含指定，寫完后AC自動加1</p><p><b>　　*/</b></p

71、><p>　　void LcdWriteDat(unsigned char dat)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　while ( LcdGetBF() );</p><p>　　XBYTE[0xD001] = dat;</p><p><b>　　}</

72、b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdReadDat()</p><p>　　功能：從LCD讀出數(shù)據(jù)</p><p><b>　　返回：讀出的數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　*/</b></

73、p><p><b>　　/*</b></p><p>　　unsigned char LcdReadDat()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　volatile unsigned char dat;</p><p>　　while ( LcdGetBF

74、() );</p><p>　　dat = XBYTE[0xD003];</p><p>　　dat = XBYTE[0xD003];//需要連續(xù)執(zhí)行兩次才能夠讀出真正的數(shù)據(jù)</p><p>　　return dat;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　

75、　*/</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdSetAC()</p><p>　　功能：設(shè)置DDRAM（顯示數(shù)據(jù)RAM）的AC（地址計數(shù)器）值</p><p><b>　　參數(shù)：</b></p><p>　　ac：地址計

76、數(shù)器值，范圍0～63</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdSetAC(unsigned char ac)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ac &= 0x3F;</p><p>　　ac |= 0x

77、80;</p><p>　　LcdWriteCmd(ac);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdClear()</p><p>　　功能：LCD清屏，并使光標(biāo)回到0</p><

78、p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdClear()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdWriteCmd(0x01);//清屏命令</p><p>　　LcdCursor = 0;</p><p><b

79、>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdDelay()</p><p>　　功能：延時(t*100)個機器周期</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdDelay(un

80、signed char t)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char n;</p><p><b>　　do</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　n = 4

81、9;</b></p><p>　　while ( --n != 0 );</p><p>　　} while ( --t != 0 );</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdInit()

82、</p><p><b>　　功能：LCD初始化</b></p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdInit()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdWriteCmd(0x30);//設(shè)

83、置基本指令集</p><p>　　LcdDelay(3);</p><p>　　LcdWriteCmd(0x30);//設(shè)置基本指令集（需要再執(zhí)行一次）</p><p>　　LcdDelay(1);</p><p>　　LcdWriteCmd(0x0C);//開啟顯示</p><p>　　LcdDelay(3);&

84、lt;/p><p>　　LcdClear();//清屏</p><p>　　LcdDelay(250);</p><p>　　LcdWriteCmd(0x06);//設(shè)置進入點</p><p>　　LcdDelay(10);</p><p><b>　　}</b></p><

85、;p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdCheckAC()</p><p>　　功能：根據(jù)光標(biāo)位置調(diào)整AC</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdCheckAC()</p><p><b>　　{

86、</b></p><p>　　switch ( LcdCursor )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　case 16:</b></p><p>　　LcdSetAC(16);</p><p><b>　　break;

87、</b></p><p><b>　　case 32:</b></p><p>　　LcdSetAC(8);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 48:</b></p><p>　　LcdS

88、etAC(24);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 64:</b></p><p>　　LcdCursor = 0;</p><p>　　LcdSetAC(0);</p><p><b>　　break;<

89、;/b></p><p><b>　　default:</b></p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>

90、;　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdPutChar()</p><p>　　功能：顯示ASCII碼</p><p><b>　　參數(shù)：</b></p><p>　　c為可顯示的ASCII碼（0x20～0x7F）</p><p><b>　　*/</b&g

91、t;</p><p>　　void LcdPutChar(unsigned char c)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdWriteDat(c);</p><p>　　LcdCursor++;</p><p>　　LcdCheckAC();</p>

92、<p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdPutHZ()</p><p><b>　　功能：顯示漢字</b></p><p><b>　　參數(shù)：</b></p>&l

93、t;p>　　ch,cl：漢字編碼</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdPutHZ(unsigned char ch, unsigned char cl)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if ( LcdCursor &

94、; 0x01 )</p><p>　　{//顯示漢字時，必須偶地址對準(zhǔn)，即光標(biāo)位置不能是奇數(shù)</p><p>　　LcdPutChar(' ');//額外輸出一個空格</p><p><b>　　}</b></p><p>　　LcdWriteDat(ch);</p><p>　

95、　LcdWriteDat(cl);</p><p>　　LcdCursor += 2;</p><p>　　LcdCheckAC();</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p>　　函數(shù)：LcdPuts()</p&

96、gt;<p><b>　　功能：顯示字符串</b></p><p><b>　　參數(shù)：</b></p><p>　　*s：要顯示的字符串（可同時包含ASCII碼和漢字）</p><p><b>　　*/</b></p><p>　　void LcdPuts(uns

97、igned char *s)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char ch, cl;</p><p><b>　　for (;;)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　ch

98、= *s++;</p><p>　　if ( ch == '\0' ) break;</p><p>　　if ( ch < 0x80 )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdPutChar(ch);</p><p><b>　　}&l

99、t;/b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　cl = *s++;</p><p>　　LcdPutHZ(ch,cl);</p><p><b>　　}</b></p&g

100、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　/*</b></p><p><b>　　顯示主程序</b></p><p><b>　　*/</b></p&

101、gt;<p>　　//#include"LCD.H"</p><p>　　#include<REG51.H></p><p>　　//#include "DELAY.H" /* 包含延時函數(shù)的頭部文件delay_us();delay_ms(); */ </p><p><b>　　/

102、*</b></p><p>　　函數(shù)：Delay()</p><p>　　延時1ms 65.53s</p><p>　　t>0時，延時（t*0.001）s</p><p>　　t=0時。延時65.53s</p><p><b>　　*/</b></p><p&

103、gt;　　/********************************************************/</p><p>　　unsigned char SD[4]={'1','2','3','4'};//速度設(shè)定</p><p>　　unsigned char FK[4]={'2',&#

104、39;2','3','4'};//速度反饋</p><p>　　int D=0;//方向控制中間變量</p><p>　　unsigned int Pwm=0;//速度產(chǎn)生中間變量</p><p>　　unsigned int p=0;</p><p>　　unsigned int Value=0;

105、 </p><p>　　unsigned int Pwm_Value=0; </p><p>　　unsigned int m;</p><p>　　//unsigned int a,b,c,d;</p><p>　　sbit KEY1=P2^0;</p><p>　　sbit KEY2=P2^1;</p>

106、;<p>　　sbit KEY3=P2^2;</p><p>　　sbit MotorA=P1^6;</p><p>　　sbit MotorB=P1^7; </p><p><b>　　bit SWTR;</b></p><p><b>　　bit SWTF;</b>

107、</p><p>　　unsigned int SWTV;</p><p>　　#define Pwm_MAX 255</p><p>　　void Delay(unsigned int T)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　SWTV=T;<

108、/b></p><p><b>　　SWTR=1;</b></p><p>　　while(!SWTF);</p><p><b>　　SWTR=0;</b></p><p><b>　　SWTF=0;</b></p><p><b>　

109、　}</b></p><p>　　void KEY()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(KEY1==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Value=Value+1;</p><p&

110、gt;<b>　　}</b></p><p>　　if(KEY2==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Value=Value-1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(KEY3==0)<

111、/p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(D==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　D=1;</b></p><p><b>　　}</b>

112、;</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　D=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&g

113、t;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void PWM_Init() </p><p><b>　　{</b></p><p>　　staticunsigned char t=0;</p><p><b>　　t++;</b&g

114、t;</p><p>　　if(t>Pwm_MAX)t=0;</p><p>　　if(t<=Pwm_Value)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Pwm=1;</b></p><p><b>　　}</b>

115、;</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　Pwm=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(D==0

116、)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　MotorA=0;</b></p><p>　　MotorB=Pwm;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else&l

117、t;/b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　MotorA=Pwm;</p><p><b>　　MotorB=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b&g

118、t;</p><p>　　void Show_Value(unsigned char CH[])</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<4;i++)</p><p><b&

119、gt;　　{</b></p><p>　　LcdPutChar(CH[i]);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void Show_Init()</p><p><b>　　{</

120、b></p><p>　　LcdWriteCmd(0x80);</p><p>　　LcdPuts("速度設(shè)定");</p><p>　　LcdWriteCmd(0x90);</p><p>　　LcdPuts("速度反饋");</p><p>　　LcdWriteCmd(

121、0x88);</p><p>　　LcdPuts("速度方向");</p><p>　　LcdWriteCmd(0x98);</p><p>　　LcdPuts("測控071 ");</p><p>　　LcdWriteCmd(0x9c);</p><p>　　LcdPuts(&

122、quot;14號");</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void T_int()//定時器初始化</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD&=0x00;</p><p>　　TMOD=0x25;&

123、lt;/p><p>　　TH1=TL1=0xa4;</p><p>　　TH0=TL0=0;</p><p><b>　　ET1=1;</b></p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p>

124、;<p><b>　　}</b></p><p>　　void MeasureSpeed()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=TL0=0;</p><p><b>　　TR0=1;</b></p><p>

125、;　　Delay(2420);</p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　TF0=0;</b></p><p>　　m=2*(TH0*255+TL0);</p><p>　　if(m>Value)</p><p><b>　

126、　{</b></p><p>　　Pwm_Value=Pwm_Value-1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(m<Value)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　Pwm_Value=Pwm_Val

127、ue+1;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　FK[3]=(m%10)+48;</p><p>　　FK[2]=(m/10%10)+48;</p><p>　　FK[1]=(m/100%10)+48;</p><p>　　FK[0]=(m/1000%10)+48;<

128、/p><p>　　SD[3]=(Value%10)+48;</p><p>　　SD[2]=(Value/10%10)+48;</p><p>　　SD[1]=(Value/100%10)+48;</p><p>　　SD[0]=(Value/1000%10)+48;</p><p><b>　　}</b&

129、gt;</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　unsigned char i;</p><p><b>　　MotorA=0;</b></p><p><b>　　MotorB=0;</

130、b></p><p><b>　　EA=0; </b></p><p><b>　　T_int();</b></p><p>　　Delay(50);</p><p>　　LcdInit();//LCD初始化</p><p>　　/******************

131、***********************/</p><p>　　for(i=0;i<2;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdLightOff();</p><p>　　Delay(660);</p><p>　　LcdLightOn();<

132、/p><p>　　Delay(660);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　Delay(660);</p><p>　　LcdClear();</p><p>　　Delay(660);</p><p>　　/*********************

133、*******************/</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p>　　Show_Init();</p><p>　　Delay(20);</p><p>　　Value=200;</p><p>　　Pwm_Value=Value;</p>&

134、lt;p><b>　　for(;;)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p>　　KEY();//按鍵處理</p><p>　　MeasureSpeed();</p><p>　　LcdWriteCmd(0x94);</p><p>　　Sho

135、w_Value(FK);</p><p>　　LcdWriteCmd(0x84);</p><p>　　Show_Value(SD);</p><p>　　LcdWriteCmd(0x8c);</p><p><b>　　if(D==0)</b></p><p><b>　　{</

136、b></p><p>　　LcdPuts("正向");</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(D==1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　LcdPuts(&