【正文】 單片機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)思路對(duì)單片機(jī)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，要使單片機(jī)準(zhǔn)確的測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速，并且使測(cè)出的數(shù)據(jù)能顯示出來(lái)，所以整個(gè)單片機(jī)部分分為測(cè)速發(fā)電機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、執(zhí)行元件以及顯示電路五個(gè)部分。STC12C5A60S2 是單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)、高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051,但速度快 812 倍。第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽7圖 2 STC12C5A60S2 單片機(jī)引腳圖主要特性：?增強(qiáng)型 8051 CPU，1T，單時(shí)鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051；?工作電壓：STC12C5A60S2 系列工作電壓：（5V 單片機(jī)）?工作頻率范圍：0 35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～420MHz；?片上集成 1280 字節(jié) RAM；?外部掉電檢測(cè)電路:在 口有一個(gè)低壓門(mén)檻比較器，5V 單片機(jī)為 ，誤差為+/5%, 單片機(jī)為 ，誤差為+/3%；?時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器(溫漂為+/5%到+/10%以?xún)?nèi)) ?共 4 個(gè) 16 位定時(shí)器 兩個(gè)與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器?A/D 轉(zhuǎn)換, 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 250K/S(每秒鐘 25 萬(wàn)次)(UART)，由于 STC12 系列第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽8是高速的 8051，可再用定時(shí)器或 PCA 軟件實(shí)現(xiàn)多串口；?工作溫度范圍：40 +85℃(工業(yè)級(jí)) 0 75℃(商業(yè)級(jí)) 各引腳功能簡(jiǎn)單介紹如下：P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開(kāi)路雙向 I/O 口，每個(gè)管腳可吸收 8TTL 門(mén)電流。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。P1 口管腳寫(xiě)入“1”后，電位被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。作為輸入時(shí)，P2 口的管腳電位被外部拉低，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng) P3 口寫(xiě)入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P3 口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口：第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽9 RXD(串行輸入口) TXD(串行輸出口) INT0(外部中斷 0) INT1(外部中斷 1) T0(記時(shí)器 0 外部輸入) T1(記時(shí)器 1 外部輸入) WR (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通) RD (外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)同時(shí) P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)；RST：復(fù)位輸入。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。另外，該引腳被略微拉高。在由外部程序存儲(chǔ)器取址期間，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源(VPP)；XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入；XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出；VCC：供電電壓；第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽10GND：接地； 雙單片機(jī)工作模式當(dāng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)處理大量數(shù)據(jù)和多路信息時(shí)，只用一片單片機(jī)往往無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和擴(kuò)展性要求，且處理時(shí)間較長(zhǎng)，單片機(jī)要在相等的時(shí)間間隔進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)處理。XTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9 U1AT89C51X1CRYSTALC122fF C222pFR91kC3 20u+5V+5VXTAL218XTAL119ALE30 EA31 PSEN29RST9 U2AT89C51X2CRYSTALC422fF C522pFR11kC6 20u+5V+5VBUZ1BUZZER圖 3 雙單片機(jī)工作模式 并行通信與串行通信并行通信:所傳送數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)發(fā)送或接收。串行通信:所傳送的數(shù)據(jù)的各個(gè)位按順序一位一位的發(fā)送或接第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽11收。圖 4 并行通信與串行通信示意圖 在本設(shè)計(jì)中采用雙單片機(jī)模式，通信方式為并行通信，這樣可以提高控制系統(tǒng)的工作效率以及精確度。乙機(jī)用于實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的 PID控制，即控制器產(chǎn)生 PWM 脈沖送到電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，經(jīng)過(guò)放大后控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，同時(shí)利用速度檢測(cè)模塊將當(dāng)前轉(zhuǎn)速反饋到控制器中，控制器經(jīng)過(guò)數(shù)字 PID 運(yùn)算后改變 PWM 脈沖的占空比，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制的目的。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)模塊是控制器與執(zhí)行器之間的橋梁，在本系統(tǒng)中單片機(jī)的I/O 口不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，只有引入電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊才能保證電機(jī)按照控制要求運(yùn)行，在這里選用 M57957L 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，M57957L 內(nèi)部集成有可在輸入與輸出之間實(shí)現(xiàn)良好電氣隔離的光電隔離器，所以可對(duì)被驅(qū)動(dòng)的 IGBT 模塊實(shí)現(xiàn)可靠的驅(qū)動(dòng)。第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽12 M57957L 的結(jié)構(gòu)M57957L 采用單列直插式標(biāo)準(zhǔn) 8 腳厚膜集成電路封裝。圖 5 M57957L 的引腳排列示圖表 1 M57957L 引腳說(shuō)明引腳號(hào)符號(hào) 名稱(chēng)或功能 用法1 VIN－驅(qū)動(dòng)脈沖輸入負(fù)端使用中通過(guò)一反相器接用戶(hù)脈沖形成電路的輸出2 VIN＋驅(qū)動(dòng)脈沖輸入正端使用中通過(guò)一電阻接用戶(hù)脈沖形成部分電源5 GND驅(qū)動(dòng)脈沖輸出地端接驅(qū)動(dòng)脈沖輸出級(jí)電源地端，該端電位應(yīng)與用戶(hù)脈沖形成部分完全隔離6 VCC驅(qū)動(dòng)功放級(jí)正電源端接用戶(hù)提供的驅(qū)動(dòng)脈沖功放級(jí)正電源端7 Vout 驅(qū)動(dòng)脈沖輸出端 直接接被驅(qū)動(dòng) IGBT柵極8 VEE驅(qū)動(dòng)功放級(jí)負(fù)電源端接用戶(hù)提供的驅(qū)動(dòng)脈沖功放級(jí)負(fù)電源端第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽13 M57957L 的工作原理M57957L 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 6 所示，來(lái)自脈沖形成單元的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)光耦導(dǎo)通，接口電路把該信號(hào)整形后由功放級(jí)的兩級(jí)達(dá)林頓 NPN 晶體管放大后輸出，驅(qū)動(dòng)功率 IGBT 模塊導(dǎo)通。圖 6 M57957L 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 顯示電路設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求要對(duì)系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，因此在電路中加入顯示模塊是非常必要的。第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽14VSDORS/WEDB012DB345DB67CS12/RTVEAK 123456789102134516781920圖 7 12864LCD 引腳分布表 2 12864 液晶顯示模塊引腳功能引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能 引腳 符 號(hào) 引 腳 功 能1 VSS 電源地 15 CS1 CS1=1芯片選擇左邊 64*64點(diǎn)2 VDD 電源正+5V 16 CS2 CS2=1芯片選擇右邊 64*64點(diǎn)3 VO 液晶顯示驅(qū)動(dòng)電源 17 /RST 復(fù)位（低電平有效）4 RS H：數(shù)據(jù)輸入；L：指令碼輸入18 VEE LCD驅(qū)動(dòng)負(fù)電源5 R/W H：數(shù)據(jù)讀?。籐：數(shù)據(jù)寫(xiě)入19 A 背光電源（+）6 E 使能信號(hào)。圖中 L0～L3 為44 鍵盤(pán)的列信號(hào)，H0～H3 為 44 鍵盤(pán)的行信號(hào)。按照要求設(shè)計(jì)操作面板如圖 8 所示：圖 8 鍵盤(pán)模塊鍵盤(pán)操作說(shuō)明：在系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，12864LCD 將顯示開(kāi)機(jī)界面，若設(shè)置鍵顯示屏進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，此時(shí)按 4 進(jìn)入相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置的狀態(tài)，輸入相應(yīng)的數(shù)字即可完成該參數(shù)的設(shè)置，待所有量設(shè)置完成后按正/反控制鍵設(shè)置正反轉(zhuǎn)，最后按啟動(dòng)鍵啟動(dòng)系統(tǒng)，在運(yùn)行過(guò)程中可按下相應(yīng)鍵對(duì)電機(jī)進(jìn)行暫停、繼續(xù)、停止運(yùn)行的控制。 圖 9 主流程圖第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽17 顯示程序流程顯示模塊是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話的重要部分，在這里選用 12864LCD顯示器可實(shí)現(xiàn)對(duì)漢字和字符的顯示，該顯示器的引腳功能在上面已經(jīng)做了說(shuō)明，下面介紹 12864LCD 的相關(guān)指令。初 始 化循 環(huán) 次 數(shù)j＝ 2 ?寫(xiě) 入 數(shù) 據(jù) 字節(jié) 數(shù) i＝ 16？設(shè) 置 顯 示 起 始頁(yè) 、 起 始 列調(diào) 用 寫(xiě) 入 數(shù)據(jù) 子 程 序j=+1。i=0i=+1 RETIYNNYa) 寫(xiě) 入 16*漢 字 程 序 流 程 b)寫(xiě) 入 8*16數(shù) 字第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽18延 時(shí) 去 抖 動(dòng)P1口 低 四 位 置 1讀 P1口 低 四 位數(shù) 據(jù) 到 KEYLKEYL、 KEYH相 與 為P1口 高 四 位 置 1讀 口 高 四 位數(shù) 據(jù) 到KEY=0XE ?KEY=0XEB ?KEY=0XED ?KEY=0XE7 ?KEY=0XDE ?KEY=0XD ?KEY=0XDB ?KEY=0XD7 ?KEY=0XBD ?KEY=0XBE ?KEY=0XB ?KEY=0XB7 ?KEY=0X7E ?KEY=0X7D ?KEY=0X7B ?KEY=0X7 ?數(shù) 字 鍵 0數(shù) 字 鍵 1數(shù) 字 鍵 2數(shù) 字 鍵 3數(shù) 字 鍵 4數(shù) 字 鍵 5數(shù) 字 鍵 6數(shù) 字 鍵 7數(shù) 字 鍵 8數(shù) 字 鍵 9正 /反 功 能 鍵暫 停 功 能 鍵繼 續(xù) 功 能 鍵啟 動(dòng) 功 能 鍵停 止 功 能 鍵設(shè) 置 功 能 鍵RETIYNNNNNNNNNNNNNNNNYYYYYYYYYYYYYYY第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽190)]2()1(2)([([uneneKKDIP???圖 11 鍵盤(pán)程序程序流程 算法實(shí)現(xiàn) 電機(jī)速度算法測(cè)速發(fā)電機(jī)輸出電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)速成比例的微特電機(jī)。改變旋轉(zhuǎn)方向時(shí)輸出電動(dòng)勢(shì)的極性即相應(yīng)改變。 PID 算法本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心算法為 PID 算法，它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較得出偏差，對(duì)偏差進(jìn)行 P、I、D 運(yùn)算最終利用運(yùn)算)(ne結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié) [10]，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。圖 12 算法流程計(jì) 算 e(n)計(jì) 算 KIe(n)計(jì) 算 KP(en)en1計(jì) 算 KD(en)2e(n1)+2計(jì) 算 Δ u(n)計(jì) 算 Δ u(n)＋ 1e(n1)→ e(n2)→ 1u(n)→ u(n)返 回圖 序 流 程第十一屆“挑戰(zhàn)杯”遼寧省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽20小結(jié)本課題的目的在于利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn) PID 算法產(chǎn)生 PWM 脈沖來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速同時(shí)監(jiān)控電壓電流起到保護(hù)作用并且本設(shè)計(jì)控制靈活、可靠、精度高，可滿(mǎn)足測(cè)試的各項(xiàng)要求?？梢耘c上位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制。到目前為止通過(guò)對(duì)控制器模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、LCD 顯示模塊、鍵盤(pán)模塊、數(shù)字 PID 算法、電壓電流監(jiān)控等進(jìn)行了比較深入的研究。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，掌握了驅(qū)動(dòng)電路的相關(guān)設(shè)計(jì)及數(shù)字PID算法的使用及編程方法，學(xué)習(xí)了如何進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)技巧，為今后的工作和學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 flag1=0。 IT0=1。 count=0。 en1=0。 U0=200。 cc=0。 pwm1=0。 P1=0xF0。 //設(shè)置液晶顯示器 Clr_Scr()。Disp_Chinese(0,0,dan)。Disp_Chinese(0,16,pian)。Disp_C