《单片机》课程设计：基于单片机的电动机电压调节器设计与制作

单片机课程设计说明书 JIANGSU TEACHERS UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 单片机课程设计说明书 设计题目：基于单片机的电动机电压调节器设计与制作 学院名称： 机械与汽车工程学院 专 业： 汽车服务工程 班 级： 08汽服2ZW 姓 名： 祁 平 学 号： 08323205 指导老师： 张 兰 春 2011年6月摘 要摘要：本文分析了电动机电压调节器的功能和特点，阐述了单片机电动机电压调节器的组成和原理，介绍了该系统在控制汽车电动机电压上的应用。论述了如何利用A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，再将信号送至单片机与设定电压对比确定，利用七段数码管显示出来。关键词：AT89C51 ADC0809 数码管目 录第一章 系统的设计说明.41.1 系统的设计目的. 41.2 系统的设计思路.4第二章 元器件介绍.52.1 AT89C51.52.2 ADC0809.62.3 七段发光显示器.82.4 其他元件说明.9第三章 硬件设计.103.1 系统硬件设计.10第四章 软件设计.114.1 程序分析.114.2 程序设计流程图.114.3 程序设计.11小结 .15谢词 .16参考文献.17第一章 系统的主要功能说明1.1系统的设计目的电压的变化对电动机的影响：1、对力矩的影响 电压愈低，力矩愈小。由于电压减低，启动力矩减小，会使启动时间增长，如当电压减低20%时，启动时间将增加3.75倍。要注重的是，当电压降落槽到某一数值时，电动机的最大力矩小于阻力力矩，于是电动机会停转。而在某些情况下（如负载是水泵，有水压情况下），电动机还会发生倒转。2、对转速的影响电压减低，转速也减低，因为电压减低使电磁力矩减小。3、对效率的影响 若电压减低，机械损耗实际上不变，铁耗差不多与电压平方成正比减少；转子绕组的损耗和转子电流平方成正比增加；定子绕组的损耗决定于定子电流的增加还是减少，而定子电流又决定于负载电流和空载电流间的互相干系。总的来说，电动机在负载钟头（40%），效率增加一些，而然后开始很快地下降。4、对发热的影响在电压变化范围不大的情况下，由于电压减低，定子电流升高；电压升高，定子电流减低。在一定的范围内，铁耗和铜耗可以相互赔偿，温度保持在容许范围内。因此，当电压在定额值±5%范围内变化时，电动机的容量仍可保持不变。但当电压减低超过定额值的5%时，就要限制电动机的出力，否则定子绕组可能过热，因为此时定子电流可能已升到比力高的数值。当电压升高超过10%时，由于磁通密度增加，铁耗增加，又由于定子电流增加，铜耗也增加，故定子绕组温度将超过允许值。 由于电压的变化对电动机有以上等影响，因此必须对电动机的电压进行调节，使电动机保持在正常电压范围内工作。1.2系统的设计思路系统设计思路如下：电动机的电压，通过与12V进行比较，之后通过电压调节器进行调整。在本设计中，通过改变输入的阻值，与设定的值进行比较，而后通过A/D转换器将之转变为数值信号输出。来实现电动机电压调节器的作用。第二章 元器件介绍2.1单片机AT89C512.1.1 AT89C51的主要特性：·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 ·全静态工作：0Hz-24MHz ·三级程序存储器锁定 ·128×8位内部RAM ·32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 ·片内振荡器和时钟电路 21.2 单片机芯片引脚描述图2.1为AT89C51单片机的引脚配置图。（1）主电源引脚VCC（2）外接晶振引脚XTAL1和XTAL2（3）复位引脚RST，输入高电平是AT89C51复位（4）输入/输出引脚P0、P1、P2、P3（共32根）（5）程序存储器选择信号引脚EA（6）外部程序存储器读选通信号引脚PSEN（7）外部存储器低8位地址锁存信号引脚ALE 图2.1单片机引脚图2.2 ADC08092.2.1 ADC0809主要性能（1）分辨率为8位；（2）精度：ADC0809小于±1LSB（ADC0808小于±1/2LSB）；（3）单+5V供电，模拟输入电压范围为05V；（4）具有锁存控制的路输入模拟开关；（5）可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容；（6）功耗为15mW；（7）不必进行零点和满度调整；（8）转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频率范围：101280KHz。典型值为时钟频率640KHz，转换时间约为100S。2.2.2 ADC0809结构ADC0809（简称0809）是8路8位逐次逼近式AD转换器，适用于精度要求不高（分辨率1256）的多路AD转换，具有三态数据总线，可以直接和MCU接口。0809由8路模拟开关、通路地址锁存器、8位AD转换器和三态数据缓冲器等组成。图2.2为0809的结构框图。8位AD转换器三态输出锁存器缓冲器通路转换开关通路地址锁存译码器IN0IN7ABCALE18VCCGNDOEV- V+STARTCLK图2.2 ADC0809结构框图2.2.3 ADC0809引脚图2.3为ADC0809引脚图（1）IN0IN7，8路模拟量输入端。（2）D7D0，8位数字量输出端。（3）ALE， 地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正脉冲时，可将三位地址选择信号A、B、C锁存于地址寄存器内并进行译码，选通相应的模拟输入通道。（4）START，启动A/D转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一个正脉冲，上升沿复位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始A/D转换。（5）CLK，时钟信号输入端。（6）EOC，转换结束信号输出端。A/D转换期间EOC为低电平，A/D转换结束后EOC为高电平。（7）OE，输出允许控制端，控制输出锁存器的三态门。当OE为高电平时，转换结果数据出现在D7D0引脚。当OE为低电平时，D7D0引脚对外呈高阻状态。（8）C、B、A，8路模拟开关的地址选通信号输入端，3个输入端的信号为000111时，接通IN0IN7对应通道。（9）VR（）、VR（）：分别为基准电源的正、负输入端。 图2.3 ADC0809引脚图2.3 七段发光显示器常用的七段显示器的结构如图2.4所示。发光二级管的阳极连在一起的称为共阳极显示器，阴极连在一起的称为共阴极显示器。1位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管ag控制7个笔画（段）的亮或暗，另一个控制一个小数点的亮和暗，这种笔画式的七段显示器能显示的字符较少，字形的形状有些失真，但控制简单，使用方便。图2.5为显示器图2.4 七段发光显示器的结构图2.5显示器2.4 其它元器件说明晶振电路使用12MHZ的晶体振荡器，30PF的电容。复位电路采用10UF的电容，10K的电阻。显示器电路中除4位7段显示器外还使用了8个5k上拉电阻。第三章 硬件设计3.1系统硬件设计图3.1为系统硬件设计图：图3.1系统硬件设计图第四章 软件设计4.1 程序分析进行A/D转换时，采用查询EOC的标志信号来检测A/D转换是否完毕，若完毕则把数据通过P0端口读入，经过数据处理之后显示出来。4.2 程序设计流程图开始选择ADC0809的转换通道道启动A/D转换转换结束？输出转换结果数值转换显示否是图4.2程序设计流程图4.3 程序设计LED_0EQU 30H ;存放三个数码管的段码LED_1 EQU 31HLED_2 EQU 32HCLOCK BIT P2.4ADCEQU35H;存放转换后的数据ST BIT P3.2OE BIT P3.0EOC BIT P3.1ORG 00H SJMP START ORG 0BH LJMP abcSTART: MOVLED_0,#00HMOVLED_1,#00HMOVLED_2,#00HMOVDPTR,#TABLE;送段码表首地址 setbP3.4setbP3.5 clrP3.6 ;选择ADC0808的通道3 MOV TMOD,#02H MOV TH0,#24 MOV TL0,#00H MOV IE,#82H SETB TR0WAIT: CLR STSETB STCLR ST;启动转换 JNB EOC,$ ;等待转换结束SETB OE ;允许输出MOV ADC,P1;暂存转换结果CLR OE ;关闭输出MOV A,ADC;将AD转换结果转换成BCD码MOV B,#100DIV ABMOV LED_2,AMOV A,BMOV B,#10DIV ABMOV LED_1,AMOV LED_0,BLCALLDISP ;显示AD转换结果SJMP WAITabc: CPL clock RETIDISP: clr p2.0 MOVA,LED_0;数码显示子程序MOVCA,A+DPTR setb p2.1 MOVP0,ALCALLDELAY clr p2.1MOVA,LED_1MOVCA,A+DPTR setb p2.2MOVP0,ALCALLDELAY clr p2.2MOVA,LED_2MOVCA,A+DPTR setb p2.3MOVP0,A LCALLDELAYclr p2.3RETDELAY:MOVR6,#10;延时5毫秒D1:MOVR7,#250DJNZR7,$DJNZR6,D1RETTABLE: DB0C0h,0F9h,0A4h,0B0H,099H,092H,082H,0F8H,080H,090H END小结通过这次课程设计，我感触颇多，先谈谈单片机方面的，无论做什么事情，都得理论联系实际，理论和实际相结合的重要性在这次的课程设计中体现的淋漓尽致。以前学单片机理论课的时候，不怎么懂，所以这次课程设计对我来讲也是一大考验。买元器件的时候，由于把共阴管买成了共阳管，所以修改程序着实是一大难题，我们天真的以为只要把断码改了就行了，一调试才发现根本行不通。就单单修改程序就花了我们好几天的时间，不行再改再调试。最终在张老师的指导下，在我们的反复修改调试下，皇天不负有心人，终于调试成功。然后谈谈人际关系方面的，俗话说的好，三个臭皮匠凑成个诸葛亮，果然没错，在这次的课程设计中，我们宿舍三个人在修改程序的时候，互相讨论，分工查阅资料，再有不懂就问张老师和班里的其他同学，他们都会耐心的给我们讲解，在张老师和同学们的帮助下最终调试成功。最后谈一下我自己对这门课的看法。通过这次的课程设计，我从中得到很多书本上无法得到的知识。自己今后做任何事都会将理论知识和实际应用结合起来，提高自己的能力。课堂教学考虑到大多数同学的需求，主要强调“基本”基本知识、基本理论、基本方法、基本技能。而这次设计正是为我们提供了一个深入学习、探索的机会，成为课堂教学的有益补充。谢词在本次课程设计过程中，首先我要特别感谢我们的指导老师张兰春张老师，然后也对给过我帮助的老师们和同学们表示感谢。我们的张老师认真的给我们每一位同学选题，耐心的指导我们制作与设计。不管有多忙总会抽出时间为我们解答难题，我的题目程序有些地方要修改，老师总会耐心的给我讲解，这令我十分的感动。我们班的同学主动给予我帮助，帮助我检查元器件的连接，程序的修改。这次课程设计的顺利完成，多亏了我们的张老师和我们班的同学们。张老师严谨的治学态度、精益求精的工作态度是我终生学习的楷模，老师的精神将永远激励着我。参考文献1. 1夏彬彬 任明全 屈金学.单片机常用模块与综合系统设计M.电子工业出版社.20092.张友德 赵志英 凃时亮.单片微型机M.复旦大学出版社.20063.肖婧.单片机入门与趣味实验设计M.北京航空航天大学出版社.20084.刘置升 孙蕙芹 童一帆 苏梅.单片机实训与开发教程M.科学出版社.20085. 刘刚 秦永左.单片机原理及应用M.中国林业出版社，2006图2-2 MCS-51片内总体结构框图定时和控制逻辑- 17 -