单片机直流电机控制系统的设计与仿真要点.docx
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单片机直流电机控制系统的设计与仿真要点
《单片机》期末考查（课程设计）
论文题目：
单片机直流电机控制系统的设计与仿真
学别：
电气信息
班级：
姓名：
学号：
1238230239
指导老师：
职称：
日期：
2015年1月16日
第一章绪论
一个单片机应用系统从提出任务到正式投入运行的过程，称为单片机的开发。
开发过程所用的设备即开发工具。
一般用计算机来调试单片机，所用开发工具为仿真器和调试器，两者一起构成硬件平台。
软件平台是指装入通用PC的软件开发调试系统，它的作用是编辑、汇编、编译、仿真与调试，称为WINDOWS下的集成开发环境。
集成开发环境是单片机厂家为用户提供的产品开发环境，包括单片机的硬件平台和软件平台。
20多年来，世界上出现过几种用于51系列单片机的开发软件，下面以伟福6000和Proteus为例。
1.1WAVE6000软件说明
这个软件是南京伟福公司的单片机开发软件，一般就是用在C51单片机，具备双工作模式和真正的集成调试环境。
此软件可不需要购买仿真器，使用软件模拟仿真器即可，使用很方便。
也配有硬件仿真设备，但需购买。
它集成了编辑器、编译器、调试器，源程序编辑、编译、下载、调试全部可以在一个环境中完成。
且伟福的多种仿真器及所支持各种CPU仿真全部集成在一个环境下。
由于此软件风格统一，从而可节省用户的时间和精力。
1.2PROTEUS软件说明
PROTEUS是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大，是其他任何一款软件不能相比的。
1.2.1软件的特点
①全部满足我们提出的单片机软件仿真系统的标准，并在同类产品中具有明显的优势。
②具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。
③目前支持的单片机类型有：
68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各种外围芯片。
④支持大量的存储器和外围芯片。
1.2.2ISIS智能原理图输入系统
ISIS是Proteus系统的中心，具有控制原理图画图的超强的设计环境。
ISIS有以下特性：
1、出版质量的原理图
ISIS提供给用户图形外观，包括线宽、填充类型、字符等的全部控制，使用尸能够生成如杂志上看到的精美的原理图，画完图可以以图形文件输出，画图的外形由风格模板定义。
2、良好的用户界面
ISIS有一个无连线方式，用户只需单击元件的引脚或者先前布好的线，就能实现布线。
此外，摆放、编辑、移动和删除操作能够直接用鼠标实现．无需去单击菜单或图标。
3、自动走线
只要单击想要连接的两个引脚，就能简单地实现走线。
在特殊的位置需要布线时，使用者只需在中间的角落单击。
自动走线也能在元件移动的时候操作，自动解决相应连线。
节点能够自动布置和移除。
既节约了时间，又避免了其他可能的错误。
4、层次设计
ISIS支持层次图设计，模块可画成标准元件，特殊的元件能够定义为通过电路图表示的模块，能够任意设定层次，模块可画成标准元件，在使用中可放置和删除端口的子电路模块。
5、总线支持
ISIS提供的不仅是一根总线，还能用总线引脚定义元件和子电路。
因此，一个连线在处理器和存储器之间的32位的处理器总线可以用单一的线表示，节省绘图的时间和空间。
6、元件库
ISIS的元件库包含8000个元件，有标准符号、三极管、二极管、热离子管、TTL
CMOS、ECL、微处理器，以及存储器元件、PLD、模拟Ic和运算放大器。
7、可视封装工具
原理图和PCB库元件的匹配是由封装工具简化的。
在原理图部分的引脚旁边将显示PCB的封装，并允许每个引脚名对应文本和图形的引脚号码。
8、复合元件
ISIS的元件库表达方式有很多种，无论是单个元件、同态复合元件、异态复合元件，还是连接器，都可以在原理图上以独立引脚来表达，不用所有线都连到一个独立元件上。
9、元件特性
设计中的每个元件都有一定数日的属性或特性。
某些特性控制软件的特定功能（如PCB封装或仿真）用户也可以添加自己的特性。
一旦库建立，就能提供默认值及特性定义。
特性定义提供大量的特性描述，当修改元件时，将显示在编辑区域内。
10、报告
ISIS支持许多第三方网表格式，因此能为其他软件所使使用．设置元件清单后可以添加用户所需的元件属性，也可设置属性列以挑选一定数目的属性。
ERC报告可列出可能的连线错误，如末连接的输入、矛盾的输出及未标注的网络标号。
1.3MCS-51单片机系统简介
单片机应用系统由硬件系统和软件系统两部分组成。
硬件系统是指单片机以及扩展的存储器、I\O接口、外围扩展的功能芯片以及接口电路。
软件系统包括监控程序和各种应用程序。
在单片机应用系统中，单片机是整个系统的核心，对整个系统的信息输入、处理、信息输出进行控制。
与单片机配套的有相应的复位电路、时钟电路以及扩展的存储器和I\O接口，使单片机应用系统能够运行。
在一个单片机应用系统中，往往都会输入信息和显示信息，这就涉及键盘和显示器。
在单片机应用系统中，一般都根据系统的要求配置相应的键盘和显示器。
配置键盘和显示器一般都没有统一的规定，有的系统功能复杂，需输入的信息和显示的信息量大，配置的键盘和显示器功能相对强大，而有些系统输入/输出的信息少，这时可能用几个按键和几个LED指示灯就可以进行处理了。
在单片机应用系统在中配置的键盘可以是独立键盘，也可能是矩阵键盘。
显示器可以是LED指示灯，也可以是LED数码管，也可以是LCD显示器，还可以使用CRT显示器。
单片机应用系统中键盘一般用的比较多的是矩阵键盘，显示器用的比较多的是LED数码管和LCD显示器。
第二章总体方案设计
单片机直流电机控制系统的设计与仿真
内容：
设计一个直流电机驱动电路，可控制直流电机的旋转方向，采用PWM电源方式进行控制，电机的速度由模拟量输入给定。
目的、要求：
掌握小型直流电机的基本原理和控制过程
2.1总体设计
总体步骤如下：
1、在PROTEUS中设计硬件
2、在WAVE6000中编写程序，编译、连接形成HEX文件。
3、在PROTEUS中把HEX文件加载到单片机芯片上。
4、运行仿真看结果。
2.2硬件设计
硬件电路可通过Proteus软件进行设计。
2.2.1硬件设计电路
打开元件库，添加元件，使用单片机：
AT89C51，BUTTON，DAC0832,METALFILM220R,MOTOR,OP1P,OPAMP.
2.2.2PROTEUS软件使用过程
1）选择元器件
2）放置元器件
3）连线
4）添加程序
5）运行仿真
2.2.3元器件清单如下
单片机：
AT89C51
按键：
BUTTON
采样频率为八位的D/A转换器件:
DAC0832
低值电阻：
METALFILM220R
电动机：
MOTOR
理想运放模型：
OP1P
运算放大器：
OPAMP
2.3软件设计
用电位器调节AT89C51的PWM占空比，将A/D转换后的数据作为延时常数。
当电位器阻值发生变化，ADC0808输出的值也会变化，进而调节单片机输出的PWM
占空比，控制电动机的转速。
2.3.1PROTEUS硬件属性分配
RV1采集到的电压信息通过ADC0808转换为8位数字信号，
输入到单片机AT89C51。
PWM信号由单片机产生，输出到电动机驱动电路，进而
驱动电动机转动。
通过改变RV1可以改变PWM信号的占空比，从而控制电动机的
转速。
2.3.2程序设计
voidmain（）
{
TMOD=0x01;
TH0=（65536-500）/256;
TL0=（65536-500）%256;
EA=1;
EX0=1;
ET0=1;
IT0=1;
IT1=1;
TR0=1;
EX1=1;
pwm=0;
while
（1）;
}
voidpwmss（）
{
if（（k==n）&&（k<20））
pwm=1;
if（k==20）
{
pwm=0;
k=0;
}
}
voidint0（）interrupt1
{
if（n<20）
n++;
}
voidint1（）interrupt2
{
if（n>0）
n--;
}
voidtime0（）interrupt1
{
TH0=（65536-500）/256;
TL0=（65536-500）%256;
k++;
if（k<=n）
pwm=1;
else
pwm=0;//
if（k==20）
{
k=0;
}
}
程序2
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
sbitPWM=P2^0;//PWM输出波形
sbitS1=P3^2;
sbitS2=P3^3;
ucharZKB;//占空比
ucharflag;
voiddelay（ucharms）
{uchari,j;
for（i=ms;i>0;i--）
for（j=110;j>0;j--）;
}
voidmain（）
{
ZKB=0;
TMOD=0X10;//定时器1设置为工作方式1
TH1=（65536-1000）/256;
TL1=（65536-1000）%256;
IP=0x80;
EA=1;//开CPU总中断
EX0=1;
EX1=1;
ET1=1;
TR1=1;
if（ZKB>100）
ZKB=0;
if（ZKB<0）
ZKB=100;
while
（1）;
}
voidint0（）interrupt0//按键每按一次，占空比加1
{
EX0=0;
delay（68）;
EX0=1;
if（flag==1）
{
ZKB=ZKB+1;
}
}
voidint1（）interrupt2//按键每按一次，占空比减1
{
EX1=0;
delay（68）;
EX1=1;
if（flag==1）
{
ZKB--;
}
}
voidtime1（）interrupt3
{
ucharcount;//中断次数
TH1=（65536-20）/256;
TL1=（65536-20）%256;
count++;
if（count<=ZKB）//定时中断次数小于占空比，则P2.0输出高电平
{
flag=1;
PWM=1;
}
else
{
PWM=0;
}
}
2.3.3编译成HEX文件步骤
新建工程，新建一个text文件，输入代码．将文件编译成C文件，在输出选项勾上产生HEX文件，点击确认．点击运行，输出HEX文件．
第三章综合测试
3.1仿真工具栏
仿真控制按钮
1*运行
2*单步运行
3*暂停
4*停止
3.2仿真结果
第四章总结鉴定
在Proteus环境下输入源程序，把源代码
生成目标代码后，将其加载到电路中，设置单片机时钟频率为12Mhz，电路即可
开始工作。
通过改变RV1的阻值，可以看到ADC0808的输出端OUT1-OUT8相应位
输出高低不同的电平。
单片机接收到此数据后，控制输出端P3.7输出PWM信号。
RV1的改变可以控制电动机转速。
课程设计心得体会
说起课程实训，我认为最重要的就是做好设计的预习，认真的研究老师给的题目，选一个自己有兴趣的题目。
因为只有都明白了，做最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。
在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。
通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性，在实训过程中要注意增加的功能写好程序流程图，在程序流程图的基础上，根据芯片的功能写出相应的程序。
然后再进行程序调试和相应的修改，以达到能够实现所要求的功能的目的。
参考文献
[1]《单片机原理及实用技术》高等教育出版社李刚民曹巧媛著
[2]《C语言程序设计》高等教育出版社何钦铭颜晖著
[3]《C程序设计》清华大学出版社谭浩强著
[4]《新该娘51单片机C语言教程》电子工业出版社郭天祥著
[5]《51单片机应用开发范例大全》人民邮电出版社宋戈黄鹤松等著
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