检测技术试验报告.docx
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检测技术试验报告
基于51单片机温度自保护的直流电机控制系统
一、实验目的
1．了解直流电机控制的基本方法。
2．通过本实验课程，进一步掌握单片机的基本原理、以及扩展微机系统多种接口的基本方法，具有基于微机和单片机系统进行软硬件综合设计和实现的能力。
3．了解微机系统的基本软硬件结构，熟悉和掌握单片机系统串行口、并行口、定时器/计数器、中断和LCD液晶显示接口等一些基本芯片的使用方法，掌握基于89C51系列单片机指令系统的汇编语言程序设计或C语言程序设计和调试方法。
二、实验原理和内容
本系统使用到的硬件模块有：
LCD12864M液晶、简单I/O、DS18B20温度测控、蜂鸣器、直流电机、PWM电压功放器、LED指示灯等。
8051单片机是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，P0.0~P0.7P0口8位双向口线（在引脚的39~32号端子）。
P1.0~P1.7P1口8位双向口线（在引脚的1~8号端子）。
P2.0~P2.7P2口8位双向口线（在引脚的21~28号端子）。
P3.0~P3.7P3口8位双向口线（在引脚的10~17号端子）。
本实验通过利用定时器T0，控制IO口输出高电平和低电平的时间，产生PWM方波来控制直流电机转速。
通过DS18B20温度测控读取当前温度，如果在电机运转过程中，温度超过警报温度，则电机停止旋转。
下面简要的介绍下本系统的各个模块：
ØDS18B20是DALLAS生产的一线制串行接口数字式温度计。
它的温度测量范围是-55C~125C,-10C~85C内误差为正负0.5C;9－12位转换精度，转换时间100ms－750ms，通常为500ms。
本系统利用DS18B20对电机温度进行实时的模拟检测采集。
ØLCD12864M是将液晶显示器件、连接件、集成电路、背光源结构装配在一起的组件。
它的分辨率为128×64，可显示图形或4行共32个16×16点阵的汉字，并且内置8192个16×16点阵的汉字库、128个字符、64×256点阵的显示RAM。
12864M与单片机之间使用串行接口方式（PSB=0），RS（CS）为串行的片选信号，R/W（SID）为串行数据口，E（CLK）为串行同步时钟。
串行数据传送一帧分三个字节：
串行控制指令、数据的高4位和数据的低4位。
ØPWM是通过定时器T0，控制IO口输出高电平的时间TH和低电平的时间TL，其占空比为TH/（TH+TL）。
ØLED指示灯链接P2口，当P2位口输出低电平时，指示灯电亮，用以指示速度档。
当温度超过警报温度时，P2反复输出高电平和低电平，指示灯闪烁报警。
Ø蜂鸣器接P1^7口，当温度超过警报温度时，P1^7输出低电平，蜂鸣器警报。
三、实验设备和软件平台
硬件：
实验箱（一台）、示波器（一台）、单片机仿真器（一台）、连接线（若干）
软件：
星研集成环境软件
四、实验各模块连接结构
1、系统的总体框架图：
2、实验连线：
LCD液晶：
CS—P1^0
SID—P1^1
SCLK—P1^2
PSB—P1^3
拨码开关：
P0
LED灯：
P2
蜂鸣器：
P1^7
PWM：
P1^6
温度DS18B20：
P3^5
五、实验注意事项及总结
在本系统的调试完善过程中，发现了不少的问题，主要有：
1、在调试时，要把P2调为I/O模式。
2、晶振要设置为12MHZ。
3、不要带电操作实验箱。
4、不能存太多全局变量，会使51单片机内部RAM不够，导致地址溢出，程序出错。
5、各种芯片初始化要十分注意，特别是温度DS18B20的初始化过程中不能有中断出现，而步进电机是需要定时中断来定时驱动的，很难让它们不互相影响，这也是在实验中为什么有时会出现温度很大或为零的原因。
最好的解决方法就是不使用中断。
六、附录——实验程序
//头文件
#include
#include
#include
#include
//*******************接线说明******************************************
/*液晶：
CS—P1^0SID—P1^1SCLK—P1^2PSB—P1^3
调速档拨码开关：
—P0
指示灯：
—P2
蜂鸣器：
—P1^7
*/
//宏定义
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
//函数声明
voidLCDString（unsignedchar*pStr）;
voidW_1byte（unsignedcharRW,unsignedcharRS,unsignedcharW_data）;
voidAlarm（void）;
//警报温度大小定义
#defineTEMPERATURE_ALARM21.0
//液晶接口
sbitCS=P1^0;
sbitSID=P1^1;
sbitSCLK=P1^2;
sbitPSB=P1^3;
//温度//TOUT接T1，T1口即为P3.5
sbitDQ=P3^5;
unsignedintT;//温度测量
floatradio;//占空比
unsignedchartimeH=0x3c,timeL=0xb0;
unsignedintflag0;//PWM标志位
unsignedintflag1;//温度警报标志，1for超过
//蜂鸣器
sbitBeeper=P1^7;
//直流电机CTRL接功放E2的OUT（OUT1），功放E2的IN（IN1）接P1.6
sbitDianji=P1^6;
//液晶显示器显示的内容
codeunsignedcharlcd_data80[]={"MotorControl"};
codeunsignedcharlcd_data88[]={"ALM温度：
21.0"};
//存储测量温度值
unsignedcharTemp_Value[]={0x00,0x00};
//延时
voiddelay（unsignedchari）
{
while（i--）
{;}
}
//温度测量模块
//初始化
unsignedcharInit_DS18B20（）
{
unsignedcharstatus;
DQ=1;
delay（8）;
DQ=0;
delay（90）;
DQ=1;
delay（8）;
status=DQ;
delay（100）;
DQ=1;
returnstatus;
}
//读字节
unsignedcharReadOneByte（）
{
unsignedchari,dat=0;
DQ=1;_nop_（）;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
dat>>=1;
DQ=1;
_nop_（）;_nop_（）;
if（DQ）dat|=0x80;
delay（30）;
DQ=1;
}
returndat;
}
//写字节
voidWriteOneByte（unsignedchardat）
{
unsignedchari;
for（i=0;i<8;i++）
{
DQ=0;
DQ=dat&0x01;
delay（5）;
DQ=1;
dat>>=1;
}
}
//读取温度值
voidRead_Temperature（）
{
if（Init_DS18B20（）!
=1）;
{
WriteOneByte（0xcc）;
WriteOneByte（0x44）;
Init_DS18B20（）;
delay（100）;
WriteOneByte（0xcc）;
WriteOneByte（0xbe）;
Temp_Value[0]=ReadOneByte（）;
Temp_Value[1]=ReadOneByte（）;
}
}
//温度值显示及警报操作
voidDisplay_Temperature（）
{
bitflag;
ucharDisplayBuf[20];
ucharNotAlarmBuf[20];
ucharlsb,msb;
uinttemp,t1;
floatt2;
msb=Temp_Value[1];//Signbyte+lsbit
lsb=Temp_Value[0];//Tempdatapluslsb
if（（msb&0xF0）>0）
{//判断是否为负温度
flag=1;
}
else
{
flag=0;
}
if（flag）
{//如果为负温度取反加1
temp=（（uint）msb<<8）|lsb;
temp=~temp+1;
msb=temp/256;
lsb=temp%256;
}
t1=msb<<4;
t1|=（lsb>>4）;//t1为温度值的整数部分
t2=（lsb&0x0F）*0.0625+t1;
T=t1;
//液晶显示当前温度值
sprintf（DisplayBuf,"电机温度:
%2.1f℃\0",t2）;
W_1byte（0,0,0x88）;
LCDString（DisplayBuf）;
//判断温度是否超过警报值
if（t2>=TEMPERATURE_ALARM）
{
Alarm（）;//警报函数
flag1=1;
}
else
{
flag1=0;//温度正常情况操作，液晶显示，电机转动，蜂鸣器关闭
sprintf（NotAlarmBuf,"设定占空比：
%2.0f%%",radio）;
W_1byte（0,0,0x98）;
LCDString（NotAlarmBuf）;
Beeper=1;
}
}
//LCD液晶显示
//函数作用：
负责向SID串行写入8个bit位
voidWrite_8bits（unsignedintW_bits）
{
unsignedinti;
unsignedintTemp_data;
for（i=0;i<8;i++）
{
Temp_data=W_bits;
Temp_data<<=i;
if（（Temp_data&0x80）==0）//bit7iszero
{
SID=0;
_nop_（）;
SCLK=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
SCLK=0;
_nop_（）;
SID=0;
}
else//bit7isone
{
SID=1;
_nop_（）;
SCLK=1;
_nop_（）;
_nop_（）;
SCLK=0;
_nop_（）;
SID=0;
}
}
}
//函数作用：
写一个字节的数据到12864液晶，包括指令和数据
//说明：
RW=1，从液晶读数据到MCU；RW=0，写一个数据到液晶；
//（一般RW都设为0，即只向液晶写数据，不读数据）
//RS="1"，写入的是数据；RS=0，写入的是指令；
//一般模式：
RW=0，RS=1;写数据
//RW="0"，RS=0;写指令
voidW_1byte（unsignedcharRW,unsignedcharRS,unsignedcharW_data）
{
unsignedintH_data,L_data,S_ID=0xf8;//11111RWRS0
if（RW==0）
{
S_ID&=~0x04;
}
else//if（RW==1）
{
S_ID|=0X04;
}
if（RS==0）
{
S_ID&=~0x02;
}
else//if（RS==1）
{
S_ID|=0X02;
}
H_data=W_data;
H_data&=0xf0;//屏蔽低4位的数据
L_data=W_data;//xxxx0000格式
L_data&=0x0f;//屏蔽高4位的数据
L_data<<=4;//xxxx0000格式
CS=1;
Write_8bits（S_ID）;//发送S_ID
Write_8bits（H_data）;//发送H_data
Write_8bits（L_data）;//发送L_data
CS=0;
}
//向液晶屏写入字符串
voidLCDString（unsignedchar*pStr）
{
for（;*pStr!
='\0';pStr++）
W_1byte（0,1,*pStr）;
}
//LCD初始化
voidLCD_init（void）
{
unsignedcharcmd;
cmd=0x30;//功能设置8位数据，基本指令
W_1byte（0,0,cmd）;delay
（2）;cmd=0x0C;//显示状态ON，游标OFF，反白OFF
W_1byte（0,0,cmd）;//写指令
delay
（2）;
cmd=0x01;//清除显示
W_1byte（0,0,cmd）;//写指令
delay
（2）;
cmd=0x02;//地址归位
W_1byte（0,0,cmd）;//写指令
delay
（2）;cmd=0x80;//设置DDRAM地址
W_1byte（0,0,cmd）;//写指令
delay
（2）;//延时
}
//LCD初始化
voidinit_LCD（）
{
//SP=0X60;//*指针地址
CS=0;
SCLK=0;
SID=0;
PSB=0;
LCD_init（）;
}
//将一、二行字符串写入LCD
voidLCD_mess_display（）
{
unsignedchari;
W_1byte（0,0,0x80）;
_nop_（）;
for（i=0;lcd_data80[i]!
='\0';i++）
{
W_1byte（0,1,lcd_data80[i]）;
}
W_1byte（0,0,0x90）;
for（i=0;lcd_data88[i]!
='\0';i++）
{
W_1byte（0,1,lcd_data88[i]）;
}
}
//LCD显示
voidDisplayLcd（）
{
LCD_mess_display（）;
delay（100）;
}
//LCD显示温度
voidShowTemperature（）
{
Read_Temperature（）;
Display_Temperature（）;
}
//温度警报
voidAlarm（void）
{
//uchari;
ucharAlarmBuf[20];
//LED_GREEN=1;
//LED_RED=0;
sprintf（AlarmBuf,"智能调速：
%2.0f%%",radio）;
W_1byte（0,0,0x98）;
LCDString（AlarmBuf）;
Beeper=0;
}
//********************T0定时,T1计数*******************************************
voidTime_Init（）
{
TMOD=0x51;//工作方式2
EA=1;//使能
ET0=1;//开发中断，可到中断程序执行
//ET1=1;
TL0=timeH;TH0=timeL;//时间=（2^16-TH*2^8-TL）*1us
TR0=1;//开TO定时
flag0=1;
//TH1=0xff;TL1=0xff;//1ms中断
//TR1=1;
}
//主函数
main（）
{
unsignedinti;
//LED_GREEN=0;
Time_Init（）;//定时器计数器初始化
init_LCD（）;
//****************输出作品信息******************************
/*sprintf（biaoti1,"厦门大学自动化系"）;
W_1byte（0,0,0x80）;
LCDString（biaoti1）;
sprintf（biaoti2,"陈福feng"）;
W_1byte（0,0,0x90）;
LCDString（biaoti2）;
sprintf（biaoti3,"23220131153339"）;
W_1byte（0,0,0x88）;
LCDString（biaoti3）;
sprintf（biaoti4,"2013-12-30"）;
W_1byte（0,0,0x98）;
LCDString（biaoti4）;
delay（0xef）;
delay（0xef）;
*/
//***************************************************************
DisplayLcd（）;//显示前两行
while
（1）
{
if（flag1==0）//没有警报
{
switch（~P0）
{
case0x01:
{timeH=0xe0;timeL=0xe0;radio=12.5;break;}
case0x03:
{timeH=0xc0;timeL=0xc0;radio=25.0;break;}
case0x07:
{timeH=0xa0;timeL=0xa0;radio=37.5;break;}
case0x0f:
{timeH=0x80;timeL=0x80;radio=50.0;break;}
case0x1f:
{timeH=0x60;timeL=0x60;radio=62.5;break;}
case0x3f:
{timeH=0x40;timeL=0x40;radio=75.0;break;}
case0x7f:
{timeH=0x20;timeL=0x20;radio=87.5;break;}
case0xff:
{timeH=0x00;timeL=0x00;radio=100;break;}
default:
{timeH=0xff;timeL=0xff;radio=00;break;}
}
P2=P0;//P2指示灯，表示档数
}
else
{
i=T-TEMPERATURE_ALARM;//智能降速
switch（i）
{
case1:
{timeH=0x20;timeL=0x20;radio=87.5;break;}
case2:
{timeH=0x60;timeL=0x60;radio=62.5;break;}
case3:
{timeH=0xa0;timeL=0xa0;radio=37.5;break;}
case4:
{timeH=0xe0;timeL=0xe0;radio=12.5;break;}
default:
{timeH=0xff;timeL=0xff;radio=0.0;break;}
}
P2=0x00;
delay（0xff）;//指示灯闪烁
delay（0xff）;
delay（0xff）;
delay（0xff）;
P2=0xff;
delay（0xff）;
delay（0xff）;
delay（0xff）;
delay（0xff）;
}
if（flag0==1）//置高
Dianji=1;//PWM输出
if（flag0==0）//置低
Dianji=0;
ShowTemperature（）;
delay（200）;
}
}
voidtimer0（void）interrupt1using1
{
if（flag0==0）
{
TR0=0;
TL0=timeL;//高电平时间
TH0=timeH;
flag0=1;
TR0=1;
}
else
{
TR0=0;
TL0=~timeL;//低电平时间
TH0=~timeH;
flag0=0;
TR0=1;
}
}
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