MCS单片机电机转速控制及测速显示系统

MCS-51单片机电机转速控制及测速

显示系统

一、系统总体方案选择与说明

本课题要求设计一个单片机电机转速控制系统。给定信号经A/D转换输入到单片机(MCS-51)并显示，单片机根据给定从D/A输出相应的信号控制直流电机的转速，并能对电机的转速进行测量。1．设计要求

要求以MCS-51系列单片机为核心设计一个直流电机调速系统，该系统具有显示电动机转速、输入模拟量的功能。用6位LED 显示。前两位显示AD，后两位显示输入模拟量，最后两位显示电动机转速，单位为转/s, 电动机最大转速为5000转/min。其转速由D/A转换的模拟量控制。

2．设计思路

1）由地址琐存器74LS273芯片实现动态显示模块，74LS273输出端为段控，用于输出所显示的数值，P1.0-P1.5口位控，控制哪一位LED管亮，LED采用共阴极的接法；

2）选用89C51单片机，其内部有4K的寄存器，无需扩展外部存储单元，还具有2个16位定时器/计数器，可以通过CPU内部定时，进行数据采集；

3）.ADC0809可将模拟量转换为数字量，并将数字量送单片机；DAC0832可将从单片机输出的数字量转换为模拟量，并用模拟量控制直流电机；

4）用霍尔元件测电动机转速。转速的测量方法有两种：

①频率法：利用单片机内部定时器定时（定时时间1秒），再用一计数器对被测脉冲计数，所测脉冲个数即转速值（转/S）

②周期法：测量脉冲的周期，即利用定时期累计在被测脉冲的一个周期内机器周期的个数n。被测信号周期T=n*机器周期，被测信号频率f=1/T。

考虑到要用定时采样的方法，同时又要将两位转速显示出来，所以本设计中采用频率法。

一、系统结构框图与工作原理

1．系统结构框图

2．工作原理

通过调节可变电阻,将模拟量送入AD转换器,经AD转换后通过P0口,将数字量送入单片机,单片机将数字量送I/O,并经74LS273锁存,送数码管显示,同时将数字量送给DA,DA将数字量转换为模拟量,用于控制直流电机的转速。通过霍尔元件将测的电动机转速脉冲信号接单片机的中断INT0, 用工作寄存器R6对脉冲数进行即测量转速值,又通过单片机将转速值数码管送显示。

三、各单元硬件设计及说明

1.A/D转换模块设计与说明

由于外界的模拟量不能直接被单片机8051直接识别，所以设置一个A/D转换电路，将外来的模拟信号转换成能被8051识别的数字信号进行处理。转换电路由模数转换器ADC0809来实现。

ADC0809是最常用的8位模数转换器，属于逐次逼近。

ADC0809采用单一+5V供电，片内有带锁存功能的8路模拟开关，可对0~+5V、8路模拟信号分时进行转换，完成一次转换的时间约需100üs，数字输出信号具有TTL三态锁存器。

ADC0809功能简述如下：

1）IN0~IN7：8通道模拟量输入信号；

2）D0~D7：8位二进制数据输出端，三态输出；

3）ADDC、ADDB、ADDA：通道号选择信号。用于选择8路输入之一进行A/D转换。

4）START：启动A/D转换信号，正脉冲有效，当给出一个START 信号后，转换开始。脉冲宽度要求在200ns以上。

5）EOC：转换结束信号，START的上升沿使EOC变为低电平，A/D转换完成，EOC变为高电平。

6）OE：输出使能信号，高电平有效，当此信号有效时，打开输出三态门，将转换后的结果送至数据总线。

图1.A/D转换模块接线图

2、89C51单片机芯片

89C51是一个40引脚的集成电路，引脚如图3：

1、主电源引脚VCC和VSS

VCC——（40脚）接+5V电压；

VSS——（20脚）接地。

2、外接晶体引脚XTAL1和XTAL2

3、控制或与其它电源复用引脚RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP

4、输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）

① P0口（39脚至32脚）：是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

② P1口（1脚至8脚）：是准双向8位I/O口。由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。

③ P2口（21脚至28脚）：是准双向8位I/O口。在设计时用到P2.0作查询口，检测AD转换是否结束。

④ P3口（10脚至17脚）设计系统时用到的P3口线的第二功能定义如下：

P3.2 12 INT0（外部中断0）

P3.4 14 T0（定时器0外部输入）

P3.6 16 WR（外部数据存储器写脉冲）

P3.7 17 RD（外部数据存储器读脉冲）

图2.8051模块接线图

3、 D/A 转换模块设计与说明

DAC0832是CMOS 工艺制造的8位单片模拟/数字（D/A ）转换器. DAC0832各引脚的功能如下： DI0～DI7： 数据输入线.

ILE ： 数据允许锁存信号，高电平有效； CS ： 输入寄存器选择信号，低电平有效. XFER: 数据传送信号，低电平有效. VREF ： 基准电源输入引脚 .

Rfb ： 反馈信号输入引脚，反馈电阻在芯片内部. IOUT1、IOUT2 ： 电流输出引脚.电流IOUT1、IOUT2 的和为常数，IOUT1、 IOUT2 随DAC 寄存器的内容线性变化. VCC ： 电源输入引脚. AGND ： 模拟信号地. DGND ： 数字地.

图3. D/A转换模块接线图4、LED数码管动态显示模块

LED数码管动态显示器是1种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件.它使用了8个LED发光二极管,其中7个用于显示字符,1个用于显示小数点,故通常称之为7段(也有称作8段)发光二极管数码显示器.

LED数码显示器有两种连接方法：

(1)共阳极接法：

把发光二极管的阳极连在一起构成公共阳极，使用时公共阳极接+5V,每个发光二极管的阴极通过电阻与输入端相连.

(2)共阴极接法：

把发光二极管的阴极连在一起构成公共阴极，使用时公共阴极接地.每个发光二极管的阳极通过电阻与输入端相连.