MCS-51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）A DDC、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）S TART：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）

①P0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。

②P1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。

③P2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。

④P3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