基于A(yíng)T89S52單片機的電機控制系統設計

　　引言

　　電機控制在監控器材、醫療器械、電動(dòng)閥門(mén)、電動(dòng)窗簾、家用電器、旋轉燈具等方面有著(zhù)廣泛的應用，因此設計一款可控性好、精度高的電機控制系統是一件非常有意義的事。本文介紹的基于AT89S52單片機的電機控制系統的軟硬件設計，在按鍵的操作下對時(shí)間進(jìn)行設定，控制電機的轉動(dòng)，對工作狀態(tài)及時(shí)間進(jìn)行顯示。

　　1 設計方案說(shuō)明

　　該系統先通過(guò)按鍵對電機的正、反向(即順時(shí)針、逆時(shí)針)轉動(dòng)時(shí)間分別設置，時(shí)間顯示在LCD上，格式為時(shí)：分：秒(通過(guò)改變程序可以選擇不同的格式)。采用倒計時(shí)方式，正向時(shí)間完畢，立刻開(kāi)始反向轉動(dòng)時(shí)間計時(shí)，反向時(shí)間結束，自動(dòng)恢復到初始設定的時(shí)間。

　　時(shí)間設定完成后，按下開(kāi)始鍵，正向轉動(dòng)時(shí)間開(kāi)始計時(shí)，電機工作指示燈閃爍，正向轉動(dòng)指示燈亮，同時(shí)電機正向轉動(dòng);正向時(shí)間完畢，反向時(shí)間開(kāi)始計時(shí)，正向轉動(dòng)指示燈熄滅，反向轉動(dòng)指示燈亮，同時(shí)電機反向轉動(dòng)。

　　按下停止鍵，時(shí)間停止計時(shí)，電機停止工作，工作指示燈熄滅。

　　系統采用的電機為60TDY-11可逆永磁電機，其內部采用兩組繞組，用電容實(shí)現定向旋轉，通過(guò)改變電容和電機輸出引線(xiàn)的接法，能夠可靠地實(shí)現電機定向旋轉并控制旋轉方向。

　　2 硬件電路設計

　　整個(gè)系統硬件結構如圖1所示。

　　2.1 按鍵輸入和控制電路設計

　　按鍵輸入電路采用6個(gè)按鍵分別連接到單片機的P2.0～P2.5口，作為控制信號的輸入。按下K0鍵，系統進(jìn)入時(shí)間設定模式，連續按下K0鍵可以選擇對不同的時(shí)間單位進(jìn)行設置，通過(guò)K1，K2鍵對時(shí)間進(jìn)行加1或減1。按下K3鍵退出時(shí)間設定模式，K4，K5鍵分別為啟動(dòng)和停止鍵。

　　電機控制電路的控制芯片采用ATMEL公司的AT89S52，它有8 KB FLASH，256 B RAM，32位I/O口線(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，兩個(gè)數據指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計數器，一個(gè)6向量2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時(shí)鐘電路。其內部資源豐富、性?xún)r(jià)比高，能夠滿(mǎn)足設計要求。

　　PO.O～P0.2作為三個(gè)工作指示燈的控制信號輸出，需要外接上拉電阻;P1.0～P1.2為液晶顯示器的控制信號輸出;P3.0～P3.1分別是控制電機正反向轉動(dòng)的控制信號輸出。

　　2.2 LCD顯示電路設計

　　顯示部分采用的是12864液晶，控制器是ST7920，這種控制器帶中文字庫，去除了編制字庫的麻煩，該控制器的液晶還支持畫(huà)圖方式。該類(lèi)液晶支持68時(shí)序8位和4位并口以及串口。ST7920的時(shí)鐘SCLK有獨立的操作時(shí)序，當多個(gè)連續的指令需要被送入時(shí)，需要考慮指令執行時(shí)間。

　　一個(gè)完整的串行傳輸周期由以下部分組成：首先送入啟動(dòng)字節，送入五個(gè)連續的“1”用來(lái)啟動(dòng)一個(gè)周期，此時(shí)傳輸計數被重置，并且串行傳輸被同步。緊接的兩個(gè)為制定傳輸方向(RW，確定讀還是寫(xiě))和傳輸性質(zhì)(RS，確定是命令寄存器還是數據寄存器)，最后的第八位是一個(gè)“O”。

　　本設計中PSB引腳接地，選擇串口工作模式，CS高電平有效，只用兩根線(xiàn)SID和SCLK即可完成數據傳輸。

　　2.3 電機及驅動(dòng)電路設計

　　60TDY-11電機工作電壓為220 V交流電，而單片機的輸出高電平為5 V，因此電機需要一個(gè)驅動(dòng)電路，采用繼電器來(lái)作為較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開(kāi)關(guān)”。

　　本次設計中繼電器采用的是HUIGANG HRS2H-S-DC-12V型，SN74LS07N作為繼電器的驅動(dòng)電路，低電平輸入有效，繼電器還需要并聯(lián)二極管電路，主要是為了保護SN74LS07N。當流經(jīng)繼電器線(xiàn)圈的電流迅速減小時(shí)，線(xiàn)圈會(huì )產(chǎn)生很高的自感電動(dòng)勢使晶體管被擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線(xiàn)圈的自感電動(dòng)勢鉗位于二極管的正向導通電壓。P3.0低電平時(shí)，繼電器1常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電機正向電路導通，開(kāi)始正向轉動(dòng)。P3.1同理，P3.0和P3.1不可同時(shí)為低電平。

　　3 軟件設計

　　3.1 程序說(shuō)明

　　在KeilμVision 3 IDE中進(jìn)行程序的設計開(kāi)發(fā)，用C語(yǔ)言編寫(xiě)。KeilμVision 3集成開(kāi)發(fā)環(huán)境是Keil Soltware開(kāi)發(fā)的基于80C51內核的微處理器軟件開(kāi)發(fā)平臺，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開(kāi)發(fā)流程，尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平。它支持所有的Keil 80C51的工具軟件，包括C51編譯器、宏匯編器、鏈接器器/定位器和目標文件至Hex格式轉換器。鑒于此，選擇其為程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。

　　系統程序由主程序、中斷處理子程序、按鍵處理程序以及顯示子程序等組成。對時(shí)間計時(shí)采用定時(shí)器定時(shí)中斷產(chǎn)生，沒(méi)有選擇用軟件延時(shí)的方式，這樣不占用CPU的時(shí)間。定時(shí)器T0產(chǎn)生50 ms定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中有一個(gè)計數器，每產(chǎn)生20次中斷，有一個(gè)1秒計數。按鍵掃描采用單個(gè)按鍵的掃描，有相應的按鍵處理子程序，程序中包括按鍵去抖動(dòng)，按鍵的鍵后處理，去抖動(dòng)采用延時(shí)去抖法。顯示子程序在主程序中被調用對時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

　　3.2 主程序流程圖

　　主程序流程圖如圖2所示，主要完成系統的初始化、按鍵掃描、顯示程序及其他子程序調用等功能。

　　初始化時(shí)關(guān)閉定時(shí)中斷，P0.O～P0.2口輸出高電平，狀態(tài)指示燈熄滅，P3.0～P3.1口輸出高電平電機停止轉動(dòng)，對LCD初始化顯示，顯示4行信息，2行顯示時(shí)間，格式為時(shí)：分：秒，另外2行為時(shí)間的說(shuō)明文字。將所有的初始化功能寫(xiě)成一個(gè)子程序，主程序只需調用它即可完成系統初始化。初始化完成之后，掃描按鍵，如有按鍵按下，調用相應的處理程序。時(shí)間設定鍵按下時(shí)，被選中的時(shí)間單位將會(huì )不斷的閃爍，區別于其他沒(méi)有被設置的時(shí)間單位，通過(guò)K1，K2鍵對時(shí)間進(jìn)行改動(dòng)，按下K3鍵退出時(shí)間設定。開(kāi)始鍵被按下時(shí)，開(kāi)啟定時(shí)中斷，LCD顯示時(shí)間開(kāi)始倒計時(shí)，PO.1口輸出低電平，正向轉動(dòng)指示燈亮，P3.0輸出低電平，電機開(kāi)始正向轉動(dòng)，在中斷服務(wù)程序中控制PO.0口輸出電平，使正常工作指示燈1 s閃爍一次。停止鍵被按下時(shí)，P3.O～P3.1輸出高電平，電機停止轉動(dòng)，P0.0～P0.2輸出高電平，狀態(tài)指示燈熄滅，關(guān)閉定時(shí)中斷，停止計數。正向轉動(dòng)時(shí)間結束時(shí)，反向轉動(dòng)開(kāi)始倒計時(shí)，P3.O輸出高電平，P3.1輸出低電平，電機反向轉動(dòng)，P0.1輸出高電平，PO.2輸出低電平，正向轉動(dòng)指示燈熄滅，反向轉動(dòng)指示燈亮。顯示程序實(shí)時(shí)將時(shí)間的變化在LCD上顯示。

　　4 結語(yǔ)

　　該系統經(jīng)實(shí)際運行，可以滿(mǎn)足在功能鍵的操作下對時(shí)間進(jìn)行設定，控制電機的啟動(dòng)、正反向轉動(dòng)、停止，狀態(tài)指示燈正確顯示工作狀態(tài)，LCD正常的顯示了時(shí)間。

　　本系統將應用于一個(gè)閥門(mén)的自動(dòng)打開(kāi)閉合裝置，正向轉動(dòng)時(shí)閥門(mén)打開(kāi)，反向轉動(dòng)時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉，實(shí)現對液體流量的控制，具體應用時(shí)還需要對閥門(mén)打開(kāi)閉合的狀態(tài)進(jìn)行檢測。