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1、吉林化工学院毕业设计说明书基于单片机直流调速系统设计Design of DC Speed Control System Based on Single-chip Microcomputer吉 林 化 工 学 院Jilin Institute of Chemical Technology毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和
2、做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个
3、人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘 要随着微型机的迅速发展，许多交直流数字化系统已达到实用阶段
4、。基于微处理器的数字控制系统硬件电路的标准化程度日益变高，不易受器件温度漂移的影响且经济性能较好。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，能实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。故微机数字系统在各个方面性能都大大优于模拟系统，而且应用越来越广泛。本文主要介绍一种基于单片机的直流调速方法，并系统讲述了以此方法进行对他励直流电机的调速设计。本次设计以AT89C52单片机为控制核心，以步进电机为对象，以两个键盘为输入，6个LED显示器输出转速，从而达到对电机的实时控制，实现了直流电机的正转、反转和启停控制。控制结果表明，本数字化直流调速系统通过Proteus软件调试，能使控
5、制精度提高、成本降低、容易推广，且各项性能指标优于模拟直流调速系统，因而能够实际地应用到生产生活中，满足现代化生产的需求。关键词：单片机；软件调试；直流调速系统；数字AbstractWith the rapid development of microcomputer, many AC and DC digital control systems have reached the practical stage. The hardware circuit of microprocessor-based digital control system is becoming more standa
6、rd, less affected by temperature drift of the devices and the economic gain is better. The control software possesses the ability of logic judgment and complex operation, and can realize the integration of optimization, self-adaption, nonlinearity and intelligent control, which are all highly differ
7、ent from general linear adjustment. As a result, the microprocessor digital system is greatly superior to analog system in various aspects of performance, and being applied more and more widely.This article mainly introduces one of DC speed control systems based on single-chip microcomputer applicat
8、ion, and clarifies the design of speed control of separately excited DC motor. The core of the design is an AT89C52 single-chip microcomputer, the object stepping motor, the input a couple of keyboards and the output of speed 6 units of LED display. Consequently the design can attain a real-time con
9、trol and controls the direction of rotation settings、speed setting、start and stop. Real- time control results show that the digital speed control system can improve the precision, reduce the costs and extend easily through software debugging, which adopts Proteus. Whats more, each performance index
10、of the products with a digital system is superior to the one with an analog system. Thus, it is applicable and can satisfy the requirements of modern production line.Key Words：Single-chip microcomputer；Software debugging；DC speed control system；Digital目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题研究背景11.2 课题研究方法2第2
11、章 设计方案确定32.1 设计思路32.2 调速实现方案选择3第3章 硬件电路设计53.1 AT89C52单片机简介53.1.1 功能特性53.1.2 主要引脚53.1.3 控制功能端口63.1.4 定时器273.2 直流电动机模块103.2.1 构造及分类103.2.2 工作原理113.2.3 驱动电路123.3 转速显示模块133.3.1 数码管分类133.3.2 数码管结构及驱动133.3.3 数码管片选控制143.3.4 限流电阻的选择153.4 总体设计电路图15第4章 软件编程设计174.1 程序实现功能174.2 仿真软件概述174.3 程序流程图194.4 C语言程序设计214
12、.4.1 主程序的设计214.4.2 T1中断子程序的设计234.4.3 转速显示子程序的设计244.5 仿真结果25结 论28参考文献29致 谢30第1章 绪论1.1 课题研究背景直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步, 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及, 促进了一般工业用直流电机的不断扩大, 品种的日益繁多。从小至数瓦, 大到万余千瓦, 广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中, 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史, 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期,
13、直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组,六十年代初, 电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流装置的出现, 并得到迅速发展, 可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代, 特别是在最近的十几年期问, 进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高, 目前朝着高速、大功率方向发展。另外, 由于绝缘技术和分析技术的进步, 直流电动机已迅速向小型轻量, 低惯量方面发展。随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。1985年,美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机的HVM600高速加工中心,最大
14、进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置,如德国Trumpf公司的激光机床,法国Renault automation公司的加工中心等,展出的直线电机最大速度达150200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直线电机创造了条件。在当今的电气时代，电动机一直在现代化的生产和生活中具有十分重要的意义。无论是农业生产，交通运输，国防航空，医疗卫生，商务与办公设备，还是日常生活中的家用电器，无一都大量使用着各式各样的电动机
15、。而随着控制智能化，仪器微型化，功耗微小化等对设备日益苛刻的要求，利用单片机对电动机的控制也越来越成为研究的焦点。早期电机调速常采用串联电阻调速法来调节电枢电压，这种方法不仅耗能很大，而且调速不太平滑，逐渐被其他调速装置代替。随后又出现了晶阐管、MOSFET、IGBT等为主控元件的调速装置。电子技术的飞速发展，促使直流电机调速逐渐由模拟化向数字化转变，特别是单片机控制技术的应用，使得直流电机调速技术进入一个新纪元。前期的晶阐管直流调速系统控制回路的硬件装置极其复杂，安装调试极困难，相对故障率很高，检修比较困难。然而利用单片机控制的电机调速系统，其控制方案是依靠软件实现的，控制器由可编程功能模块
16、组成，配置和参数调整简单方便，工作稳定。另外，直流电动机机启动转矩大，启动电流小，调速平滑、方便，调节范围宽，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速启动、制动和反转。为满足生产过程自动化系统各种不同的特殊需求，对其调速提出了更高的要求，而改变电枢回路电阻、改变电压等传统调压技术已远远不能满足现代科技的要求。为此，研究并改善高性能、高可靠性的他励直流电动机调速方法具有着十分重要的现代意义。本文正是以此为出发点，利用单片机对他励直流电动机转速的监测和控制。1.2 课题研究方法设计一个他励直流电动机调速系统，该系统以单片机为控制核心，通过C语言编程来实现直流电机的平稳调速、正反转等功
17、能。调速方式采用脉宽调制技术（PWM） ，直流电机在单片机控制下能实现启动、停止动作，采用AD 转换模块实现直流电机的无级调速。在采样控制理论中有一个重要的结论，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上，其效果基本相同。冲量既指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同。是指该环节的输出响应波形基本相同。如把各输出波形用傅里叶变换分析，则它们的低频段特性非常接近，仅在高频段略有差异。根据上面理论我们就可以用不同宽度的矩形波来代替正弦波，通过对矩形波的控制来模拟输出不同频率的正弦波。PWM具有很强的抗噪性，且有节约空间、比较经济等特点。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展
18、水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现.直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用.随着电力电子技术，微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论，非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展.到目前为止，已出现了多种PWM控制技术。本文充分利用单片机的数字信号处理器运算快、外围电路少、系统组成简单、可靠的特点，将其应用于步进电机的调速。实验表明，该设计使得步进直流电动机的组成简化和性能的改进成为可能，有利于电机的小型化和智能化。 第2章 设计方案确定2.1 设计思路设计一个可控制直流电机转速，并可显示转
19、速的系统。电机的转速控制要求按照加速、减速、正转、反转及停止等内容进行设计。根据设计任务及要求可知，一方面，要将电机的转速实时显示，这就肯定会涉及显示模块，另一方面，电机的转动情况要能按照设计要求进行控制，这就必然会涉及按键控制模块。此外，电机本身的工作也需要一些相关元件，因此可列为电机模块。于是，系统设计的框图如图2-1所示。电机状态控制按键直流电机电路单片机显示数码管控制信息息电机控制数据转速数据图2-1 调速系统设计框图2.2 调速实现方案选择一般情况下，直流电动机的转速n和其他参量的关系如下公式（2-1）所示： (2-1)式中 Ua为电枢供电电压（V），Ia为电枢电流（A），为励磁磁通
20、（Wb），Ra为电枢回路总电阻（），Ce为电势系数。其中，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。由以上分析可知，调速方法主要有如下3种：1改变电枢回路总电阻Ra；2改变电枢供电电压Ua；3改变励磁。调阻调速的工作条件是保持励磁 F = F n，保持电压U =UN 。其调节过程大致为增加电阻 Ra 使得R上升，R 上升使得n 下降，理想空载转速n0不变。其调速特性是转速下降，机械特性曲线变软。调压调速的工作条件是保持励磁 F = Fn ，保持电枢回路总电阻R = Ra。其调节过程大致为改变额定工作电压 Un使得Ua下降，Ua下降使得n下降，理想空载转速n0 下降。其调速特性是转速下降，机
21、械特性曲线平行下移。调磁调速的工作条件是保持电压 U =Ua ，保持电枢回路总电阻R = Ra 。其调节过程大致为减小额定励磁 Fn使得F下降，F下降 使得n 上升，理想空载转速n0 上升。其调速特性是转速上升，机械特性曲线变软。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主。由第二种方法知道，直流电机转速与加在电机两端电压有关，故可选用单片机产生PWM方波，经驱动电路放大后驱动电机旋转
22、。通过单片机输出一定频率的方波，方波的占空比大小绝对平均电压的大小，也决定了电机的转速大小。PWM是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，PWM控制为脉冲宽度调制，保持开关周期不变，调制导通时间。脉宽调速系统历史久远，但缺乏高速大功率开关器件，未能及时在生产实际中推广应用。后来，由于大功率晶体管(GTR)，特别是IGBT功率器件，使直流电动机脉宽调速系统才获得迅猛发展。第3章 硬件电路设计3.1 AT89C52单片机简介3.1.1 功能特性AT89C52是一个低电压，高性能CMOS8位单片机，属于51系列单片机的一个型号，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 b
23、ytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，AT89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。其主要功能如下：1、兼容MCS51指令系统；2、8kB可反复擦写(大于1000次）Flash ROM；3、32个双向I/O口；4、256x8bit内部RAM；5、3个16位可编程定时/计数器中断；6、时钟频率0-24MHz；7、2个串行中断，可编程UART串行通道；8、2个外部中断源，共8个中断源；9、2个读写中断口线，3级加密位；10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功
24、能；11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。3.1.2 主要引脚AT89C52为8 位通用微处理器，采用工业标准的C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。引脚图如图3-1所示，功能包括对会聚主IC 内部寄存器、数据RAM及外部接口等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号IR的接收解码及与主板CPU通信等。AT89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照
25、常规方法进行编程,但不可以在线编程(S系列的才支持在线编程)。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0-P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，P0 端口（32-39 脚）被定义为N1 功能控制端口，分别与N1的相应功能管脚相连接，13 脚定义为IR输入端，10
26、 脚和11脚定义为I2C总线控制端口，分别连接N1的SDAS（18脚）和SCLS（19脚）端口，12 脚、27 脚及28 脚定义为握手信号功能端口，连接主板CPU 的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。图3-1PDIP封装的AT89C52引脚3.1.3 控制功能端口AT89C52 单片机一共有32个双向I/O口，分别为P0口、P1口、P2口和P3口，可以根据程序设计实现相应需要的控制功能。1P0 口是一组8 位漏极开路型双向I/O 口， 也即地址/数据总线复用口。作为输出口用时，每位能吸收电流的方式驱动8 个TTL逻辑门电路，对端口P0 写“1”时，可作为高阻抗输入端用
27、。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8 位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在Flash编程时，P0 口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上拉电阻。2P1口是一个带内部上拉电阻的8 位双向I/O 口， P1 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。与AT89C51 不同之处是，P1.0 和P1.1 还可分别作为定时/计数器2 的外部计数输入（P1.0/T2
28、）和输入（P1.1/T2EX），如表3-1所示。表3-1 P1.0和P1.1的第二功能引脚号功能特性P1.0T2,时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器2）Flash 编程和程序校验期间，P1 接收低8 位地址。3P2口是一个带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口，P2 的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对端口P2 写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流(IIL)。在访问外部程序存储器或16 位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR 指令）时，P2 口送出
29、高8 位地址数据。在访问8 位地址的外部数据存储器（如执行MOVX RI 指令）时，P2 口输出P2锁存器的内容。Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和一些控制信号。4P3口是一组带有内部上拉电阻的8 位双向I/O 口。P3 口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4 个TTL 逻辑门电路。对P3 口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的P3 口将用上拉电阻输出电流（IIL）。P3 口除了作为一般的I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。P3 口还接收一些用于Flash闪速存储器编程和程序校验的控制信号。3.1.4 定时器21基本特性定时器T0、T1可作
30、为16位加计数器，T2除了可作为加计数器，还可作为减计数器，只要设置T2的控制寄存器T2MOD就可以更改加/减的方式。定时器T2 是一个16 位定时/计数器。它既可当定时器使用，也可作为外部事件计数器使用，其工作方式由特殊功能寄存器T2CON的C/T2 位选择，如表3-2所示。定时器2 有三种工作方式：捕获方式，自动重装载（向上或向下计数）方式和波特率发生器方式，工作方式由T2CON 的控制位来选择。表3-2 T2CON格式位符号TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR2C/T2CP/RL2位地址CFCECDCCCBCAC9C8 定时器2 由两个8 位寄存器TH2 和TL2 组成，在定时器
31、工作方式中，每个机器周期TL2 寄存器的值加1，由于一个机器周期由12 个振荡时钟构成，因此，计数速率为振荡频率的1/12。在计数工作方式时，当T2 引脚上外部输入信号产生由1 至0 的下降沿时，寄存器的值加1，在这种工作方式下，每个机器周期的5SP2 期间，对外部输入进行采样。若在第一个机器周期中采到的值为1，而在下一个机器周期中采到的值为0，则在紧跟着的下一个周期的S3P1 期间寄存器加1。由于识别1 至0 的跳变需要2 个机器周期（24 个振荡周期），因此，最高计数速率为振荡频率的1/24。为确保采样的正确性，要求输入的电平在变化前至少保持一个完整周期的时间，以保证输入信号至少被采样一次
32、。2捕获方式在捕获方式下，通过T2CON 控制位EXEN2 来选择两种方式。如果EXEN2=0，定时器2 是一个16 位定时器或计数器，计数溢出时，对T2CON 的溢出标志TF2 置位，同时激活中断。如果EXEN2=1，定时器2 完成相同的操作，而当T2EX 引脚外部输入信号发生1 至0 负跳变时，也出现TH2 和TL2 中的值分别被捕获到RCAP2H 和RCAP2L 中。另外，T2EX 引脚信号的跳变使得T2CON 中的EXF2 置位，与TF2 相仿，EXF2 也会激活中断。3自动重装载（向上或向下计数器）方式当定时器2工作于16位自动重装载方式时，能对其编程为向上或向下计数方式，这个功能可
33、通过特殊功能寄存器T2CON的DCEN 位（允许向下计数）来选择的。复位时，DCEN 位置“0”，定时器2 默认设置为向上计数。当DCEN置位时，定时器2 既可向上计数也可向下计数，这取决于T2EX 引脚的值，参见图5，当DCEN=0 时，定时器2 自动设置为向上计数，在这种方式下，T2CON 中的EXEN2 控制位有两种选择，若EXEN2=0，定时器2 为向上计数至0FFFFH 溢出，置位TF2 激活中断，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L重装载，RCAP2H 和RCAP2L 的值可由软件预置。若EXEN2=1，定时器2 的16 位重装载由溢出或外部输入端T2EX 从1 至
34、0 的下降沿触发。这个脉冲使EXF2 置位，如果中断允许，同样产生中断。定时器2 的中断入口地址是：002BH 0032H 。当DCEN=1 时，允许定时器2 向上或向下计数。这种方式下，T2EX引脚控制计数器方向。T2EX引脚为逻辑“1”时，定时器向上计数，当计数0FFFFH 向上溢出时，置位TF2，同时把16 位计数寄存器RCAP2H 和RCAP2L 重装载到TH2 和TL2 中。 T2EX 引脚为逻辑“0”时，定时器2 向下计数，当TH2 和TL2 中的数值等于RCAP2H 和RCAP2L中的值时，计数溢出，置位TF2，同时将0FFFFH 数值重新装入定时寄存器中。当定时/计数器2 向上
35、溢出或向下溢出时，置位EXF2 位。4波特率发生器当T2CON中的TCLK 和RCLK 置位时，定时/计数器2 作为波特率发生器使用。如果定时/计数器2 作为发送器或接收器，其发送和接收的波特率可以是不同的，定时器1 用于其它功能，。若RCLK 和TCLK 置位，则定时器2工作于波特率发生器方式。波特率发生器的方式与自动重装载方式相仿，在此方式下，TH2 翻转使定时器2 的寄存器用RCAP2H 和RCAP2L 中的16位数值重新装载，该数值由软件设置。在方式1 和方式3 中，波特率由定时器2 的溢出速率根据如下公式(3-1)确定： (3-1)定时器既能工作于定时方式也能工作于计数方式，在大多数
36、应用中，工作在定时方式（C/T2=0）。定时器2 作为波特率发生器时，与作为定时器操作是不同的，通常作为定时器时，在每个机器周期（1/12 振荡频率）寄存器的值加1，而作为波特率发生器使用时，在每个状态时间（1/2 振荡频率）寄存器的值加1。波特率的计算采用如下公式(3-2)： (3-2)式中（RCAP2H，RCAP2L）是RCAP2H 和RCAP2L中的16 位无符号数。定时器2 作为波特率发生器使用的电路如图7 所示。T2CON 中的RCLK 或TCLK=1 时，波特率工作方式才有效。在波特率发生器工作方式中，TH2 翻转不能使TF2 置位，故而不产生中断。但若EXEN2 置位，且T2EX
37、 端产生由1 至0 的负跳变，则会使EXF2 置位，此时并不能将（RCAP2H，RCAP2L）的内容重新装入TH2 和TL2 中。所以，当定时器2 作为波特率发生器使用时，T2EX 可作为附加的外部中断源来使用。需要注意的是，当定时器2 工作于波特率器时，作为定时器运行（TR2=1）时，并不能访问TH2 和TL2。因为此时每个状态时间定时器都会加1，对其读写将得到一个不确定的数值。5可编程时钟输出定时器2 可通过编程从P1.0 输出一个占空比为50%的时钟信号，如图8 所示。P1.0 引脚除了是一个标准的I/O 口外，还可以通过编程使其作为定时/计数器2 的外部时钟输入和输出占空比50%的时钟
38、脉冲。当时钟振荡频率为16MHz 时，输出时钟频率范围为61Hz4MHz。当设置定时/计数器2 为时钟发生器时，C/T2（T2CON .1）=0，T2OE （T2MOD.1） =1，必须由TR2（T2CON.2）启动或停止定时器。时钟输出频率取决于振荡频率和定时器2 捕获寄存器（RCAP2H，RCAP2L）的重新装载值，由如下公式(3-3)计算： (3-3)在时钟输出方式下，定时器2 的翻转不会产生中断，这个特性与作为波特率发生器使用时相仿。定时器2 作为波特率发生器使用时，还可作为时钟发生器使用，但需要注意的是波特率和时钟输出频率不能分开确定，这是因为它们同使用RCAP2L和RCAP2L。3
39、.2 直流电动机模块3.2.1 构造及分类电动机是将电能转化为机械能的设备，而直流电动机则是将直流电能转化为机械能的设备。由于直流电动机具有优良的调速特性以及超大的过载能力，另外还能实现快速起动、制动和逆向运转，所以其在冶金工业、交通运输、航空、国防中得到了极为广泛的应用，常见电动机构造如图3-2所示。图3-2 直流电动机构造直流电机由定子(磁极)、转子(电枢)和机座等部分构成。磁极可分成两类：由永久磁铁做成，称为永磁式磁极；磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁，称为励磁式磁极。若磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。转子由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。其中电枢铁心由硅钢片叠装而成
40、，而电枢绕组由单个绕组元件组成。直流电动机的励磁电流与电枢绕组电流一样，均由外电源供给，根据励磁绕组与电枢绕组的连接方式不同，可分为四类:直流他励电动机，直流并励电动机，直流串励电动机，直流复励电动机。3.2.2 工作原理任何电机的工作原理都是建立在电磁感应和电磁力这个基础上，直流电动机的作用原理是将直流电能转换成轴上输出的机械能。和所有旋转电机一样，直流电动机要进行能量交换，必须要有耦合磁场，以及与耦合磁场具有相对运行的电路。直流电动机励磁绕组和电枢绕组合成磁势在气隙内建立合成磁场静止气隙磁场，即直流电动机的耦合磁场；由电枢绕组元件构成的电枢绕组合闭合回路，即是相对耦合磁场运动的电路。当能过
41、电刷由外电路输入直流电能时，载流的电枢绕组和气隙磁场相互作用，就产生了电磁转矩，在轴上输出机械能，从而实现了能量转变。其换向过程等效电路图如图3-3所示，当电枢转到上图b所示位置时，ab边转到了S极下，cd边转到了N极下。这时线圈电磁转矩的方向发生了改变，但由于换向器随同一起旋转，使得电刷 A总是接触 N极下的导线，而电刷B总是接触S极下的导线，故电流流动方向发生改变，电磁转矩方向不变。图3-3 换向过程原理图在直流电动机中，电枢绕组元件所受的电磁力、电磁转矩和旋转方向都一致的。3.2.3 驱动电路驱动电路主要由L298芯片、按键、门电路、电源等组成，其中驱动芯片L298引脚图如图3-4所示，
42、Pin1和Pin15可与电流侦测用电阻连接来控制负载的电路；OUT1、OUT2 和OUT3、OUT4 之间分别接2 个步进电机；IN1IN4 输入控制电位来控制电机的正反转和停转。图3-4 L298引脚图L298为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver )，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过
43、电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。L298 PIN FUNCTIONS (refer to the block diagram) 引脚功能见表3-3所示。表3-3 L298引脚功能引脚NameFunction 功能说明1;15SENS A; SENS B电流监测端, SEN1、SEN2分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地2;3Out 1; Out 21Y1、1Y2输出端4VS功率电源电压,此引脚与地必须连接100nF电容器5;7IN 1; IN 21A1、1A2输入端，TTL电平兼容6;11EN A; EN BTTL电平兼容输入 1EN、2EN使能
44、端，低电平禁止输出8GNDGND地9VSS逻辑电源电压。 此引脚与地必须连接100nF电容器10; 12IN 3; IN 42A1、2A2 输入端，TTL电平兼容13; 14Out 3; Out 42Y1、2Y2 输出端 监测引脚153.3 转速显示模块3.3.1 数码管分类数码管也称LED数码管，晶美、光电、不同行业人士对数码管的称呼不一样，其实都是同样的产品。数码管按段数可分为七段数码管和八段数码管，八段数码管比七段数码管多一个发光二极管单元（多一个小数点显示）；按能显示多少个“8”可分为1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等数码管。按发光二极管单元连接方式可分为共阳极数码管和共阴极数
45、码管。共阳数码管是指将所有发光二极管的阳极接到一起形成公共阳极(COM)的数码管，共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。3.3.2 数码管结构及驱动LED数码管是由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。L
46、ED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点，还有一种是类似于3位“+1”型。位数有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，LED数码管根据LED的接法不同分为共阴和共阳两类，了解LED的这些特性，对编程是很重要的，因为不同类型的数码管，除了它们的硬件电路有差异外，编程方法也是不同的。LED数码管颜色有红，绿，蓝，黄等几种，广泛用于仪表、时钟、车站、家电等场合，选用时要注意产品尺寸颜色，功耗，亮度，波长等。如图1所示， 这是一个7段两位带小数点，每一笔划都是对应一个字母表示 DP是小数点。图3-4 七段数码管引脚定义静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都由一个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要58=40根I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个呢：），实际应用时必须增加译码驱动器进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划a，b，
