基于单片机的运动单元控制系统设计

       摘  要：单片机技术可以开阔学生视野，能激发学生自主学习科研技术的兴趣，培养学生运用现有科学文化知识和所学技能解决实际问题的能力，是提高学生科技素养、培养学生自主创新能力一个很好的途径。虽然目前针对交流电机发明了高性能调速技术，可以获得和直流电机相似的高动态性能，交流电机的应用日趋广泛，但直流电机具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、较大的启动转矩，控制比较简单，其研究成果比较成熟，可以作为学习交流调速系统的基础。随着微处理器性能的不断提升，极大地满足了对电机控制的需求，采用单片机作为控制核心简化了系统结构，采用闭环控制，不仅可以提高控制精度，而且可以加深对控制理论知识的理解，提高对专业知识综合运用的能力。为了使电动机能有更高更好的工作效率,简化电动机的操作,文章经过对直流电机的实时控制形式及工作原理进行研究,使用80C52单片机来作为控制系统核心,再加上直流电机的工作方法规划出基于单片机的运动单元控制系统的设计方案。此方案可通过修改电机驱动电路以及相应单片机程序来应用到各种运动单元控制系统中。方案设计方便快捷,有很好的实际应用价值。 

关键词:80C52单片机;直流电机;运动单元控制系统;电机驱动

1 绪论
 1.1  研究的目的和意义
       在微型计算机的大家族中，单片微型计算机（单片机）更是引人注目，一块单片机就是把一个计算机系统做在一块大规模的集成电路芯片上。可谓"麻雀虽小,五脏俱全"，是实现“信息采集与处理”的核心。单片机的出现为工业自动化控制、智能仪器仪表、家用电器以及高级玩具等方面开辟了广阔的研究道路，那些标有“电脑控制”“智能控制”的产品，都是单片机在“唱主角”。单片机的应用大到卫星、导弹，小到洗衣机、微波炉，都有它们的踪影。在自动控制领域很难找到没有使用单片机的。
       单片机的基础知识以及运用技能的学习内容，蕴含着各种方面像数学、物理、计算机信息技术、数字信息技术、电子技术等的联系，有利于多方面教育内容的整合学习并且有助于开拓学生的见解视野。这些内容具有广泛的发展前景，有利于内容的各方向的联系。 但当前市场上多数单片机价格高且模块集成度高，往往掩盖了智能控制的基础原理，给学生带来新奇、神秘的背后是不明所以的茫然。它可以开阔学生视野，能激发学生学习科学技术的兴趣，培养学生运用现代科学文化知识和技能解决实际问题的能力，是提高学生科技素养、培养学生创新意识和创新能力一个很好的途径。单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SoC化趋势。随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SoC的单片机应用系统设计有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。  目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域 没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机，以及程控玩具等等，这些都离不开单片机。
       本设计的意义主要有：虽然目前针对交流电机发明了高性能调速技术，可以得到和直流电机类似的高动态性能，交流电机的应用日趋广泛，但直流电机具有非常优秀的线性机械特性、较宽的调速范围、较大的启动转矩，控制比较简单，其研究成果比较成熟，能够用来作为学习交流调速系统的基础。随着微处理器性能的不断提升，极大地满足了对电机控制的需求，采用单片机作为控制核心简化了系统结构，采用闭环控制，不仅可以提高控制精度，而且可以加深对控制理论知识的理解，也能提高对所学知识综合运用的能力。
 
1.2  国内外研究现状
       单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。在单片机应用中，可靠性是首要因素为了扩大单片机的应用范围和领域，提高单片机自身的可靠性是一种有效方法。近年来，单片机的生产厂家在单片机设计上采用了各种提高可靠性的新技术：EFT（Ellectrical Fast Transient）技术，低噪声布线技术及驱动技术，采用低频时钟。同时单片机在目前的发展形势下还表现出可靠性及应用越来越水平高和互联网连接，所集成的部件越来越多，功耗越来越低和模拟电路结合越来越多等发展趋势。
  
2 80C52的基础知识
2.1 80C52简介
        80C52是INTEL公司MCS-51系列单片机中基本的产品，它采用INTEL公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它基于标准的MCS-51单片机体系结构和指令系统，属于80C51增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。
       80C52内置8位中央处理单元、256字节内部数据存储器RAM、8k片内程序存储器（ROM）32个双向输入/输出(I/O)口、3个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。
       此外，80C52还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。80C52有PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。
       8051片内有 ROM，无须外接外存储器和373，更能体现“单片”的简练。但是你编的程序你无法烧写到其ROM中，只有将程序交芯片厂代你烧写，并是一次性的，今后你和芯片厂都不能改写其内容。
2.2 80C52特征
· 标准MCS-51内核和指令系统
· 片内8kROM(可扩充64kB外部存储器)
· 32个双向I/O口
· 256x8bit内部RAM(可扩充64kB外部存储器)
· 3个16位可编程定时/计数器
· 时钟频率3.5-12/24/33MHz
· 向上或向下定时计数器 · 改进型快速编程脉冲算法
· 6个中断源
· 5.0V工作电压
· 全双工串行通信口
· 布尔处理器
—帧错误侦测
· 4层优先级中断结构
—自动地址识别
· 兼容TTL和CMOS逻辑电平
· 空闲和掉电节省模式
· PDIP(40)和PLCC(44)封装形式
2.3 80C52模板
  
图2.1 80C52管脚图
2.4 80C52单片机与C51的区别
52和51比，片内ROM从4K增加到8K,
片外RAM从128k增加到256k
定时/计时器从两个增加到三个
中断源从五个增加到6个
换句话说 52 是51的增强版，51是4K程序存储器，52是8K程序存储器。5几就是几乘4K的程序存储器