畢業(yè)論文地鐵自動門設(shè)計

1、畢 業(yè) 論 文 正 文 第37頁摘 要隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便生活的自動控制系統(tǒng)開始進入人們的生活，以單片機為核心的自動門系統(tǒng)就是其中之一。本文設(shè)計了基于單片機的地鐵自動門，該系統(tǒng)以單片機為主體，直流電機、轉(zhuǎn)速測量為核心，實現(xiàn)地鐵門的自動控制。 本設(shè)計主要應(yīng)用8051作為控制核心，直流電機、紅外傳感器、磁開關(guān)相結(jié)合的系統(tǒng)。通過單片機程序?qū)χ绷魉欧姍C的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進行控制，從而對門進行開、關(guān)的控制； 直流電機采用H橋驅(qū)動。充分發(fā)揮了單片機的性能。其優(yōu)點是電路簡單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價比較高等，具有一定的使用和參考價值。 關(guān)鍵詞：8051；地鐵自動

2、門；直流電機；紅外傳感器；轉(zhuǎn)速測量哈爾濱職業(yè)技術(shù)學(xué)院印制目 錄緒 論1一、自動門系統(tǒng)方案2（一）設(shè)計思想和整體框圖2（二）器件選型2二、自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計7（一）系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計7（二）控制器單元的硬件設(shè)計7（三）直流電機驅(qū)動模塊17三、軟件設(shè)計25（一）整體程序流程圖及功能模塊設(shè)計25（二）PWM信號發(fā)生及轉(zhuǎn)速測量模塊程序設(shè)計25結(jié) 論32參考文獻34致 謝35緒 論現(xiàn)代社會是一個快速發(fā)展的信息化社會，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人們不斷去追求舒適，方便的生活環(huán)境。于是相應(yīng)的電子產(chǎn)品產(chǎn)生，智能型自動門同樣出現(xiàn)在人們的生活中。隨著自動門的技術(shù)、性能日趨成熟、完善，它被廣泛應(yīng)用在政府機關(guān)、銀行

3、、醫(yī)院、商業(yè)、工業(yè)等不同行業(yè)，改善了人們的生產(chǎn)生活條件。自動門不但能給我們帶來人員出入方便、節(jié)約空調(diào)能源、防風(fēng)、防塵、防噪音等好處，更令我們的建筑物增添了不少高貴典雅的氣息。自動門是指可以將人接近門的動作（或?qū)⒛撤N入門授權(quán)）識別為開門信號的控制單元，通過驅(qū)動系統(tǒng)將門開啟,在人離開后再將門自動關(guān)閉，并對開啟和關(guān)閉的過程實現(xiàn)控制的系統(tǒng)。按啟閉形式分：可分為推拉門、平開門、折疊門和旋轉(zhuǎn)門；按門體的材料分：不銹鋼門有安全玻璃、不銹鋼飾面、建筑鋁合金型材、彩色涂層鋼板、木材等。自動門的系統(tǒng)配置是指根據(jù)使用要求而配備的，與自動門控制器相連的外圍輔助控制裝置，如開門信號源、門禁系統(tǒng)、安全裝置、集中控制等。必

4、須根據(jù)建筑物的使用特點。通過人員的組成，樓宇自控的系統(tǒng)要求等合理配備輔助控制裝置。一、自動門系統(tǒng)方案（一）設(shè)計思想和整體框圖本設(shè)計主要應(yīng)用單片機程序?qū)χ绷魉欧姍C的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進行控制，從而對門進行開、關(guān)的控制。在門的兩側(cè)各有一個感應(yīng)器，分別感應(yīng)從里面出去和從外面進來的人。感應(yīng)探測器探測到有人靠近時，將脈沖信號傳給主控器單片機，主控器判斷后通知電機運行，同時監(jiān)控電機的轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知電機在一定時候加力和進入慢行運行。直流電動機采用H橋驅(qū)動。檢測人進出的傳感器采用紅外傳感器。下圖1-1是自動門系統(tǒng)整體框圖。單片機位置給定PWM功率接口電動機負載傳感器接口電流反饋信號正/負位置反饋脈沖絕對零位脈沖（二

5、）器件選型單片機AT89C51各個引腳的作用VCC/GND：供電電源。P0口：可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位，能夠用于外部程序/數(shù)據(jù)存儲器。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：標準輸入輸出I/O，P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：既可用于標準輸入輸出I/O，也可用于外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器訪問時的高八位地址。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：既可以作標準輸入輸出I/O，也可作為AT89C51的一些特殊功能口

6、， 管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。/PSEN：外部程序存

7、儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA / VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。8051單片機最早由Intel公司推出，其后，多家公司購買了8051的內(nèi)核，使得以8051為內(nèi)核

8、的MCU系列單片機在世界上產(chǎn)量最大,應(yīng)用也最廣泛，有人推測8051可能最終形成事實上的標準MCU芯片。凌陽單片機系列芯片中相同的片內(nèi)硬件功能模塊具有相同的資源特點；不同型號的芯片只是對片內(nèi)資源進行刪減。其最大的特點就是超強抗干擾. 廣泛應(yīng)用于家用電器、工業(yè)控制、儀器儀表、安防報警、計算機外圍等領(lǐng)域。其主要優(yōu)勢在語音方面。8051作為系統(tǒng)的控制器，單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活，自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法，并且具有功耗低，體積小，技術(shù)成熟，成本低廉，在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。而且我們也比較熟悉這款芯片，因此采用8051構(gòu)成系統(tǒng)控制部分。直流電機采用H橋驅(qū)動：單片機的一個引腳分別產(chǎn)生兩種占空

9、比不同的PWM（脈沖寬度調(diào)制）波形作為驅(qū)動信號，實現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)速和制動；另外由一個引腳產(chǎn)生轉(zhuǎn)向控制信號，在門的中間及其兩邊設(shè)置磁開關(guān)，作為中斷信號產(chǎn)生源，來判斷電機是否應(yīng)該轉(zhuǎn)換速度或停止；有無人進出采用紅外線來探測，有人時則產(chǎn)生中斷，執(zhí)行開門動作；轉(zhuǎn)速測量采用在電機的轉(zhuǎn)軸上設(shè)置一個帶有相差180度且位于同一半徑上的兩小孔的圓盤，用紅外線照射轉(zhuǎn)動的圓孔，光透過小孔被光敏三極管接收，從而產(chǎn)生脈沖經(jīng)整形電路后送到單片機內(nèi)部定時計數(shù)測出頻率。在感應(yīng)器的選擇方面是很靈活的，在高檔酒店、寫字向中央處理器提出申請樓，可以選擇高靈敏度的感應(yīng)器；在人行道邊上的銀行、商店等經(jīng)常有人路過的地方，可以選擇特定區(qū)域有效的

10、感應(yīng)器；在醫(yī)院手術(shù)室門前可以采用壓力感應(yīng)器；而車庫的門可以采用固定光照感應(yīng)器。而現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的感應(yīng)器主要有微波感應(yīng)器和紅外感應(yīng)器。微波感應(yīng)器，又稱微波雷達，對物體的移動進行反應(yīng)，因而反應(yīng)速度快，適用于行走速度正常的人員通過的場所，它的特點是一旦在門附近的人員不想出門而靜止不動，雷達便不再反應(yīng)，自動門就會關(guān)閉，有可能出現(xiàn)夾人現(xiàn)象。紅外感應(yīng)器，對物體的存在進行反應(yīng)，不管人員是否移動，只要處于感應(yīng)器的掃描范圍內(nèi)，它都會反應(yīng)。紅外感應(yīng)器的反應(yīng)速度比微波感應(yīng)器慢。本系統(tǒng)首先要求的是安全，所以選用紅外線傳感器。二、自動門系統(tǒng)的硬件設(shè)計（一）系統(tǒng)硬件整體邏輯設(shè)計數(shù)字控制伺服系統(tǒng)由計算機控制器、PWM功率驅(qū)

11、動接口、傳感器接口和電機本體四部分組成。計算機的作用是：完成位置信號的設(shè)置，根據(jù)傳感器接口給出的絕對零位脈沖和電流反饋控制，產(chǎn)生PWM脈寬調(diào)制信號，最后由PWM功率開關(guān)接口對電動機進行最終的功率驅(qū)動。在這個系統(tǒng)中，由于反饋控制是通過軟件實現(xiàn)的，故可以根據(jù)負載的性質(zhì)改變系統(tǒng)的參數(shù)，求得最佳匹配。信號濾波也可以通過軟件實現(xiàn)，更有可能通過計算機補償技術(shù)使傳感器精度得以補償提高。計算機控制在可靠性、小型化、聯(lián)網(wǎng)群控制等方面的優(yōu)點都是經(jīng)典模擬伺服系統(tǒng)無法比擬的。（二）控制器單元的硬件設(shè)計控制器單元硬件電路圖如圖2-0所示圖2-0 控制器最小系統(tǒng)一片MCS-51單片機芯片內(nèi)包含一個8位CPU、振蕩器和時鐘

12、電路、至少128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，可尋址外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器個64k字節(jié)，21個特殊功能寄存器，4個并行I/O接口，2個16位定時/計數(shù)器,至少5個中斷源，提供兩級中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務(wù)程序嵌套。具有有位尋址功能，有較強的布爾處理能力。各功能單元（包括IO端口和定時器/計數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（SFR）集中管理。MCS-51單片機在物理結(jié)構(gòu)上有四個存儲空間：1.片內(nèi)程序存儲器2.片外程序存儲器3.片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器4.片外數(shù)據(jù)存儲器程序內(nèi)存ROM的尋址范圍：0000H FFFFH容量64KB。EA = 1,尋址內(nèi)部ROM；EA = 0,尋址外部ROM。地址長度：16位。作用：

13、存放程序及程序運行時所需的常數(shù)。七個具有特殊含義的單元是：0000H系統(tǒng)復(fù)位，PC指向此處；0003H外部中斷0入口000BH T0溢出中斷入口0013H外中斷1入口001BH T1溢出中斷入口0023H串口中斷入口002BH T2溢出中斷入口內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM物理上分為兩大區(qū)：00H 7FH即128B內(nèi)RAM和 SFR區(qū)。作用：作數(shù)據(jù)緩沖器用。一個微處理器能夠聰明地執(zhí)行某種任務(wù)，除了它們強大的硬件外，還需要它們運行的軟件，其實微處理器并不聰明，它們只是完全按照人們預(yù)先編寫的程序而執(zhí)行之。那么設(shè)計人員編寫的程序就存放在微處理器的程序存儲器中，俗稱只讀程序存儲器(ROM)。程序相當于給微處理器

14、處理問題的一系列命令。其實程序和數(shù)據(jù)一樣，都是由機器碼組成的代碼串。只是程序代碼則存放于程序存儲器中。MCS-51具有64kB程序存儲器尋址空間，它是用于存放用戶程序。數(shù)據(jù)和表格等信息。對于內(nèi)部無ROM的8031單片機，它的程序存儲器必須外接，空間地址為64kB,此時單片機的端必須接地。強制CPU從外部程序存儲器讀取程序。對于內(nèi)部有ROM的8051等單片機，正常運行時，則需接高電平，使CPU先從內(nèi)部的程序存儲中讀取程序，當PC值超過內(nèi)部ROM的容量時，才會轉(zhuǎn)向外部的程序存儲器讀取程序。8051片內(nèi)有4kB的程序存儲單元，其地址為0000H0FFFH,單片機啟動復(fù)位后，程序計數(shù)器的內(nèi)容為0000

15、H,所以系統(tǒng)將從0000H單元開始執(zhí)行程序。但在程序存儲中有些特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意。其中一組特殊是0000H0002H單元，系統(tǒng)復(fù)位后，PC為0000H,單片機從0000H單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從0000H單元開始，則應(yīng)在這三個單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，讓CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。另一組特殊單元是0003H002AH,這40個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下：0003H000AH外部中斷0中斷地址區(qū)。000BH0012H定時/計數(shù)器0中斷地址區(qū)。0013H001AH外部中斷1中斷地址區(qū)。001BH0022H定時/計數(shù)器1中斷地址區(qū)。0023H00

16、2AH串行中斷地址區(qū)?？梢娨陨系?0個單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。從上面可以看出，每個中斷服務(wù)程序只有8個字節(jié)單元，用8個字節(jié)來存放一個中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行，這樣中斷響應(yīng)后，CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。0000H-0002H,只有三個存儲單元，3個存儲單元在我們的程序存放時是存放不了實際意義的程序的，通

17、常我們在實際編寫程序時是在這里安排一條ORG指令，通過ORG指令跳轉(zhuǎn)到從0033H開始的用戶ROM區(qū)域，再來安排我們的程序語言。從0033開始的用戶ROM區(qū)域用戶可以通過ORG指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過了實際的存儲空間，不然程序就會找不到。數(shù)據(jù)存儲器數(shù)據(jù)存儲器也稱為隨機存取數(shù)據(jù)存儲器。數(shù)據(jù)存儲器分為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲和外部數(shù)據(jù)存儲。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器為8位地址，所以最大可尋址的范圍為256個單元地址，對片外數(shù)據(jù)存儲器采用間接尋址方式，R0、R1和DPTR都可以做為間接尋址寄存器，R0、R1是8位的寄存器，即R0、R1的尋址范圍最大為256個單元，而DPTR是16位地址指針，尋址范圍就可達到

18、64KB。也就是說在尋址片外數(shù)據(jù)存儲器時，尋址范圍超過了256B,就不能用R0、R1做為間接尋址寄存器，而必須用DPTR寄存器做為間接尋址寄存器。8051單片機片內(nèi)RAM共有256個單元(00H-FFH),這256個單元共分為兩部分。其一是地址從00H7FH單元(共128個字節(jié))為用戶數(shù)據(jù)RAM。從80HFFH地址單元(也是128個字節(jié))為特殊寄存器(SFR)單元。MCS-51系列單片機有四個雙向的8位并行口P0P3，每個口各有一個8位的口鎖存器，復(fù)位后它們的初態(tài)全為1。P1口為準雙向口，P1口的每一位都能獨立地定義為輸出線或輸入線。作為輸入線的位，口鎖存器的相應(yīng)位必須為1狀態(tài)。P3口是一個雙

19、功能口，作為第一功能使用時，其功能和P1口相同。作為第二功能使用時，其口鎖存器狀態(tài)必須為1。P3口的每一位可獨立地定義為第一功能的輸入輸出和第二功能的輸入輸入。P2口也是準雙向口，并且是雙功能口，它既可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴展地址總線口，輸出高8位地址AB8AB15。P0口也是雙功能口，既可可作為第一功能的輸入輸出口使用，也可作為第二功能的系統(tǒng)擴展地址/數(shù)據(jù)總線口，分時輸出低8位地址AB0AB7和收發(fā)數(shù)據(jù)信息D0D7。P1.P2.P3都能驅(qū)動3個TTL門，且不需要外加電阻就能直接驅(qū)動MOS電路。P0作為I/O時需外接上拉電阻才能驅(qū)動MOS電路。如果MCS-51本

20、身的I/O口數(shù)量和種類或存儲器容量不能滿足用戶需求時，可擴展I/O接口或外數(shù)據(jù)存儲器，外部數(shù)據(jù)存儲器和外部擴展接口統(tǒng)一編址，CPU對它們的操作指令也相同。在外部64k的數(shù)據(jù)空間（存儲類型XDTA）內(nèi)，可以各劃出一個區(qū)域作為擴展I/O地址空間和外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間。MCS-51系列單片機至少有5個中斷請求源，提供2個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)2級中斷服務(wù)程序嵌套。每個中斷源可程控為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。和中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有中斷優(yōu)先級控制寄存器IP，中斷使能控制寄存器IE，以及定時/計數(shù)器控制寄存器TCON、串行通信口控制寄存器SCON的相關(guān)位。MCS-51系列單片機的5個中斷請求源中

21、，有通過P3.2.P3.3輸入的二個外部中斷源和，片內(nèi)兩個定時器/計數(shù)器 (T/C0、T/C1) 的溢出中斷請求源TF0和TF1，還有一個片內(nèi)串行通信口發(fā)送或接收中斷請求源TI或RI。這些中斷請求源分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位所鎖存。1.定時器/計數(shù)器（T/C）控制寄存器TCONTCON的高4位控制定時/計數(shù)器，低4位控制外部中斷。其格式如表2-1所示。表2-1 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0定時/計數(shù)器控制外部中斷控制IT0、IT1：外部中斷0、1觸發(fā)方式選擇位，由軟件設(shè)置。置1為下降沿觸發(fā)

22、(即當外部中斷請求源信號有從1電平到0電平的變化時，外部中斷請求標志IE0或IE1才會置1 )，設(shè)置0 為低電平觸發(fā) (即只要外部中斷請求源信號為0時，外部中斷請求標志IE0或IE1就置1 )。IE0、IE1：外部中斷0、1請求標志位。產(chǎn)生中斷請求時，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TF0、TF1：T/C0、T/C1計數(shù)溢出中斷請求標志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位，CPU響應(yīng)中斷后，硬件清零。TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動標志位。其操作方法將在定時器/計數(shù)器章節(jié)中介紹。2.串行通信控制寄存器SCONSCON中與串行通信中斷有關(guān)的位是SCON.1和SCON.0。格式如表2-2所示。各中

23、斷源的硬件優(yōu)先級以及中斷服務(wù)程序入口地址如表7所示。表2-2 中斷服務(wù)程序入口地址表編號中斷源入口地址硬件優(yōu)先級0外部中斷00003H最高1T/C0中斷000BH高2外部中斷10013H中3T/C1中斷001BH低4串行通信口中斷0023H最低通常在中斷入口安排一條相應(yīng)的無條件跳轉(zhuǎn)指令，以當CPU響應(yīng)中斷后，可從中斷入口跳轉(zhuǎn)到用戶設(shè)計的相應(yīng)中斷處理程序入口。與中斷系統(tǒng)相關(guān)的特殊功能寄存器有以下幾個：1.TCON：涉及的位標志IE0、TF0、IE1.TF12.IE：設(shè)及的位標志EX0、ET0、EX1.ET1.ES3.IP：涉及的位標志PX0、PT0、PX1.PT1.PS4.SCON：涉及的位標志

24、RI、TI定時器/計數(shù)器是單片機的一個重要功能部件，可用來實現(xiàn)定時、計數(shù)、頻率測量、脈沖寬度測量、產(chǎn)生信號、信號檢測等。MCS-51系列單片機中有至少有2個定時器/計數(shù)器T/C0和T/C1，它們既可以編程為定時器使用，也可編程為計數(shù)器使用。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則是定時器；若是對外部輸入的脈沖信號計數(shù)，則是計數(shù)器。當T/C以定時器方式工作時，在每個機器周期計數(shù)加1，計數(shù)頻率 = fosc / 12。如晶振頻率為12MHz時，計數(shù)頻率為1MHz，每隔1µs計數(shù)值加1。當T/C以計數(shù)器方式工作時，計數(shù)脈沖來自外部輸入管腳T0 (P3.4) 或T1 (P3.5) ，當外部脈沖信號負跳變時計

25、數(shù)值加1。假如外部信號是周期性連續(xù)脈沖信號，則每過一個振蕩周期，計數(shù)器進行一次加1計數(shù)。因計算機識別輸入信號的負跳變需兩個機器周期，所以可計數(shù)外部脈沖的最高頻率為fosc / 24。當晶振為12MHz時，最高計數(shù)頻率為500kHz，假如外部脈沖頻率高于此頻率，計數(shù)將出錯。和T/C有關(guān)的特殊功能寄存器有TH0、TL0、TH1.TL1.TCON和TMOD，其中TH0和TL0為T/C0的計數(shù)寄存器，TH1和TL1為T/C1的計數(shù)寄存器。TCON中高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟停以及產(chǎn)生計數(shù)溢出中斷標志，其各位的定義如下表3-3所示。表2-3 定時器/計數(shù)器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D

26、1D0TF0TR0TF1TR1IE1IT1IE0IT0TR0、TR1：T/C0、T/C1啟動控制位，需軟件控制。1啟動計數(shù)；0停止計數(shù)。TF0、TF1：T/C0、T/C1計數(shù)溢出中斷請求標志位。產(chǎn)生中斷時，硬件置位；CPU響應(yīng)中斷時，硬件清零。TCON上電復(fù)位時清零。TMOD用于設(shè)置定時器/計數(shù)器的工作模式，其各位的定義如表2-4所示。表2-4 定時器/計數(shù)器方式控制寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0T/C1T/C0其中高4位對應(yīng)于T/C1，低4位對應(yīng)于T/C0。C/：計數(shù)器或定時器選擇位。0定時器；1計數(shù)器。GATE：門控信號位。0T/C的

27、啟停僅受TR0或TR1的控制；1T/C的啟停受到雙重控制，即TR0和P3.2或TR1和P3.3同時為1才能啟動T/C0或TC1。M1.M0：工作方式選擇位。定時器定時時間和計數(shù)初值之間的關(guān)系：定時時間 = (滿計數(shù)值 計數(shù)初值) 機器周期機器周期 = 12 / fosc滿計數(shù)值： 16位計數(shù)：216 = 65536 8位計數(shù)： 28 = 256 定時/計數(shù)器編程操作步驟：1.確定工作模式：編程TMOD2.計算定時器計數(shù)初值，并裝載到THx和TLx中，或THx和TLx清零3.在中斷方式工作時，開CPU中斷和源中斷：編程IE。必要時設(shè)置中斷優(yōu)先級：編程IP4.啟動T/C：置位TCON中的TR0、T

28、R1（三）直流電機驅(qū)動模塊微處理器取代模擬電路作為電動機控制器有如下特點：1.使電路更簡單 模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路復(fù)雜。采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件實。2.可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制 微處理器有更強的邏輯功能，運算速度快、精度高、有大容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制，如優(yōu)化控制等。3.靈活性和適應(yīng)性因為控制器的控制方式是由軟件完成的，如果必須要修改控制規(guī)律，一般不必改動硬件電路，只需修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。4.無零點漂移，控制精度高 數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點漂移問題。無論被控制量的大小如何，

29、都可以保證足夠的控制精度。5.可提供人機界面，多機聯(lián)網(wǎng)工作 因此現(xiàn)在普遍采用單片機作為電動機的控制器。本設(shè)就是由單片機控制產(chǎn)生PWM信號，通過H橋驅(qū)動直流電機。 電機的驅(qū)動方法可以分為：可關(guān)斷晶閘管的門極驅(qū)動、功率晶體管的驅(qū)動、和功率場效應(yīng)管的驅(qū)動等。此次設(shè)計我采用的方法是由功率場效應(yīng)管來組成驅(qū)動電路。 直流電動機是最早出現(xiàn)的電機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電機。長期以來直流電機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的現(xiàn)行調(diào)速特性，簡單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性；盡管近年來不斷受到其他電機的挑戰(zhàn)，但到目前為止仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機的最優(yōu)先選擇。 近年來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都

30、發(fā)生了很大的變化。隨著計算機以及新型電力電子功率器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進行脈寬調(diào)制(pulse width modulation簡稱PWM)控制方式已成為絕對主流。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供了契機。 眾所周知，直流電機轉(zhuǎn)速n的表達式為：n=（U-IR)K （2-1）(2-1)中，U-電樞端電壓； I-電樞電流： R-電樞電路總電阻；-每極磁通量；K-電動機結(jié)構(gòu)參數(shù)?，F(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都是用電樞控制法。下面介紹在勵磁恒定不變的情況下，如何通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實現(xiàn)調(diào)速。 絕大多數(shù)直流電機采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工

31、作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。 當開關(guān)管導(dǎo)通時，電機兩端響電壓Us。PWM信號的周期為T，其中高電平時間_為tl，低電平時間為t2。當開關(guān)管截止時電機電 樞兩端的電壓為0。t2秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管動作重復(fù)前面的過程。這樣，直流電動機電樞繞組兩端的電壓平均值U0為： U0=(tlUs+0）/（t1+t2）=t1Us/T= a Us(2-2) 式中，a為占空比，a=tlT。 占空比a表示了在一個周期T里，開關(guān)管道通的時間與周期的比值。a的變化范同為0a1。由（2-2）可知，當電源電壓Us不變的情況下，電樞的端電壓的平均值U0取決于占空比a的大小，改

32、變a值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調(diào)速的目的，這就是PWM調(diào)速的原理。 在PWM調(diào)速時，占空比a是一個重要參數(shù)。以下三種方法都可以改變占空比的值：1.定寬調(diào)頻法：這種方法是保持tl不變，只改變t2，這樣使周期T(或頻率)也隨之改變2.調(diào)寬調(diào)頻法：這種方法是保持t2不變，只改變tl，這樣使周期T(或頻率)也隨之改變3.定頻調(diào)寬法：這種方法是使周期T(或頻率)保持不變，而同時改變t1和t2前兩種方法由于在調(diào)速時改變了控制脈沖的周期，當控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時將會引于控制脈沖的頻率，且考慮到程序設(shè)計的方便性問題，仍是用的第二種方法。目前，在直流電機 的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。

33、PWM控制信號的產(chǎn)生方法有四種： 分立電子元件組成的PWM信號發(fā)生器：這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號電路。他是最早期的方式?，F(xiàn)在已被淘汰了。軟件模擬法：利用單片機的一個I/O引腳，通過軟件不斷地輸出高低電平來實現(xiàn)PWM波輸出。這種方法要占用CPU大量的時間，使單片機無法進行其他的工作，因此現(xiàn)在用得也較少了。但是由于本設(shè)計的自動門系統(tǒng)在輸出PWM信號時也就不需要作其他什么動作了，況且考慮到實驗室的仿真器沒有專用的PWM口，因而采用了這種方法。專用PWM集成電路：從PWM控制投術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的PWM集成電路芯片，這些芯片除了有PWM信號發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)

34、節(jié)功能、保護功能等。在單片機控制直流電動機中，使用專用PWM集成電路可以減輕單片機負擔，工作更可靠。單片機的PWM口：新一代的單片機增加了許多功能，其中包括PWM功能。單片機通過初始化設(shè)置，使其能自動地發(fā)出PWM脈沖波，只有在改變占空比時CPU才進行干涉。直流電動機的PWM驅(qū)動又分為可逆與不可逆、雙極性與單極性之分。本設(shè)計采用了單極性驅(qū)動可逆PWM系統(tǒng)，下面作一下詳細介紹。單極性驅(qū)動方式是指住一個PWM周期內(nèi)，電動機的電樞制成收單極性的電壓。單極性驅(qū)動也有T型和H型之分，以H型最多。H型又可以分為多種控制方式，此設(shè)計采用受限單極性驅(qū)動方式和受限倍頻單極性驅(qū)動方式。首先單極性驅(qū)動可逆PWM驅(qū)動系

35、統(tǒng)的驅(qū)動電路如下圖3-2所示。 圖2-2 受限單極可逆PWM驅(qū)動系統(tǒng)電機止轉(zhuǎn)時，開關(guān)管Ql受PWM控制信號的控制，開關(guān)管Q2施加高電半使其常開；開關(guān)管Q3.Q4施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂Ｈ鐖D2-2的狀態(tài)。在要求電動機反轉(zhuǎn)時，開關(guān)管Q1受PWM控制信號的控制，開關(guān)管V2施加高電平使其常開；開關(guān)管Q1.Q2施加低電平，使它們?nèi)冀刂埂?當要求電動機正轉(zhuǎn)時，在每個PWM周期的0-tl區(qū)間，Ql導(dǎo)通電動機工作在電動狀態(tài)。在每個PWM周期的tl-t2區(qū)間，Q1截止，電流在自感電動勢的作用下，經(jīng)Q2和D4型重新流回路，如圖2-1的虛線2所示，電動機繼續(xù)工作在電動狀態(tài)。電動機正轉(zhuǎn)時的電流波形如圖2-3(a

36、)所示。占空比比仍可按式2-1計算。 當電動機制動時，PWM 信號的占空比減小，使電樞兩端的平均電壓小于反電動勢。在反電動勢的作用下，電流產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，但是由于V2處十截止狀態(tài)，使耗能制動電流通路受到限制，所謂“受限”因此而得名。當電動機工作在輕載時，在每個PWM周期的tl-t2區(qū)間，當續(xù)流電流衰減到零后，由于V2的截止使反電動勢不能建立反向電流，電樞電流出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，如圖2-3（b)所示。圖2-3 受限單極可逆PWM電流波形首先單極性驅(qū)動方式在輕載時會出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，這是這種方式不利的一面，可以通過提高開關(guān)頻率或改進電路設(shè)計來克服；但是由于能夠避免開關(guān)管直通，可以大大提高系統(tǒng)的可靠性，所以得以

37、普遍使用。 單片機實現(xiàn)受限單極性控制具體方法如下： 下圖2-4是用單片機控制受限單極性可逆PWM驅(qū)動系統(tǒng)的原理圖。圖中單片機將PWM定向到P0.0引腳，另外通過P1.0引腳發(fā)出轉(zhuǎn)向控制信號，規(guī)定其中高電平代表正轉(zhuǎn)，低電平代表反轉(zhuǎn)。從單片機輸出的PWM信號和轉(zhuǎn)向信號先經(jīng)過2個與門和l個非門在各個開關(guān)管的柵極相連。當單片機要求正轉(zhuǎn)時，單片機Pl.0輸出高電平信號，該信號分成3路：第1路接與門Yl的輸入端，使與門Yl的輸出由PWM決定，所以開關(guān)管vl柵極受PWM控制。第2路直接與開關(guān)管Q2柵極相連，使Q2導(dǎo)通。第3路經(jīng)非門Fl連接到與門Y2的輸入端，使與門Y2輸出為0，這樣使開關(guān)管Q4截止。從非門F

38、l輸出的另一路與開關(guān)管Q3的柵極相連，其低電平信號也使Q3截止.同樣電動機要求反轉(zhuǎn)，單片機P1.0輸出低電平信號，經(jīng)過兩個與門和一個非門組成邏輯電路后，使開關(guān)管Q4受PWM信號的控制，Q3導(dǎo)通，Q1.Q2截止。 圖2-4 單片機控制受限單極性可逆PWM系統(tǒng)原理圖三、軟件設(shè)計（一）整體程序流程圖及功能模塊設(shè)計本設(shè)計程序以匯編語言編寫，因為匯編語言易于讀寫、易于調(diào)試和修改，同時匯編語言用來編制系統(tǒng)軟件和過程控制軟件，其目標程序占用內(nèi)存空間少，運行速度快。本程序的設(shè)計主要由PWM信號發(fā)生程序、轉(zhuǎn)速測量模塊程序和檢測開關(guān)本軟件主要采用查詢的方法來實現(xiàn).雖然中斷的方法要比查詢具有實時性并節(jié)約時間，但是基

39、于本系統(tǒng)的要求，因為如果采用有人進入INT0中斷服務(wù)程序的話，服服務(wù)程序很不容易判斷自動門究竟出于哪一部分，要用哪種速度開門。查詢?nèi)绻O(shè)置的合適也是完全可以的。程序組成。整體程序流程圖如下頁圖3-1所示。（二）PWM信號發(fā)生及轉(zhuǎn)速測量模塊程序設(shè)計PWM信號就是脈沖寬度信號，一定時間的高電平和一定時間的低電平的循環(huán)即可形成PWM信號。于是本程序采用將P0.0清0和置l的方法來實現(xiàn)。首先在程序開始初始化的時候?qū)0.0清0，調(diào)用PWM信號產(chǎn)生程序時，先將P0.0置1，然后經(jīng)定時程序延時一段時間后再將P0.0清0。然后判斷有沒有中斷要執(zhí)行，如到達限位開關(guān)或是有人進出時。如果以上情況都沒發(fā)生就繼續(xù)調(diào)用

40、這一個方波的發(fā)生程序。直至有中斷打斷時，執(zhí)行清0 P0.0或調(diào)用另一個方波發(fā)生程序?qū)嵤┳兯?。開始系統(tǒng)初始化啟動紅外探測器有人嗎?快速開門有人嗎?到半處限位開關(guān)嗎?慢速開門有人嗎?到開門限位開關(guān)嗎?電機停止延時2秒有人嗎?快速關(guān)門有人嗎?有障礙嗎?到半處限位開關(guān)嗎?慢速關(guān)門有人嗎?有障礙嗎?到關(guān)門限位開關(guān)嗎?電機停止延時2秒返回NK1NK4K2K3NNK5YYYYYNNNYNNYK5YYK2K3K4K1YNYN圖3-1 整體程序流程圖變速是根據(jù)程序的順序執(zhí)行順序而判斷門所處的位置來實現(xiàn)的。此程序嚴格按照自動門開關(guān)一次的順序來編寫的，考慮了各階段可能遇到的所有問題，因此根據(jù)程序執(zhí)行的控制器可判斷自

41、動門是該快速還是慢速。P1.0清零P0.0置1延時0.2SP0.0清零延時0.1S有人嗎？快速開門門已完全打開？YYN停止開門N開始圖3-2 快速開門流程圖具體程序如下：KSLOW:CLR P1.0定時0.1 s的程序如下：DEL: MOV R7，#200DEL1: MOV R6，#250DEL2: DJNZ R6，DEL2 DJNZ R7，DEL1 RET 其中R6.R7是兩個8位的寄存器，分別裝有兩次的循環(huán)初值，250和200執(zhí)行內(nèi)循環(huán)時，執(zhí)行時間為250*2us=5000us=0.5ms。外層循環(huán)執(zhí)行時間為200*0.5ms=100ms=0.1s。 在基本延時程序的基礎(chǔ)上，通過調(diào)用它可以

42、實現(xiàn)多種定時。 MOV R0，#14H LOOPl：CALL DEL DJNZ R0，LOOPI就實現(xiàn)了20*0.1s=2s的定時。本程序采用定時和技術(shù)結(jié)合的方法來實現(xiàn)。其中定時沒有采用定時器計數(shù)器。因為前邊已經(jīng)有了基本延時程序，為了使程序更簡便 并且有更高的利用率，因T10: MOV TMOD,#50H; T1為方式1計數(shù)器 MOV TL1，#0 MOV TH1，#0 MOV R0,#10; 測試一秒內(nèi)的轉(zhuǎn)速 SETB TR1LOOP2:LCALL DEL DJNZ R0，LOOP2 CLR TR1 MOV A,TL1 CJNE A，#0,JIXU1JIXU1:JB P0.6,GSLOW A

43、JMP GFAST 當調(diào)用關(guān)門程序的過程中才有必要測速，其他部分不需要設(shè)置此程序。在調(diào)用關(guān)門PWM信號的過程中，調(diào)用測速程序。計數(shù)器采用的Tl計數(shù)。首先將計數(shù)器Tl啟動并設(shè)置初值為0，然后開始定時，定時l秒后，將計數(shù)器所計數(shù)值傳給寄存器A，在將此計數(shù)值與電機正常狀態(tài)下最低轉(zhuǎn)速的二倍相比較(因為圓盤上設(shè)有兩個孔，因此是最低轉(zhuǎn)速的二倍)。如果計數(shù)值小于最小值的二倍則代表有障礙物，從而轉(zhuǎn)到開門程序執(zhí)行。其中TMOD是定時器計數(shù)器的工作方式寄存器。它用于選擇定時器計數(shù)器的工作模式和工作方式，它的字節(jié)地址為89H，不能 進行位尋址。其格式如下圖3-1所示圖3-1 TMOD格式 當GATE位為0時，僅由運行控制位TRX(x=0，1)=1來啟動定時器計數(shù)器運行。 M1.M0為工作方式選擇位。本程序中將其設(shè)置為01，表示定時器計數(shù)器工作在方式l，為l6位定時器計數(shù)器。 C/T=1時為計數(shù)器模式，計數(shù)器對外部輸入引腳TO(P34腳)或Tl(P35腳)的外