單片機 系統(tǒng)應用實例

第10章

系統(tǒng)應用實例

10.1步進電機控制系統(tǒng)10.2紅外線感應自動門控制系統(tǒng)10.3通用多點溫度控制系統(tǒng)10.1步進電機控制系統(tǒng) 10.1.1步進電機控制原理10.1.2步進電機控制程序設(shè)計10.1.3步進電機變速控制返回本章首頁

+27VMLAMLBMLC1K15K15K15K1K1K74068031P1.0P1.1P1.2P2.3P2.0D7D0Q7Q0A11A8A7A0D7D0D7D02732CEOEGOEALEPSEN～～～～～～～圖10-1單片機控制三相步進電機原理圖10.1.1步進電機控制原理三相步進電機的通電方式有：（1）三相三拍通電方式： A→B→C→A。（2）三相雙三拍通電方式：AB→BC→CA→AB。（3）三相六拍通電方式： A→AB→B→BC→C→CA。按以上順序通電，步進電機正轉(zhuǎn)。要使電機反轉(zhuǎn)，將上述步進電機各相繞組的通電相序反過來即可。如三相三拍反轉(zhuǎn)的通電方式為：A→C→B→A。節(jié)

拍通電順序控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進制十六進制16A000000010125AB000000110334B000000100243BC000001100652C000001000461CA0000010105表10-1三相六拍步進電機控制模型返回本節(jié)10.1.2步進電機控制程序設(shè)計步進電機控制的任務就是：①判斷旋轉(zhuǎn)方向②按順序送出控制脈沖③判斷脈沖是否送完正反轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)的存放單元見表10-2和表10-3，其中26H和2DH中存放模型結(jié)束標志，程序流程如圖10-2所示。表10-2正轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)內(nèi)存字節(jié)地址20H21H22H23H24H25H26H控制模型數(shù)據(jù)01H03H02H06H04H05H00H表10-3反轉(zhuǎn)控制模型數(shù)據(jù)內(nèi)存字節(jié)地址27H28H29H2AH2BH2CH2DH控制模型數(shù)據(jù)01H05H04H06H02H03H00HY置反轉(zhuǎn)模型地址恢復模型首址保護現(xiàn)場設(shè)步長計數(shù)器置正轉(zhuǎn)模型地址輸出控制模型返回恢復現(xiàn)場是數(shù)據(jù)結(jié)束?步數(shù)為0?YYNNN轉(zhuǎn)向標志為1?圖10-2程序延時控制程序流程圖返回本節(jié)10.1.3步進電機變速控制 步長fcfL1L2L3圖10-3變速控制過程設(shè)頻率階梯計數(shù)器設(shè)階梯步長計數(shù)器設(shè)置定時器轉(zhuǎn)向標志為1?CPU開中斷CPU關(guān)中斷結(jié)束頻率階梯為0?主程序設(shè)置正轉(zhuǎn)模型地址YN設(shè)T0初值地址指針設(shè)置反轉(zhuǎn)模型地址YNT0初值地址更新恢復模型首址保護現(xiàn)場輸出控制模型模型地址增1賦升頻T0初值恢復現(xiàn)場模型結(jié)束?頻率階梯為0?階梯步長為0?階梯步長賦值中斷服務程序是升頻?返回賦降頻T0初值YYYNNNNY圖10-4變頻控制程序流程圖編寫變頻控制程序作如下說明：（1）利用定時器T0延時，其初值存放在EPROM的同一頁中。降頻是升頻的逆過程。（2）步進電機控制模型數(shù)據(jù)及存放地址（如表10-2~10-5所示）。（3）在升、降頻過程中，考慮步進電機慣性，要求每改變一次頻率，需持續(xù)運行一定步數(shù)，稱頻率階梯步長。表10-4標志位定義表表10-5初值分配表位地址標志內(nèi)容

字節(jié)地址存儲內(nèi)容70H運行方式：0代表恒速，1代表變速

1AH頻率階梯步長計數(shù)器R2的值71H變速方式：0代表降速，1代表升速

1BH頻率階梯計數(shù)器R3的值72H恒速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1CH恒速段步長低8位73H升速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1DH恒速段步長高8位74H降速轉(zhuǎn)向：0代表正轉(zhuǎn)，1代表反轉(zhuǎn)

1EH恒速段T0初值低8位75H程序結(jié)束標志：02代表程序結(jié)束

1FH恒速段T0初值高8位返回本節(jié)10.2紅外線感應自動門控制系統(tǒng) 10.2.1系統(tǒng)硬件電路10.2.2紅外線傳感器集成芯片介紹10.2.3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)返回本章首頁10.2.1系統(tǒng)硬件電路系統(tǒng)控制電路如圖10-5所示。用MCS-51系列單片機與完全兼容的AT89C51作主控芯片，經(jīng)擴展和接口電路構(gòu)成控制系統(tǒng)。紅外線傳感器能以非接觸形式檢測人體中輻射出的紅外線能量變化，并將此變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘栞敵?。系統(tǒng)有自動和手動兩種功能。電機選用單相交流電機，由三個控制信號P3.0、P3.1、P3.4來控制其正、反轉(zhuǎn)和速度變換。BISS000160K20K1032M10K10u1M1M47K10347u電壓檢測模塊電機溫度檢測P3.3/INT1手動/自動切換手動關(guān)按鈕P3.4P3.02.2uDSG紅外傳感器+5VGND3.3K103103470u+5V330K330K10210nVCVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT220KIBRR1AV0RC1RC2RR2VSS+5V行程開關(guān)2行程開關(guān)3手動開按鈕光電隔離電機正轉(zhuǎn)繼電器J1電機過熱報警轉(zhuǎn)速檢測模塊A/D轉(zhuǎn)換蜂鳴報警行程開關(guān)4行程開關(guān)1電壓過高報警速度異常報警速度變換繼電器J3電機反轉(zhuǎn)繼電器J2ADC0809EOCP1.0P1.3P1.2P1.1P1.4P1.5P1.6P2.0P2.1P2.3P2.2P3.2/INT0P3.1P0WRRDALEP1.710K×6LEDAT89C51VCC圖10-5紅外線自動門控制系統(tǒng)原理圖返回本節(jié)10.2.2紅外線傳感器集成芯片介紹 紅外線傳感器集成芯片BISS0001特點（如圖10-6、10-7所示）：（1）用CMOS工藝，功耗低。（2）具有獨立的高輸入阻抗運算放大器，可與多種傳感器匹配。（3）雙向鑒幅器可有效抑制干擾信號。（4）內(nèi)設(shè)延時和封鎖定時器，性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)范圍寬。（5）內(nèi)置參考電源。（6）工作電壓范圍寬（3V～5V）。BISS000112345678910111213141516AV0RR1RC1RC2RR2VssVRF/RESETVcIBVDD2OUT2IN-1IN+1IN-1OUT圖10-6BISS0001芯片引腳圖+－OP1+－OP2+－COP1+－COP2+－COP3狀態(tài)控制器參考電源封鎖時間定時延遲時間定時51141598161213321071164A1IN-1OUT2IN2OUTVcVRF/RESET1IN+VHVLVMVRVLVHVMVRVDDVSSIBV0

VRR1RR1RR2R2C2RC2C1RC1U2U1VsRESET圖10-7BISS0001芯片內(nèi)部電路原理圖返回本節(jié)10.2.3系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)整個系統(tǒng)軟件主要由主程序、中斷服務程序、門開啟和關(guān)閉子程序、各種故障處理及報警子程序組成。主程序主要是完成系統(tǒng)進行初始化、中斷設(shè)置、手動與自動切換等功能。中斷服務程序包括兩個外部中斷和兩個定時器中斷（如圖10-8~10-12所示）。啟動下一通道通道號加１指向0809地址轉(zhuǎn)換結(jié)束否?采樣結(jié)束否?數(shù)據(jù)存放數(shù)據(jù)指針加１開T1中斷中斷返回YNN關(guān)T1中斷開始是否手動方式?定時器T0、T1設(shè)置開定時器中斷優(yōu)先級設(shè)置開中斷關(guān)外部中斷1開定時器T0開外部中斷1系統(tǒng)是否有故障?系統(tǒng)終止YNYNY圖10-8系統(tǒng)主程序流程圖圖10-9T1中斷服務程序流程圖延時10s加速停機開中斷減速關(guān)門有人否?有人否?加速否?有人否?減速否?停機否?系統(tǒng)是否有故障?系統(tǒng)是否有故障?開門子程序中斷返回Y關(guān)外部中斷NYYNNNYYNYNNYYN圖10-10外部中斷服務程序流程圖門狀態(tài)檢測電機加速電機減速電機停止加速?減速?停止?返回YNNYNY開門圖10-11開門子程序流程圖返回本節(jié)10.3通用多點溫度控制系統(tǒng) 10.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)10.3.2通信協(xié)議10.3.3硬件電路 10.3.4軟件設(shè)計返回本章首頁10.3.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)RS-485接口從機0#主機RS-485接口……RS-485接口從機1#RS-485接口從機n#圖10-13系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖返回本節(jié)10.3.2通信協(xié)議 1．通信過程（1）寫指令單片機發(fā)指令——→從機接收指令——等待→反饋接收信息（2）讀指令主機發(fā)指令——→從機接收指令——等待→從機取出參數(shù)給主機——→等待——→主機反饋接收信息2．通信設(shè)定（1）從機站號（2）通信速率（3）通信再試次數(shù)（4）校驗方式3．數(shù)據(jù)格式l

主機到從機的通信數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)寫入的格式有兩種，數(shù)據(jù)寫入指的是主單片機對從單片機的發(fā)送指令。

從機號指令代碼校驗和從機號指令代碼指令參數(shù)校驗和格式A（讀指令）格式B（寫指令）l

從機到主機的數(shù)據(jù)格式不論主機發(fā)送的指令是何種格式，從機收到主機指令后都要向主機發(fā)回確認信息。從機號YES/NO返回數(shù)據(jù)校驗和從機號YES/NO校驗和格式A’

格式B’返回本節(jié)10.3.3硬件電路 AT89C52單片機具有MCS-51內(nèi)核，指令系統(tǒng)與MCS-51單片機100%兼容，片內(nèi)有8KFlashEPROM，256字節(jié)RAM，6個中斷源，一個串行口，最高工作頻率可達24M，完全可滿足本系統(tǒng)的需要。主機管理各從機，負責系統(tǒng)的各溫度測控點數(shù)據(jù)的收集與處理。從機負責現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集以及現(xiàn)場溫度的控制。系統(tǒng)的主從機硬件結(jié)構(gòu)原理圖分別見圖10-14和圖10-15所示。返回本節(jié)10.3.4軟件設(shè)計 1．主機軟件設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)從機數(shù)量以及對溫度控制響應實時性的要求，采取不同的時間間隔掃描各從機，讀取各溫度測控點的溫度信息或發(fā)送控制指令。主機系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括鍵處理模塊、顯示管理模塊、通信讀數(shù)據(jù)模塊、通信寫指令模塊、故障處理模塊等。2．從機軟件設(shè)計從機主要接收主機指令，完成主機規(guī)定的溫度控制及相關(guān)操作。從機也配有鍵盤，允許用戶現(xiàn)場控制溫度。從機軟件設(shè)計也包括鍵處理模塊、溫度數(shù)據(jù)采集（A/D）模塊、顯示模塊、通信模塊、輸出管理模塊、故障處理模塊。通訊正常？Y開始T20msFlag=1？N產(chǎn)生故障消息T20msFlag=0;系統(tǒng)初始化聯(lián)絡(luò)各從機T20ms=？鍵處理模塊顯示模塊通訊管理模塊故障處理模塊T20ms=0T20ms=2T20ms=3T20ms=1YN圖10-16主機主程序流程圖返回本節(jié)以下是利用TLC0832型A/D轉(zhuǎn)換器進行數(shù)據(jù)采集的子程序。TLC0832引腳圖及用法見從機系統(tǒng)圖10-15。該型號A/D轉(zhuǎn)換器是TI公司近年推出的新型兩通道8位逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，允許差分輸入方式工作。利用單片機的I/O口線進行數(shù)據(jù)的傳輸。TLC0832型A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采集參考程序清單如下：

CollectAD： PUSH PSW PUSH ACC CLR CS MOV R6，#08H ；計數(shù)初值，接收8位數(shù)據(jù)LOAD1： CLR CLK ；產(chǎn)生時鐘信號低電平，第1個脈沖

NOP SETB DI ；發(fā)啟動信號

NOP SETB CLK ；產(chǎn)生時鐘信號高電平

NOP NOP CLR CLK ；第2個脈沖NOP SETB DI ；SGL=1，單通道輸入方式

NOP SETB CLK NOP NOP CLR CLK ；第3個脈沖

NOP CLR DI ；ODD=0，選擇通道0

NOP SETB CLK NOP