
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

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/江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目:專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)專業(yè)學(xué)生姓名?班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師完成日期2012年6月10日摘要電機(jī)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用,而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之一,因而測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的調(diào)速,使它滿足人們的各種需要,更顯得重要,而且隨著科技的發(fā)展,PWM調(diào)速成為電機(jī)調(diào)速的新方式。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展,微控制器在社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,由于數(shù)字系統(tǒng)有著模擬系統(tǒng)所沒有的優(yōu)勢(shì),如抗干擾性強(qiáng)、便于和PC機(jī)相聯(lián)、系統(tǒng)易于升級(jí)維護(hù)。本設(shè)計(jì)是以單片機(jī)AT89S52和L298控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。利用AT89S52芯片進(jìn)行低成本直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、滿足更多應(yīng)用場(chǎng)合的需要.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制,以及PWM的占空比在LCD上的實(shí)時(shí)顯示。關(guān)鍵詞直流電機(jī);AT89S52;PWM調(diào)速;L298AbstractMotorsplayimportantrolesinallwalksoflifeandtherotationspeedofmotorsisoneofthevatalperformanceindexs.Inaddition,itismoreimportanttomeetpeople’sdemandsbytestingtherotationspeedandthespeedgoverningofmotors.What(yī)’smore,withthedevelopmentofscience,anewwayofspeedgoverningturnedupwhichcalledPWM.Withtherapiddevelopmentofdigitaltechnology,micro-controllerinallareasofsocietyhavebeenwidelyused.Becausedigitalsystemhasmanyadvantageswhichanalogsystemdoesnothave,suchasstronganti-interference,simpleinterfacewiththePC,easyupgradeandmaintenanceforsystem.ThisprojectisaspeedgoverningsystemofthepulsewidthofDCmotorcontrolledbymicrocontrollerAT89S52andL298。MakingtheuseofthechipofAT89S52,IdesignacontrollingsystemofDCmotoroflowcost.Itcansimplifythesystemstructurereducesystemcost,strengthensystemperformanceandmeetmoreneedsfrommoreapplications.Andthesystemcancontrolthecorotation,reversal,scraming,acceleratingandslowdownofmotorsanddisplaythedutyratioofPWMonLCDinrealtime.KeywordsDCMotorAT89S52PMWSpeedAutomaticL298目錄TOC\o"1-3”\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc244070529”摘要 PAGEREF_Toc244070529\hIHYPERLINK\l”_Toc244070530"Abstract?PAGEREF_Toc244070530\hIHYPERLINK\l”_Toc244070531"目錄?PAGEREF_Toc244070531\hIIHYPERLINK\l”_Toc244070532"第一章緒論 PAGEREF_Toc244070532\h1HYPERLINK\l”_Toc244070533"1.1直流電機(jī)的介紹 PAGEREF_Toc244070533\h1HYPERLINK\l”_Toc244070534”1。2單片機(jī)的介紹 PAGEREF_Toc244070534\h1HYPERLINK\l"_Toc244070535"第二章總體方案?PAGEREF_Toc244070535\h2HYPERLINK\l"_Toc244070536"2.1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)?PAGEREF_Toc244070536\h2HYPERLINK\l"_Toc244070537"2.2設(shè)計(jì)思路 PAGEREF_Toc244070537\h2HYPERLINK\l"_Toc244070540"第三章各模塊的介紹 070540\h3HYPERLINK\l”_Toc244070541"3.1PWM脈寬調(diào)制原理 PAGEREF_Toc244070541\h3HYPERLINK\l"_Toc244070542"3.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PAGEREF_Toc244070542\h3HYPERLINK\l”_Toc244070543”3。4獨(dú)立式鍵盤控制模塊?3HYPERLINK\l"_Toc244070544"3。5L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊?3HYPERLINK\l"_Toc244070544"3.6光電測(cè)速模塊?3HYPERLINK":\\Users\\GXL\\Desktop\\單片機(jī)\\畢業(yè)設(shè)計(jì)\\新建%20Microsoft%20Word%20文檔.doc"\l”_Toc244070544#_Toc244070544”3.7LCD顯示模塊 3\HYPERLINK”:\\Users\\GXL\\Desktop\\單片機(jī)\\畢業(yè)設(shè)計(jì)\\新建%20Microsoft%20Word%20文檔。doc"第四章結(jié)論?PAGEREF_Toc244070545\h4HYPERLINK致謝?PAGEREF_Toc244070550\h5HYPERLINK2、對(duì)于期刊類參考文獻(xiàn)依次為:作者名、文章名、期刊名[J],年份、卷號(hào)(期號(hào))、頁碼(參考上例[2])。 PAGEREF_Toc244070554\h61緒論1.1直流電機(jī)1.1。1直流電機(jī)的發(fā)展直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制,很難進(jìn)行調(diào)速,不能實(shí)現(xiàn)智能化。如今,直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持,單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,使人類社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)代,單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合,促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新,引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn).現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,改變了世界,也改變了人類的生活.由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn),計(jì)算機(jī)性能的不斷提高,單片機(jī)的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化等方面。在實(shí)際應(yīng)用中,電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備,一是要具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率;二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能如何對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響.因此,調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)。1.1.2直流電機(jī)控制方法和工作原理直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類:勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制磁通,其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場(chǎng)飽和的限制,高速時(shí)受到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制,而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法.傳統(tǒng)的改變端電壓的方法是通過調(diào)節(jié)電阻來實(shí)現(xiàn)的,但這種調(diào)壓方法效率低。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,創(chuàng)造了許多新的電樞電壓控制方法。其中脈寬調(diào)制(PulseWidthModulat(yī)ion,PWM)是常用的一種調(diào)速方法。其基本原理是用改變電機(jī)電樞電壓的接通和斷開的時(shí)間比(即占空比)來控制馬達(dá)的速度,在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中當(dāng)電機(jī)通電時(shí),其速度增加,電機(jī)斷電時(shí)其速度降低。只要按照一定的規(guī)律改變通斷電的時(shí)間,就可使電機(jī)的速度保持在一穩(wěn)定值上。直流電機(jī)可按其結(jié)構(gòu)、工作原理和用途等進(jìn)行分類,其中根據(jù)直流電機(jī)的用途可分為以下幾種:直流發(fā)電機(jī)(將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為直流電能)、直流電動(dòng)機(jī)(將直流電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能)、直流測(cè)速發(fā)電機(jī)(將機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào))、直流伺服電動(dòng)機(jī)(將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械信號(hào))。直流電機(jī)電路模型如圖1—1所示,磁極N、S間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓柱體,圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈abcd。當(dāng)線圈中流過電流時(shí),線圈受到電磁力作用,從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則可知,當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí),線圈的方向也將改變,因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。直流電機(jī)模型見圖1-1.圖1—1直流電動(dòng)機(jī)電路模型1.2單片機(jī)及微處理器控制系統(tǒng)的發(fā)展單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。近年來,隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,以及市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高,直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用更加廣泛,尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速性能、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要,為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求,單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機(jī),正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價(jià)格、大存儲(chǔ)容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)檔次的不斷提高,功能的不斷完善,單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化、智能化等方面,特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中.這是因?yàn)閱纹瑱C(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn):體積小,功能全,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,結(jié)構(gòu)合理,指令豐富,控制功能強(qiáng),造價(jià)低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成,由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn),如存在溫漂、零漂電壓,構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多,使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低.隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展,微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作,控制手段靈活方便,抗干擾能力強(qiáng).所以,全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。所以,直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化,使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。微處理器誕生于上個(gè)世紀(jì)七十年代,隨著集成電路大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展,微處理器的性價(jià)比越來越高。此外,由于電力電子技術(shù)的發(fā)展,制作工藝的提升,使得大功率電子器件的性能迅速提高。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能,利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略,使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮,使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求,還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)等便于控制且實(shí)用的新型電機(jī),使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。對(duì)于簡(jiǎn)單的微處理器控制電機(jī),只需利用用微處理器控制繼電器、電子開關(guān)元器件,使電路開通或關(guān)斷就可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。現(xiàn)在帶微處理器的可編程控制器,已經(jīng)在各種的機(jī)床設(shè)備和各種的生產(chǎn)流水線中普遍得到應(yīng)用,通過對(duì)可編程控制器進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的規(guī)律化控制。對(duì)于復(fù)雜的微處理器控制電機(jī),則要利用微處理器控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等,使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過微處理器控制,可使電機(jī)的性能有很大的提高。目前相比直流電機(jī)和交流電機(jī)他們各有所長(zhǎng),如直流電機(jī)調(diào)速性能好,但帶有機(jī)械換向器,有機(jī)械磨損及換向火花等問題;交流電機(jī),不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī),結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單,工作也比直流電機(jī)可靠,但在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí),它們的速度不能方便而經(jīng)濟(jì)地調(diào)節(jié)[2]。高性能的微處理器如DSP(DIGITALSIGNALPROCESSOR即數(shù)字信號(hào)處理器)的出現(xiàn),為采用新的控制理論和控制策略提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ),使電機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)化程度大為提高.在先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床等數(shù)控位置伺服系統(tǒng),已經(jīng)采用了如DSP等的高速微處理器,其執(zhí)行速度可達(dá)數(shù)百萬兆以上每秒,且具有適合的矩陣運(yùn)算。2總體方案2。1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)方案說明:直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)以AT89S52單片機(jī)為控制核心,由命令輸入模塊、LCD顯示模塊及電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成.采用獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入,單片機(jī)在程序控制下,定時(shí)不斷給L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片發(fā)送PWM波形,完成電機(jī)正,反轉(zhuǎn)和急??刂疲煌瑫r(shí)單片機(jī)不停的將PWM脈寬調(diào)制占空比送到LCD數(shù)碼管完成實(shí)時(shí)顯示,見圖2—1。圖2-1系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的模擬電路容易隨時(shí)間漂移,會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗,以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了PWM技術(shù)后,避免了以上的缺陷,實(shí)現(xiàn)了用數(shù)字方式來控制模擬信號(hào),可以大幅度降低成本和功耗。另外,由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高,僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流,低速特性好;同樣,由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動(dòng)態(tài)抗干擾能力強(qiáng),可以獲得很寬的頻帶;開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài),主電路損耗小,裝置效率高.PWM具有很強(qiáng)的抗噪性,且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。2.2設(shè)計(jì)思路直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)的主要功能包括:實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停,能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。主體電路:即直流電機(jī)PWM控制模塊.這部分電路主要由AT89S52單片機(jī)的I/O端口、定時(shí)計(jì)數(shù)器、外部鍵盤等控制直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),能夠很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)的智能控制。其間是通過AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生脈寬可調(diào)的脈沖信號(hào)并輸入到L298驅(qū)動(dòng)芯片來控制直流電機(jī)工作的。該直流電機(jī)PWM控制系統(tǒng)由以下電路模塊組成:設(shè)計(jì)輸入部分:這一模塊主要是利用獨(dú)立式鍵盤來實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的加速、減速以及電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和急停控制.設(shè)計(jì)控制部分:主要由AT89S52單片機(jī)的外部鍵盤擴(kuò)展電路組成。直流電機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)部分主要由一些二極管、電機(jī)和L298直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成。設(shè)計(jì)測(cè)速部分:主要有光電對(duì)管和AT89S52實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)顯示部分:LCD數(shù)碼管顯示部分,實(shí)現(xiàn)對(duì)速度實(shí)時(shí)顯示。3PWM脈寬調(diào)制原理3。1PWM調(diào)速原理PWM(脈沖寬度調(diào)制)是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率,改變負(fù)載兩端的電壓,從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面,比如:電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等.在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源,并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長(zhǎng)短。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比"來達(dá)到改變平均電壓大小的目的,從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。也正因?yàn)槿绱?PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”,見圖3—1所示.圖3-1PWM信號(hào)的占空比設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax,設(shè)占空比為D=t1/T,則電機(jī)的平均速度為Va=Vmax*D,其中Va指的是電機(jī)的平均速度;Vmax是指電機(jī)在全通電時(shí)的最大速度;D=t1/T是指占空比。由上面的公式可見,當(dāng)我們改變占空比D=t1/T時(shí),就可以得到不同的電機(jī)平均速度Va,從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說,平均速度Va與占空比D并非嚴(yán)格的線性關(guān)系,但是在一般的應(yīng)用中,我們可以將其近似的看成是線性關(guān)系.3.2PWM調(diào)速方法基于單片機(jī)類由軟件來實(shí)現(xiàn)PWM:在PWM調(diào)速系統(tǒng)中占空比D是一個(gè)重要參數(shù)在電源電壓Ud不變的情況下,電樞端電壓的平均值取決于占空比D的大小,改變D的值可以改變電樞端電壓的平均值從而達(dá)到調(diào)速的目的.改變占空比D的值有三種方法:A、定寬調(diào)頻法:保持t1不變,只改變t2,這樣使周期(或頻率)也隨之改變.B、調(diào)寬調(diào)頻法:保持t2不變,只改變t1,這樣使周期(或頻率)也隨之改變。C、定頻調(diào)寬法:保持周期T(或頻率)不變,同時(shí)改變t1和t。前兩種方法在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期(或頻率),當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí),將會(huì)引起振蕩,因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓。利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器外加軟件延時(shí)等方式來實(shí)現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整,此種方式可簡(jiǎn)化硬件電路,操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。3.3PWM實(shí)現(xiàn)方式方案一:采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式,這一方式產(chǎn)生的脈沖寬度極其精確,誤差只在幾個(gè)us。方案二:采用軟件延時(shí)方式,這一方式在精度上不及方案一,特別是在引入中斷后,將有一定的誤差。故采用方案一。3。4PWM控制流程圖在本設(shè)計(jì)中PWM脈沖調(diào)制的控制流程見下圖3—2。圖3-2PWM控制流程4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)基本組成4.1.1硬件模塊組成(1)單片機(jī)控制模塊(主)(2)光電對(duì)管測(cè)速(主)(3)L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(4)獨(dú)立鍵盤控制模塊(5)LCD顯示模塊4。1。2直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見下圖4-14。1.2直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊見圖4系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)基本組成4.1。1硬件模塊組成(1)單片機(jī)控制模塊(2)L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(3)LCD顯示模塊(4)獨(dú)立鍵盤控制模塊4。1。2單片機(jī)整個(gè)控制模塊 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制模塊這里利用定時(shí)計(jì)數(shù)器讓單片機(jī)P2口的P2.7引腳輸出占空比不同的方波,然后經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片L298放大后控制直流電機(jī)。驅(qū)動(dòng)芯片的輸入電壓是兩引腳的電壓差,在調(diào)速時(shí)一根引腳線為低電平,另一個(gè)引腳產(chǎn)生調(diào)速方波,這樣兩個(gè)引腳的電壓差就可通過控制其中一個(gè)引腳來控制。當(dāng)需要改變電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí),兩個(gè)引腳的輸出相反。定時(shí)計(jì)數(shù)器50us中斷一次,就使P2。7產(chǎn)生一個(gè)高電平或低電平。占空比為高電平脈沖個(gè)數(shù)占一個(gè)周期總脈沖個(gè)數(shù)的百分?jǐn)?shù).一個(gè)周期加在電機(jī)兩端的電壓為脈沖高電壓乘以占空比。占空比越大,加在電機(jī)兩端的電壓越大,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)越快。電機(jī)的平均速度等于在一定的占空比下電機(jī)的最大速度乘以占空比.當(dāng)我們改變占空比時(shí),就可以得到不同的電機(jī)平均速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。4。2AT89S52的簡(jiǎn)介4。2。1AAT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案.與MCS-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容;8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器;1000次擦寫周期;全靜態(tài)操作:0Hz~33Hz;三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器;32個(gè)可編程I/O口線;三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器;六個(gè)中斷源;全雙工UART串行通道;低功耗空閑和掉電模式;掉電后中斷可喚醒;看門狗定時(shí)器;雙數(shù)據(jù)指針;掉電標(biāo)識(shí)符。4.2.2AT89S52各引腳功能介紹圖4-2AT89S52單片機(jī)各引腳AT89S52有6個(gè)中斷源:兩個(gè)外部中斷(INT0和INT1),三個(gè)定時(shí)中斷(定時(shí)器0、1、2)和一個(gè)串行中斷。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。IE還包括一個(gè)中斷允許總控制位EA,它能一次禁止所有中斷。AT89S52內(nèi)部具有看門狗定時(shí)器及3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。16位是指他們都是由16個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成,故最大計(jì)數(shù)模值為??删幊淌侵杆鼈兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O(shè)置,或者當(dāng)計(jì)數(shù)器用,或者當(dāng)定時(shí)器用,并且記數(shù)(定時(shí))的范圍也可以由指令來設(shè)置。這種控制功能是通過定時(shí)器方式控制器TMOD來完成的。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu):MCS-51器件有單獨(dú)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器.外部程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可以64K尋址。程序存儲(chǔ)器:如果EA引腳接地,程序讀取只從外部存儲(chǔ)器開始.對(duì)于89S52,如果EA接VCC,程序讀寫先從內(nèi)部存儲(chǔ)器(地址為0000H~1FFFH)開始,接著從外部尋址,尋址地址為:2000H~FFFFH。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器:AT89S52有256字節(jié)片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器.4。3獨(dú)立式鍵盤控制模塊4.3。1獨(dú)立式鍵盤獨(dú)立式鍵盤的按鍵相互獨(dú)立,每個(gè)按鍵接一根I/O口線,一根I/O口線上的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其它I/O口線的工作狀態(tài).因此,通過檢測(cè)I/O口線的電平狀態(tài),即可判斷鍵盤上哪個(gè)鍵被按下,獨(dú)立式鍵盤見圖4—12。圖4-12獨(dú)立式鍵盤4.3.2本系統(tǒng)中獨(dú)立式鍵盤與單片機(jī)的鏈接本設(shè)計(jì)中有五個(gè)獨(dú)立式按鍵,分別控制電機(jī)的加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停和系統(tǒng)的復(fù)位,獨(dú)立式按鍵與單片機(jī)的具體連接4.4L4.4.1L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)介L(zhǎng)298是SGS公司的產(chǎn)品,L298N為15個(gè)管角的單塊集成電路,高電壓,高電流,四通道驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì)用L298N來接收DTL或者TTL邏輯電平,驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載(比如繼電器,直流和步進(jìn)馬達(dá))和開關(guān)電源晶體管。內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路,其額定工作電流為1A,最大可達(dá)1.5A,Vss電壓最?。础?V,最大可達(dá)46V;Vs電壓最大值也是46V。L298N可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制,無須隔離電路,可以驅(qū)動(dòng)雙電機(jī)。4。4.2L298內(nèi)部的原理L298內(nèi)部H橋電路,電路得名于“H橋驅(qū)動(dòng)電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰.4個(gè)三極管組成H的4條垂直腿,而電機(jī)就是H中的橫杠。如圖所示,H橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須導(dǎo)通對(duì)角線上的一對(duì)三極管。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況,電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī),從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),必須使對(duì)角線上的一對(duì)三極管導(dǎo)通.例如,如圖4-5所示,當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí),電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī),然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示,該流向的電流將驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí),電流將從左至右流過電機(jī),從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)(電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向)。圖4-5H橋電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)另一對(duì)三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況,電流將從右至左流過電機(jī).當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí),電流將從右至左流過電機(jī),從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)(電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向,上圖反方向)。驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí),保證H橋上兩個(gè)同側(cè)的三極管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通非常重要。如果三極管Q1和Q2同時(shí)導(dǎo)通,那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。此時(shí),電路中除了三極管外沒有其他任何負(fù)載,因此電路上的電流就可能達(dá)到最大值(該電流僅受電源性能限制),甚至燒壞三極管.基于上述原因,在實(shí)際驅(qū)動(dòng)電路中通常要用硬件電路方便地控制三極管的開關(guān)。4.4.4當(dāng)使能端為高電平時(shí),輸入端IN1為PWM信號(hào),IN2為低電平信號(hào)時(shí),電機(jī)正轉(zhuǎn);輸入端IN1為低電平信號(hào),IN2為PWM信號(hào)時(shí),電機(jī)反轉(zhuǎn);;IN1與IN2相同時(shí),電機(jī)快速停止。當(dāng)使能端為低電平時(shí),電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中,半導(dǎo)體功率器件(L298)在使用上可以分為兩種方式:線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。線性放大驅(qū)動(dòng)方式是半導(dǎo)體功率器件工作在線性區(qū),優(yōu)點(diǎn)是控制原理簡(jiǎn)單,輸出波動(dòng)小,線性好,對(duì)鄰近電路干擾小,缺點(diǎn)為功率器件工作在線性區(qū),功率低和散熱問題嚴(yán)重。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài),通過脈調(diào)制(PWM)來控制電動(dòng)機(jī)的電壓,從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制,L298邏輯功能見表4-2。表4—2IN1IN2ENA電機(jī)狀態(tài)XX0停止101順時(shí)針011逆時(shí)針000停止110停止4.4.6本系統(tǒng)中單片機(jī)與L298的連接L298為直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng),在本設(shè)計(jì)中L298與單片機(jī)以及直流電機(jī)的連接見4。6光電測(cè)速模塊4。6.1光電測(cè)速的參數(shù)發(fā)射管:由紅外輻射效率高的材料(常用砷化鎵)制成PN結(jié),外加正向偏置電壓時(shí),向PN結(jié)注入電流激發(fā)紅外光.接收管:光敏二極管或光敏三極管,PN結(jié)受照射后產(chǎn)生光電流.紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光(近紅外線約0.93μm)。管壓降約1.4V,正向工作電流一般小于20mA。 實(shí)物圖:4.6。2光電測(cè)速的原理紅外線發(fā)射與接收的方式有兩種,其一是直射式,其二是反射式.直射式指發(fā)光管和接收管相對(duì)安放在發(fā)射與受控物的兩端,中間相距一定距離;反射式指發(fā)光管與接收管并列一起,平時(shí)接收管始終無光照,只在發(fā)光管發(fā)出的紅外光線遇到反射物時(shí),接收管收到反射回來的紅外光線才工作。我們采用直射式,也就是碼盤紅外發(fā)射管的驅(qū)動(dòng)有直流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)兩種。紅外發(fā)射管在直流驅(qū)動(dòng)方式下,只適合近距離傳輸。當(dāng)紅外發(fā)射管在脈沖驅(qū)動(dòng)方式下,最遠(yuǎn)傳輸距離可達(dá)20米.光電對(duì)管的電路圖:測(cè)速模塊流程圖初始化T0、T1,然后開始定時(shí)器T0,接著開啟計(jì)數(shù)器T1,判斷是否滿足條件,然后關(guān)閉計(jì)數(shù)器用公式計(jì)算速度,送到顯示.4.5LCD顯示模塊1602LCD簡(jiǎn)介引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無背光)或16腳(帶背光)接口,各引腳接口說明如表3—1所示:表3-1:引腳接口說明表編號(hào)符號(hào)引腳說明編號(hào)符號(hào)引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號(hào)14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極第1腳:VSS為地電源。第2腳:VDD接5V正電源。第3腳:VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端,接正電源時(shí)對(duì)比度最弱,接地時(shí)對(duì)比度最高,對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”,使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳:RS為寄存器選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。第5腳:R/W為讀寫信號(hào)線,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù).第6腳:E端為使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令。第7~14腳:D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳:背光源正極。第16腳:背光源負(fù)極。1602LCD的RAM地址映射及標(biāo)準(zhǔn)字庫表液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件,所以在執(zhí)行每條指令前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志為低電平,表示不忙,否則此指令失效。要顯示字符時(shí)要先輸入顯示字符地址,也就是告訴模塊在哪里顯示字符,圖3-5是1602的內(nèi)部顯示地址.圖3—51602LCD內(nèi)部顯示地址例如第二行第一個(gè)字符的地址是40H,那么是否直接寫入40H就可以將光標(biāo)定位在第二行第一個(gè)字符的位置呢?這樣不行,因?yàn)閷懭腼@示地址時(shí)要求最高位D7恒定為高電平1所以實(shí)際寫入的數(shù)據(jù)應(yīng)該是01000000B(40H)+10000000B(80H)=11000000B(C0H)。在對(duì)液晶模塊的初始化中要先設(shè)置其顯示模式,在液晶模塊顯示字符時(shí)光標(biāo)是自動(dòng)右移的,無需人工干預(yù)。每次輸入指令前都要判斷液晶模塊是否處于忙的狀態(tài).1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器(CGROM)已經(jīng)存儲(chǔ)了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形,這些字符有:阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等,每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼,比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B(41H),顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來,我們就能看到字母“A”。其中字符代碼與字符圖形對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3—6所示:
液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)液晶顯示模塊的設(shè)計(jì)如上圖4-1所示,該電路實(shí)現(xiàn)的功能是:通過AT89S52的P00~P07八個(gè)口輸出控制信號(hào),控制液晶的8位雙向數(shù)據(jù)線,通過單片機(jī)的P2。0、P2。1、P2.2向液晶模塊發(fā)送命令,控制液晶執(zhí)行各種命令,其中P2.2控制液晶的使能端,當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí),液晶模塊執(zhí)行命令,P2.0控制液晶模塊的讀寫,高電平時(shí)進(jìn)行讀操作,低電平時(shí)進(jìn)行寫操作.當(dāng)P2。0和P2.1共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址,當(dāng)P2。1為低電平P2.0為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào),當(dāng)P2.1為高電平P2.0為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù),P2.1控制寄存器的選擇,高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)直接應(yīng)用AT89S52的軟件方法實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)輸出,這比硬件實(shí)現(xiàn)PWM信號(hào)成本低,限制少,實(shí)現(xiàn)便捷.其流程圖如下所示。5。1主程序流程圖主程序描述:首先運(yùn)行程序主函數(shù)main,進(jìn)行系統(tǒng)初始化,設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作方式1,開啟T1中斷,定時(shí)50us。然后進(jìn)行按鍵查詢,本系統(tǒng)有五個(gè)按鍵,加速、減速、正反轉(zhuǎn)、急停.如果有按鍵按下,得到相對(duì)應(yīng)的脈沖W,最后利用LCD數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示速度.流程圖見下圖5.3總硬件圖結(jié)論通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì),使我學(xué)到了許多書本上無法學(xué)到的知識(shí),也使我深刻體會(huì)到單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛。不僅讓我對(duì)學(xué)過的單片機(jī)知識(shí)有了很多的鞏固,同時(shí)也對(duì)單片機(jī)這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。通過本設(shè)計(jì),較系統(tǒng)地掌握有關(guān)單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,主要對(duì)51系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能、及內(nèi)部資源,LCD顯示器等的了解,并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試和加以應(yīng)用的知識(shí)得到學(xué)習(xí)。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的初期階段沒有頭緒。在圖書館里、網(wǎng)上查閱資料,攻克了畢業(yè)設(shè)計(jì)中的道道難題.通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)踐,我學(xué)到了許多東西,知道光靠書本上的東西是不夠的,需額外去查資料。無論是在硬件還是軟件設(shè)計(jì)上,我都遇到了不少的問題,在克服困難的過程中,我學(xué)到了許多,特別是在課堂上學(xué)不到的東西如(PWM)。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),我體會(huì)到應(yīng)該掌握豐富的理論知識(shí),理論知識(shí)是設(shè)計(jì)的前提,但同時(shí)又決不能局限于理論,要多動(dòng)手才能將理論與實(shí)際工作聯(lián)系起來。在設(shè)計(jì)過程中,深深感受到自己在對(duì)一些器件的了解上,還存在很大差距,對(duì)它們的功能,參數(shù)都不是太熟悉。但是通過這次理論與實(shí)際的結(jié)合之后,認(rèn)識(shí)比以前有不少提高,在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步.致謝經(jīng)過近半學(xué)期的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。在設(shè)計(jì)過程中,從理論到實(shí)踐,從構(gòu)建系統(tǒng)框圖到畫系統(tǒng)框圖,再到具體的電路設(shè)計(jì)及相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì),從學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)元器件,到最后完成一個(gè)系統(tǒng),在這個(gè)過程中學(xué)習(xí)了許多新的專業(yè)知識(shí),同時(shí)也學(xué)會(huì)了許多社會(huì)人文知識(shí),鍛煉了自己動(dòng)手動(dòng)腦的能力。在此,對(duì)我畢業(yè)設(shè)計(jì)提拱指導(dǎo)幫助的所有老師,表示是衷心的感謝,對(duì)在設(shè)計(jì)過程中遇到困難時(shí),得到幫助的朋友、同學(xué),表示誠(chéng)摯的謝意!在此,我還要感謝我的老師。授人以魚不如授人以漁,他不會(huì)告訴我們程序是什么,硬件圖是怎么畫的,實(shí)物是怎么焊接的,但是他教會(huì)了我自己動(dòng)手的能力,給我解答問題,讓我知道如何才能做的更好.同時(shí)也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計(jì)的環(huán)境.?最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計(jì)中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué),以及在設(shè)計(jì)中被我引用或參考的論著的作者.參考文獻(xiàn)1
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#include〈intrins.h>?#define
uchar
unsigned
char?#define
uint
unsigned
int
unsigned
char
i;
sbit
MA
=
P1^5;
sbit
MB
=
P1^6;?sbit
PWM1
=
P1^7;?sbit
K1=P1^0;?sbit
K2=P1^1;
sbit
K3=P1^2;
sbit
K4=P1^3;?sbit
K5=P1^4;??sbit
rs=P2^6;
//定義引腳
sbit
rw=P2^5;?sbit
e=P2^7;??
unsigned
int
V;?unsigned
int
LedNumVal
=
0;?static
char
click=0;
unsigned
char
ZK1=42;
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code
ASCII[14]
=
{'0',’1’,'2','3’,'4','5’,'6','7','8','9','?!?’-',’C','M’};
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unsigned
char
DisNum
=
0;
//顯示用指針
unsigned
long
S=0;
unsigned
char
disbuff[4]
={
0,0,0,0,};
?
void
Conut(void)?{?LedNumVal=TH1;//
取出高八位數(shù)值?LedNumVal=LedNumVal*256;//
?LedNumVal=LedNumVal+TL1;//
計(jì)算脈沖個(gè)數(shù)
高八位*256加上低八位?V=(LedNumVal/6);
?disbuff[0]=V%1000/100;
disbuff[1]=V%1000%100/10;
disbuff[2]=V%1000%10
%10;
}
?void
delay_1(void)
//誤差
0us?{?
unsigned
char
a,b;?
for(b=215;b>0;b--)
for(a=45;a>0;a-—);?}?
void
delay(uchar
a)
{?
uchar
i;?
while(a--)?
{
for(i=0;i<250;i++)
{?
_nop_();?
_nop_();
_nop_();
_nop_();
?}?
}
?}
//判忙
void
lcd_mang()
{
rs=0;
rw=1;
e=1;
_nop_();
_nop_();?_nop_();?_nop_();?
while(P0&0x80);
e=0;
}??
//1602的寫?void
write_lcd1602(uchar
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