单片机及接口控制试验平台结构设计

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1、单片机及接口控制试验平台结构设计第1章课题分析与方案论证1.1课题任务分析本课题主要实现用单片机控制交流、直流、步进三种电机转速的目的，并采集变频器转速输出口的电流信号将交流电机的实际转速显示出来。实验室现有的西门子变频器有一模拟量输入口，在该口输入0-10V的电压，变频器就可以输出不同频率的交流电，达到控制交流电机转速的目的，为此对于交流电机的转速控制只要将单片机产生的数字信号转化为模拟电压信号与实验室现有的西门子变频器的模拟量输入口接驳即可；交流电机的转速显示则需将变频器输出的电流模拟信号转换为数字信号送单片机。步进电机通过环行分配器控制各绕组的通电顺

2、序运转，分配器有软件和硬件之分。实验室的步进电机是通过硬件环行分配器驱动的，因而只要使单片机输出不同频率的脉冲至硬件环行分配器就可以控制步进电机的转速。还可以从单片机上引出一个口，通过控制这个口的高低电平让步进电机正转或反转。直流电机的转速控制只要改变直流电机的输入电压就能实现，为此利用单片机产生PWM脉冲送直流电机的驱动电路，由驱动电路产生不同的电压至直流电机，从而达到直流电机的转速控制。本实验平台要求三种电机的调速电路以及模/数转换电路相互独立，以便在以后做不同的实验时只需将相应的电路与单片机控制电路接驳。为此需要将各电路的硬件和系统的软件模块化，其中

3、硬件部分首先将各电路设计成一个个独立的单元，然后用插口将各单元电路与单片机控制单元相连；软件的模块化则通过在主程序中调用各子程序实现。1.2方案论证尽管所要控制的交流电机的额定转速为1400r/min，所要的A/D、D/A50芯片的分辨率最小为1/1400，但考虑到本次设计任务只是锻炼我们的实践能力和方便以后教学，没有必要去片面的追求高精度而增加硬件成本，为此直接选用了市面上较为常见的八位D/A（DAC0809）、A/D（ADC0832）转换芯片，而没有将D/A、A/D芯片的选择在方案中作为考虑对象。本次方案论证主要对键盘/显示接口电路进行选择。方案一：1

4、.键盘/显示器单元电路方案选用通用并行接口芯片8155作LED显示和键盘的输入。其中，8155的PA口为输出口，控制键盘列线的扫描，PA口同时又是4位LED显示器的位扫描口，PB作为显示器的段码口，PC口作为键盘行线状态的输入口。2.交流电机单元的转速控制方案由AT89C51单片机将键盘输入信号进行判断处理后经P0输出8位数字量信号经D/A转换芯片DAC0832进行转换,产生相应的模拟电压信号，再将模拟电压信号通过二级运算器放大后，输入西门子变频器MM420的模拟量输入口,去控制交流电动机的转动。3.步进电机单元的转速控制方案由AT89C51单片机将键盘输

5、入信号进行判断处理后经P1.0、P1.1口输出步进电机的控制信号，经74LS07正向放大后送步进电机驱动电路。4.直流电机单元的转速控制方案由AT89C51单片机将键盘输入信号进行判断处理后经P1.0口输出PWM信号，将此脉冲信号送直流电机驱动电路控制直流电机的转动。方案二：1.键盘/显示器单元的电路方案选用五片“串入并出”移位寄存器74LS164扩展五个8位并行输出口：一个8位并行输出口用于键盘的列线使用，其余的四个8位并行输出口用于控制4个LED段选口作静态显示。2.交流电机单元的转速控制方案50由AT89C51单片机将键盘输入信号进行判断处理后经P0

6、输出8位数字量信号经D/A转换芯片DAC0832进行转换,产生相应的模拟电压信号，再将模拟电压信号通过二级运算器放大后，输入西门子变频器MM420的模拟量输入口,去控制交流电动机的转动。3.步进电机单元的转速控制方案由AT89C51单片机将键盘输入信号进行判断处理后经P1.0、P1.1口输出步进电机的控制信号，经74LS07正向放大后送步进电机驱动电路。4.直流电机单元的转速控制方案由AT89C51单片机将键盘输入信号进行判断处理后经P1.0口输出PWM信号，将此脉冲信号送直流电机驱动电路控制直流电机的转动。综合上述两种方案，区别在于所采用的键盘、显示接口

7、电路不同。方案一：选用通用并行接口芯片8155作LED显示和键盘的输入，这样就会和D/A转换芯片DAC0832共用P0口资源，需要进行片选，软件工作量大，硬件接线复杂。方案二：直接使用89C51的串换行口外扩键盘/显示器。应用串行口方式0的输入方式，在串行口外接移位寄存器74LS164，构成键盘/显示器接口。这种静态显示方式的优点是亮度大，显示闪烁感小，且CPU不必频繁地为显示服务，因而主程序可不必扫描显示器，软件设计比较简单，整个接口电路硬件也不复杂。通过比较我发现：第二种方案软、硬较第一种方案简单，且充分利用了89C51单片机的串行口资源，节约了成本。

8、为此，我采用第二种方案。最终确定的整体方案框图如下：显示单元单片机