基于AT89S52單片機的電機控制系統(tǒng)設(shè)計

O 引言
    電機控制在監(jiān)控器材、醫(yī)療器械、電動閥門、電動窗簾、家用電器、旋轉(zhuǎn)燈具等方面有著廣泛的應(yīng)用，因此設(shè)計一款可控性好、精度高的電機控制系統(tǒng)是一件非常有意義的事。本文介紹的基于AT89S52單片機的電機控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，在按鍵的操作下對時間進行設(shè)定，控制電機的轉(zhuǎn)動，對工作狀態(tài)及時間進行顯示。

1 設(shè)計方案說明
    該系統(tǒng)先通過按鍵對電機的正、反向(即順時針、逆時針)轉(zhuǎn)動時間分別設(shè)置，時間顯示在LCD上，格式為時：分：秒(通過改變程序可以選擇不同的格式)。采用倒計時方式，正向時間完畢，立刻開始反向轉(zhuǎn)動時間計時，反向時間結(jié)束，自動恢復(fù)到初始設(shè)定的時間。
    時間設(shè)定完成后，按下開始鍵，正向轉(zhuǎn)動時間開始計時，電機工作指示燈閃爍，正向轉(zhuǎn)動指示燈亮，同時電機正向轉(zhuǎn)動；正向時間完畢，反向時間開始計時，正向轉(zhuǎn)動指示燈熄滅，反向轉(zhuǎn)動指示燈亮，同時電機反向轉(zhuǎn)動。
    按下停止鍵，時間停止計時，電機停止工作，工作指示燈熄滅。
    系統(tǒng)采用的電機為60TDY-11可逆永磁電機，其內(nèi)部采用兩組繞組，用電容實現(xiàn)定向旋轉(zhuǎn)，通過改變電容和電機輸出引線的接法，能夠可靠地實現(xiàn)電機定向旋轉(zhuǎn)并控制旋轉(zhuǎn)方向。

2 硬件電路設(shè)計
    整個系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2．1 按鍵輸入和控制電路設(shè)計
    按鍵輸入電路采用6個按鍵分別連接到單片機的P2．0～P2．5口，作為控制信號的輸入。按下K0鍵，系統(tǒng)進入時間設(shè)定模式，連續(xù)按下K0鍵可以選擇對不同的時間單位進行設(shè)置，通過K1，K2鍵對時間進行加1或減1。按下K3鍵退出時間設(shè)定模式，K4，K5鍵分別為啟動和停止鍵。
    電機控制電路的控制芯片采用ATMEL公司的AT89S52，它有8 KB FLASH，256 B RAM，32位I／O口線，看門狗定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，三個16位定時器／計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時鐘電路。其內(nèi)部資源豐富、性價比高，能夠滿足設(shè)計要求。
    PO．O～P0．2作為三個工作指示燈的控制信號輸出，需要外接上拉電阻；P1．0～P1．2為液晶顯示器的控制信號輸出；P3．0～P3．1分別是控制電機正反向轉(zhuǎn)動的控制信號輸出。
2．2 LCD顯示電路設(shè)計
    顯示部分采用的是12864液晶，控制器是ST7920，這種控制器帶中文字庫，去除了編制字庫的麻煩，該控制器的液晶還支持畫圖方式。該類液晶支持68時序8位和4位并口以及串口。ST7920的時鐘SCLK有獨立的操作時序，當多個連續(xù)的指令需要被送入時，需要考慮指令執(zhí)行時間。
    一個完整的串行傳輸周期由以下部分組成：首先送入啟動字節(jié)，送入五個連續(xù)的“1”用來啟動一個周期，此時傳輸計數(shù)被重置，并且串行傳輸被同步。緊接的兩個為制定傳輸方向(RW，確定讀還是寫)和傳輸性質(zhì)(RS，確定是命令寄存器還是數(shù)據(jù)寄存器)，最后的第八位是一個“O”。
    本設(shè)計中PSB引腳接地，選擇串口工作模式，CS高電平有效，只用兩根線SID和SCLK即可完成數(shù)據(jù)傳輸。
2．3 電機及驅(qū)動電路設(shè)計
    60TDY-11電機工作電壓為220 V交流電，而單片機的輸出高電平為5 V，因此電機需要一個驅(qū)動電路，采用繼電器來作為較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。
    本次設(shè)計中繼電器采用的是HUIGANG HRS2H-S-DC-12V型，SN74LS07N作為繼電器的驅(qū)動電路，低電平輸入有效，繼電器還需要并聯(lián)二極管電路，主要是為了保護SN74LS07N。當流經(jīng)繼電器線圈的電流迅速減小時，線圈會產(chǎn)生很高的自感電動勢使晶體管被擊穿，并聯(lián)上二極管后，即可將線圈的自感電動勢鉗位于二極管的正向?qū)妷?。P3．0低電平時，繼電器1常閉觸點斷開，常開觸點閉合，電機正向電路導(dǎo)通，開始正向轉(zhuǎn)動。P3．1同理，P3．0和P3．1不可同時為低電平。

3 軟件設(shè)計
3．1 程序說明
    在KeilμVision 3 IDE中進行程序的設(shè)計開發(fā)，用C語言編寫。KeilμVision 3集成開發(fā)環(huán)境是Keil Soltware開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程，尤其是C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平。它支持所有的Keil 80C51的工具軟件，包括C51編譯器、宏匯編器、鏈接器器／定位器和目標文件至Hex格式轉(zhuǎn)換器。鑒于此，選擇其為程序開發(fā)環(huán)境。
    系統(tǒng)程序由主程序、中斷處理子程序、按鍵處理程序以及顯示子程序等組成。對時間計時采用定時器定時中斷產(chǎn)生，沒有選擇用軟件延時的方式，這樣不占用CPU的時間。定時器T0產(chǎn)生50 ms定時中斷，在中斷服務(wù)程序中有一個計數(shù)器，每產(chǎn)生20次中斷，有一個1秒計數(shù)。按鍵掃描采用單個按鍵的掃描，有相應(yīng)的按鍵處理子程序，程序中包括按鍵去抖動，按鍵的鍵后處理，去抖動采用延時去抖法。顯示子程序在主程序中被調(diào)用對時間進行實時顯示。
3．2 主程序流程圖
    主程序流程圖如圖2所示，主要完成系統(tǒng)的初始化、按鍵掃描、顯示程序及其他子程序調(diào)用等功能。

    初始化時關(guān)閉定時中斷，P0．O～P0．2口輸出高電平，狀態(tài)指示燈熄滅，P3．0～P3．1口輸出高電平電機停止轉(zhuǎn)動，對LCD初始化顯示，顯示4行信息，2行顯示時間，格式為時：分：秒，另外2行為時間的說明文字。將所有的初始化功能寫成一個子程序，主程序只需調(diào)用它即可完成系統(tǒng)初始化。初始化完成之后，掃描按鍵，如有按鍵按下，調(diào)用相應(yīng)的處理程序。時間設(shè)定鍵按下時，被選中的時間單位將會不斷的閃爍，區(qū)別于其他沒有被設(shè)置的時間單位，通過K1，K2鍵對時間進行改動，按下K3鍵退出時間設(shè)定。開始鍵被按下時，開啟定時中斷，LCD顯示時間開始倒計時，PO．1口輸出低電平，正向轉(zhuǎn)動指示燈亮，P3．0輸出低電平，電機開始正向轉(zhuǎn)動，在中斷服務(wù)程序中控制PO．0口輸出電平，使正常工作指示燈1 s閃爍一次。停止鍵被按下時，P3．O～P3．1輸出高電平，電機停止轉(zhuǎn)動，P0．0～P0．2輸出高電平，狀態(tài)指示燈熄滅，關(guān)閉定時中斷，停止計數(shù)。正向轉(zhuǎn)動時間結(jié)束時，反向轉(zhuǎn)動開始倒計時，P3．O輸出高電平，P3．1輸出低電平，電機反向轉(zhuǎn)動，P0．1輸出高電平，PO．2輸出低電平，正向轉(zhuǎn)動指示燈熄滅，反向轉(zhuǎn)動指示燈亮。顯示程序?qū)崟r將時間的變化在LCD上顯示。

4 結(jié)語
    該系統(tǒng)經(jīng)實際運行，可以滿足在功能鍵的操作下對時間進行設(shè)定，控制電機的啟動、正反向轉(zhuǎn)動、停止，狀態(tài)指示燈正確顯示工作狀態(tài)，LCD正常的顯示了時間。
    本系統(tǒng)將應(yīng)用于一個閥門的自動打開閉合裝置，正向轉(zhuǎn)動時閥門打開，反向轉(zhuǎn)動時，閥門關(guān)閉，實現(xiàn)對液體流量的控制，具體應(yīng)用時還需要對閥門打開閉合的狀態(tài)進行檢測。