課程設計（論文)基于單片機的直流伺服電機脈沖寬度調制控制系統(tǒng)

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1、單片機課程設計 一.單片機簡介 1.1單片機的發(fā)展史 單片機作為微型計算機的一個重要分支,應用面很廣,發(fā)展很快。自單片機誕生至今以發(fā)展為上百種系列的近千個分支。如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的發(fā)展歷史大致可以分為以下幾個階段： （1）第一階段（1976—1978）：單片機的控索階段。以Intel公司的MCS—48的推出是在工控領域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取 得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機”一詞由此而來。 （2）第二階段（1978—1982）：單片機的完善階段。Intel公司在MCS—48的基礎上推出了完善的，典型的

2、單片機系列MCS－51.它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結構。 ①完善的外部總線。MCS－51設置了經(jīng)典的8位單片機的總線結構，包 括 8位數(shù)據(jù)總線16位地址總線控制總線及具有很多通信功能的串行通信接口。 ②CPU外圍功能單元的集中管理模式。 ③體現(xiàn)工控特性的位地址空間及位操作方式。 ④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令。 （3）第三階段（1982－1990）：8位單片機的鞏固發(fā)展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器發(fā)展的階段。Intel公司推出的M

3、CS－96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調制器等納入片中，體現(xiàn)了單片機的微控制器的特征。隨著MCS－51系列的廣泛應用，許多電氣廠商競相使用80C51為內核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術、接口技術、多通道A/D轉換部件、可靠性技術等應用到單片機中，增強了外圍電路的功能，強化了智能控制的特征。 （4）第四階段（1990－）：微控制器的全面發(fā)展階段。隨著單片機在各個領域全面深入地發(fā)展和應用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。 1.2 AT89C51簡介 AT89C51

4、是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提

5、供了一種靈活性高且價廉的方案。 1) 主要特性： a) 與MCS-51 兼容 b) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 c) 壽命：1000寫/擦循環(huán) d) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 e) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz f) 三級程序存儲器鎖定 g) 1288位內部RAM h) 32可編程I/O線 i) 兩個16位定時器/計數(shù)器 j) 5個中斷源 k) 可編程串行通道 l) 低功耗的閑置和掉電模式 m) 片內振蕩器和時鐘電路 2) 單片機內部結構圖： 圖 1.1 3) AT89C51引腳圖： 圖 1.2 4) 管腳說明： VCC：供電電壓。

6、GND：接地。 P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。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：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2

7、口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。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：P3口管腳是8個帶內部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內

8、部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示： 口管腳 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） P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

9、RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，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。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。 /PSE

10、N：外部程序存儲器的選通信號。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），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。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部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 振蕩器特性: XTAL1和XTAL2分別為反向

11、放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅動器件，XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。 二.硬件電路設計 2.1硬件組成 本系統(tǒng)由PC機、MCS-51單片機開發(fā)系統(tǒng)、、PWM脈寬調制控制板以及直流伺服電動機等組成。具體相關硬件如下： 二極管（1N4077）4個，場效應管（2SJ50）4個，非門74LS04 1個，與門74LS08 2個，電容（CAPACITOR） 2個，芯片（AT89C51） 1個，開關（BUTTON）3個

12、，直流伺服電動機（MOTOR）1個，電阻（RES）4個，電源3個，地（GROUND）4個。 表2.1元件表 硬件型號 數(shù)量 硬件型號 數(shù)量 1N4077 4 MOTOR 1 2SJ50 4 RES 4 74LS04 1 CAPACITOR 2 74LS08 2 GROUND 4 AT89C51 1 VCC 3 BUTTON 3 2.2主要器件功能介紹 2.2.1直流伺服電機簡介 伺服電機也稱執(zhí)行電機，它具有一種服從控制信號的要求而動作的電機，在信號來到之前，轉子靜止不動；信號來到之后，轉子立即轉動；當信號小時，轉子能即使自

13、行停轉，由于這種“伺服”性能，因此而得名。 按照在自動控制系統(tǒng)中的功用所要求，伺服電機具備可控性好、穩(wěn)定性高和速應性強等基本性能?？煽刂菩院檬侵笇ず孟б院螅芰⒓醋孕型＾D；穩(wěn)定性高是指轉速隨轉矩的增加而均勻下降，速應性強是指反應快，靈敏。 直流伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中常用作執(zhí)行元件,對它的要求是要有下垂的機械特性、線性的調節(jié)特性和對控制信號能作出快速反應。該系統(tǒng)采用的是電磁式直流伺服電動機,其型號為45SY01型,其轉速n的計算公式如下 n=E/KΦ=(Ua-IaRa)/KΦ 式中　n為轉速;Φ為磁通;E為電樞反電勢;Ua為外加電壓;IaRa為電樞電流和電阻。 直流伺服電機與普通

14、直流電機以及交流伺服電機的比較： 直流伺服電機的工作原理和普通直流電機相同。只要在其勵磁繞組中有電流通過且產生了磁通，當電樞繞組中通過電流時，這個電樞電流與磁通互相作用而產生轉矩使伺服電機投入工作。這兩個繞組其中的一個斷電時，電動機立即停轉，它不象交流伺服電動機那樣有“自轉”現(xiàn)象。所以我們選擇直流伺服電動機來進行自動門的拖動。 2.2.2 PWM簡介及調速原理 （1）簡介：PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術，即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等待地獲得所需要波形。PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉換。讓信號保持在數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。P

15、WM控制技術以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應好的優(yōu)點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式。 （2）調速原理：占空比表示了在一個周期T里，開關管導通的時間與周期的比值。其變化范圍為0—1。在電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值U取決于占空比的大小。改變其值就可以改變端電壓的平均值，從而達到調速的目的。在PWM調速時，占空比是一個重要的參數(shù)。以下是3種方式都可以改變占空比的值 圖 2.1 計算公式：占空比=ton/T a) 定寬調頻法 b) 調寬調頻法 c) 定頻調寬法 目前，在直流伺服電機的控制中，主要使用定頻調寬法。 （3）與V-M系統(tǒng)相比，PWM調速系統(tǒng)有下列優(yōu)點： 由

16、于PWM調速系統(tǒng)的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用可能就足以獲得脈沖動很小的直流電流，電樞容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調速范圍較寬，可達1：10000左右。又由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流即相同的輸出轉矩下，電動機的損耗和發(fā)熱都較小。 同樣由于開關頻率高，若與快速響應的電機配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應性能好，動態(tài)抗干擾能力強。 由于電力電子器件只工作在開關狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率比較高。 2.2.3 二極管的應用 1) 整流二極管 利用二極管單向導電性，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動直流電。 2) 開

17、關元件 二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導通狀態(tài)，相當于一只接通的開關；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止狀態(tài)，如同一只斷開的開關。利用二極管的開關特性，可以組成各種邏輯電路。 3) 限幅元件 二極管正向導通后，它的正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.2V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號幅度限制在一定范圍內。 4) 繼流二極管 在開關電源的電感中和繼電器等感性負載中起繼流作用。 5) 檢波二極管 在收音機中起檢波作用。 6) 變容二極管 使用于電視機的高頻頭中。 7) 顯示元件 用于電視機

18、顯示器上。 2.3 電路組成 2.3.1 晶振電路 圖—2.3.1振電路圖，由兩個電容和一個晶振組成，晶振頻率為12MHZ 圖2.2 2.3.2 復位電路 圖—2.3.2為復位電路圖，由直流電源，電容和電阻組成，其主要功能是對單片機進行復位功能。 圖2.3 2.3.3 單相橋式整流電路 圖—2.3.3是單相橋式整流電路圖，由4個場效應管IGBT和四個二極管組成，其功能是將交流電轉化成直流電。其負載為伺服直流電機，通過門控信號的改變可以調節(jié)電機的轉速和轉向 圖2.4 2.3.4 調制電路 圖2.3.4是調制電路圖，由

19、兩個與門和一個非門組成，其功能主要是產生PWM脈沖來控制IGBT。 圖2.5 三.系統(tǒng)軟件設計 3.1 Proteus介紹 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風標電子技術有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學的教師、致力于單片機開發(fā)應用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、

20、代碼調試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設計，真正實現(xiàn)了從概念到產品的完整設計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 　　 3.1.2其功能特點 　　 Proteus軟件具有其它EDA工具軟件（例：multisim）的功能。這些功能是：（1）原理布圖；（2）P

21、CB自動或人工布線；（3）SPICE電路仿真。 　　革命性的特點：（1）互動的電路仿真 　　用戶甚至可以實時采用諸如RAM，ROM，鍵盤，馬達，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。 　　（2）仿真處理器及其外圍電路 　　可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流單片機。還可以直接在基于原理圖的虛擬原型 　　上編程，再配合顯示及輸出，能看到運行后輸入輸出的效果。配合系統(tǒng)配置的虛擬邏輯分析儀、示波器等，Proteus建立了完備的電子設計開發(fā)環(huán)境。 　　 3.1.3具有4大功能模塊　　 （1）智能原理圖設計（ISIS）豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便

22、地創(chuàng)建新元件：智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的連線功能：自動連線功能使連接導線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結構：使用總線器件和總線布線使電路設計簡明清晰；可輸出高質量圖紙：通過個性化設置，可以生成印刷質量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。 　　 （2）完善的電路仿真功能（Prospice） 　　 ProSPICE混合仿真：基于工業(yè)標準SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真； 超過27000個仿真器件：可以通過內部原型或使用廠家的SPICE文件自行設計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，

23、還可導入第三方發(fā)布的仿真器件；多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入；豐富的虛擬儀器：13種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器等；生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導線以不同顏色表示其對地電壓大小，結合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動；高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標的分析可以精確分析電路的多項指標，包括工作點、瞬態(tài)特性

24、、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析； 　　 （3）獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM） 　　 支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器； 　　支持通用外設模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以

25、使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信；實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/ECCP仿真；編譯及調試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結合，進行高級語言的源碼級仿真和調試； 　　 （4）實用的PCB設計平臺 　　 原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產品的完整設計；先進的自動布局/布線功能：支持

26、器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設計更為合理；完整的PCB設計功能：最多可設計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設置，自動設計規(guī)則檢查，3D 可視化預覽；多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導入或導出，便利與其它PCB設計工具的互轉（如protel）和PCB板的設計和加工。 　　 3.1.4 Proteus提供了豐富的資源　　 （1）Proteus可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。 　　 （2）Proteus可提供的仿真儀表資

27、源 ：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調試器、I2C調試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調用。 　　 （3）除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結果的影響。 　　 （4）Proteus可提供的調試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。 　　 3.1.5 電路功

28、能仿真 　　 在PROTEUS繪制好原理圖后，調入已編譯好的目標代碼文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理圖中看到模擬的實物運行狀態(tài)和過程。 　　PROTEUS 是單片機課堂教學的先進助手。 　　PROTEUS不僅可將許多單片機實例功能形象化，也可將許多單片機實例運行過程形象化。前者可在相當程度上得到實物演示實驗的效果，后者則是實物演示實驗難以達到的效果。 　　它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機實驗硬件高度對應。這在相當程度上替代了傳統(tǒng)的單片機實驗教學的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調試、運行結果等。 　　課程設計、畢業(yè)設計是學生走向就業(yè)的重要實踐環(huán)節(jié)。由

29、于PROTEUS提供了實驗室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設計的靈活性、提供了實驗室在數(shù)量、質量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學生實踐精神、創(chuàng)造精神的平臺 　　隨著科技的發(fā)展，“計算機仿真技術”已成為許多設計部門重要的前期設計手段。它具有設計靈活，結果、過程的統(tǒng)一的特點?？墒乖O計時間大為縮短、耗資大為減少，也可降低工程制造的風險。相信在單片機開發(fā)應用中PROTEUS也能茯得愈來愈廣泛的應用。 　　使用Proteus 軟件進行單片機系統(tǒng)仿真設計, 是虛擬仿真技術和計算機多媒體技術相結合的綜合運用，有利于培養(yǎng)學生的電路設計能力及仿真軟件的操作能力；在單片機課程設計和全國大學

30、生電子設計競賽中，我們使用 Proteus 開發(fā)環(huán)境對學生進行培訓，在不需要硬件投入的條件下，學生普遍反映，對單片機的學習比單純學習書本知識更容易接受，更容易提高。實踐證明，在使用 Proteus 進行系統(tǒng)仿真開發(fā)成功之后再進行實際制作，能極大提高單片機系統(tǒng)設計效率。因此，Proteus 有較高的推廣利用價值。 　　目前Proteus的最新版為7.7 sp2,今年將推出8.0版本，增加DSP系列及ARM cortex處理器 3.2匯編語言簡單介紹 匯編語言(Assembly Language)是面向機器的程序設計語言.匯編語言是一種功能很強的程序設計語言,也是利用計算機所有硬件特性并能直接

31、控制硬件的語言。匯編語言”作為一門語言，對應于高級語言的編譯器，需要一個“匯編器”來把匯編語言原文件匯編成機器可執(zhí)行的代碼。高級的匯編器如MASM, TASM等等為我們寫匯編程序提供了很多類似于高級語言的特征，比如結構化、抽象等。在這樣的環(huán)境中編寫的匯編程序，有很大一部分是面向匯編器的偽指令，已經(jīng)類同于高級語言?，F(xiàn)在的匯編環(huán)境已經(jīng)如此高級，即使全部用匯編語言來編寫windows的應用程序也是可行的，但這不是匯編語言的長處。匯編語言的長處在于編寫高效且需要對機器硬件精確控制的程序。 在匯編語言中，用助記符(Memoni)代替操作碼，用地址符號(Symbol)或標號(Label)代替地址碼。這

32、樣用符號代替機器語言的二進制碼，就把機器語言變成了匯編語言。因此匯編語言亦稱為符號語言。使用匯編語言編寫的程序，機器不能直接識別，要由一種程序將匯編語言翻譯成機器語言，這種起翻譯作用的程序叫匯編程序，匯編程序是系統(tǒng)軟件中語言處理系統(tǒng)軟件。匯編語言把匯編程序翻譯成機器語言的過程稱為匯編。 匯編語言比機器語言易于讀寫、調試和修改，同時具有機器語言全部優(yōu)點。但在編寫復雜程序時，相對高級語言代碼量較大，而且匯編語言依賴于具體的處理器體系結構，不能通用，因此不能直接在不同處理器體系結構之間移植。 匯編語言的特點: ⑴.面向機器的低級語言，通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的。 ⑵.保

33、持了機器語言的優(yōu)點，具有直接和簡捷的特點。 ⑶.可有效地訪問、控制計算機的各種硬件設備，如磁盤、存儲器、CPU、I/O端口等。 ⑷.目標代碼簡短，占用內存少，執(zhí)行速度快，是高效的程序設計語言。 ⑸.經(jīng)常與高級語言配合使用，應用十分廣泛。 3.3 WAVE系統(tǒng)簡介 3.3.1 wave偉福系統(tǒng)的使用 1.文本編輯器的使用 在偉福編輯器中，可以編輯C語言、匯編語言、PLM語言程序，方法如下： （1）調整主窗口中各窗口的邊緣線，可以將編輯窗口調整至最大；　?。?）在編輯框中可像一般的文本編輯軟件一樣編輯程序。并能通過復制、剪貼、粘貼等功能對程序進行修改。 　注意：源程序

34、除可以在WAVE6000的編譯環(huán)境下編輯、錄入，還可以在WORD、記事本或寫字板環(huán)境下錄入、編輯和修改，并拷貝到偉福編輯器中進行編譯，但在編譯前須將文件存為“**.asm”的格式。 2．程序的編譯 在程序運行之前，應先對程序進行編譯，方法為： 　?。?） 進入【項目】菜單，選擇【編譯】項，對程序進行編譯。 　?。?） 按F9鍵，對程序進行編譯。 （3） 在工具條中選擇【編譯（F9）】按鈕 ，對程序進行編譯。 3．程序的運行 　　（1） 在【執(zhí)行】菜單中選擇【全速執(zhí)行】，可執(zhí)行整個程序。 　?。?） 按Ctrl+F9，也可全速執(zhí)行程序。 　?。?） 選擇工具欄中的全速執(zhí)行（Ct

35、rl+F9）按鈕 ，也可執(zhí)行程序。 　?。?） 也可按說明書中選擇斷點執(zhí)行方式和單步執(zhí)行方式。 　　注意：上機過程中應體會單步、跟蹤、設置斷點、程序運行至光標處（按F4）、全速運行等軟件調試方法的功能和特點。 4．計算機與單片機實驗儀的連接運行 　　將計算機與單片機實驗儀連接，可直接將已編輯好的程序編譯成機器碼，通過串行口傳輸給單片機實驗儀，并可運行程序。 　?。?） 用9芯串行線連接計算機的串行口（COM1或COM2）和單片機實驗箱的仿真器串口連接； 　?。?） 連接實驗儀的電源，打開實驗儀的電源； 　　（3） 連接計算機的電源，打開計算機電源； 　?。?） 設置仿真器的各設

36、置項，連接成功后在窗口的左上角的【仿真器設置】按鈕上將出現(xiàn)一個綠色的“√” 。 （5） 編寫程序或調入事先編輯好的程序文件，按F9鍵進行編譯程序。按Ctrl+F9執(zhí)行程序。 3.3.2 WAVE的開發(fā)環(huán)境 　　WAVE仿真器有兩種版本：DOS版本和Windows版本。中文界面，英文界面可任選，并支持ASM，C，PLM語言混合編程，具有項目管理功能，為用戶的資源共享，課題重組提供強有力的手段。有豐富的窗口顯示方式，能多方位，動態(tài)地顯示仿真的各種過程?？刹捎秒p工作模式： 軟件模擬仿真（不要仿真器也能模擬仿真）和硬件仿真。 　　由于編輯、編譯、下載、調試全部集中在一個環(huán)境下，為使用者提供了

37、一個全集成環(huán)境，統(tǒng)一的界面，包含一個項目管理器，一個功能強大的編輯器，匯編Make、Build和調試工具并提供一個與第三方編譯器的接口，為用戶提供了方便。 WAVE仿真器具有強大的邏輯分析儀綜合調試功能，通過交互式軟件菜單窗口對系統(tǒng)硬件的邏輯或時序進行同步實時采樣，并能實時在線調試分析?！　? 3.3.3 WAVE仿真器的界面 　　WAVE的窗口可根據(jù)選擇主要功能如下： 　　1． 項目窗口 可對項目進行管理。 　　2． 信息窗口 顯示系統(tǒng)編譯輸出的信息。如果程序有錯，會以圖標形式指出, 表示錯誤, 表示警告, 表示通過在編譯信息行會有相關的生成文件,雙擊鼠標左鍵,或單擊右鍵在彈出菜單

38、中選擇“打開”功能,可以打開相關文件。如果有編譯錯誤,雙擊左鍵,可以在源程序中指出錯誤所在行。 　　3． CPU窗口 CPU窗口，可給出機器碼及反匯編程序，可以讓你更清楚地了解程序執(zhí)行過程。 　　4． 數(shù)據(jù)窗口 51系列有以下四種數(shù)據(jù)窗口： 　　1） DATA 內部數(shù)據(jù)窗口。在內部數(shù)據(jù)窗口中可以看到CPU內部的數(shù)據(jù)值，紅色的為上一步執(zhí)行過程中，改變過的值，窗口狀態(tài)欄中為選中數(shù)據(jù)的地址，可以在選中的數(shù)據(jù)上直接修改數(shù)據(jù)的十六進制值，也可以用彈出菜單的修改功能，修改選中的數(shù)據(jù)值。數(shù)據(jù)窗口通過項目窗口下方的DATA選項激活。 　　2） CODE 程序數(shù)據(jù)窗口；程序數(shù)據(jù)窗口顯示的是編譯后程序碼，

39、狀態(tài)欄顯示的是選中數(shù)據(jù)的地址，可以對在選中數(shù)據(jù)上直接修改程序數(shù)據(jù)的十六進制值，也可以對程序數(shù)據(jù)進行“塊填充”，“塊移動”操作,也可以讀入一段二進制代碼插入程序數(shù)據(jù)中,也可以將程序數(shù)據(jù)中的某段代碼寫文件中。 　　3） XDATA 外部數(shù)據(jù)窗口。通過數(shù)據(jù)窗口可觀察程序運行過程中數(shù)據(jù)單元中的內容。 　　4） PDATA 外部數(shù)據(jù)窗口（頁方式）。 　　WAVE的窗口較多，可根據(jù)不同的需要進行選擇。 四.系統(tǒng)軟件設計 4.1系統(tǒng)簡介 該課設是基于單片機利用脈沖寬度調制來控制伺服直流電動機的轉速以及轉向，是一個典型的控制系統(tǒng)。 脈沖寬度調制主要是改變脈沖信號的占空比來實現(xiàn)

40、控制的。當增加脈沖的占空比，伺服直流電動機轉速增加；反之，其速度降低。所以通過控制脈沖的占空比可以控制伺服直流電動機的轉速。 4.2系統(tǒng)設計原理 4.2.1正反轉控制原理 該系統(tǒng)中利用開關K3控制伺服直流電動機的正反轉。當開關閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，控制電動機的正轉；反之，控制電動機的反轉。 實現(xiàn)該功能的子程序為： LOOP: JB K3,LOOPZF CLR ZF LJMP LOOPK1 LOOPZF: SETB ZF 4.2.2加速

41、控制原理 該系統(tǒng)中利用開關K1控制伺服直流電動機的加速。當開關閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，增加控制脈沖的占空比，從而增大了電動機兩側的電壓，使伺服直流電動機加速；反之，電動機保持勻速轉動。 實現(xiàn)該功能的子程序為： LOOPK1: JB K1,LOOPK2 LCALL DELAY MOV A,PWML ADD A,#1 MOV PWML,A MOV A,PWMH ADDC A,#

42、0 MOV PWMH,A JNC LOOPK2 MOV PWMH,#0FFH 4.2.3減速控制原理 該系統(tǒng)中利用開關K2控制伺服直流電動機的加速。當開關閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，減少控制脈沖的占空比，從而減小了電動機兩側的電壓，使伺服直流電動機減速；反之，電動機保持勻速轉動。 實現(xiàn)該功能的子程序為： LOOPK2: JB K2,OVER LCALL DELAY

43、 MOV A,PWML CLR C SUBB A,#1 MOV PWML,A MOV A,PWMH SUBB A,#0 MOV PWMH,A JNC OVER MOV PWMH,#00H 4.3系統(tǒng)原理圖 下圖是系統(tǒng)的原理圖，圖中單片機AT89C51，其主要功能就是將開關的模擬信號轉化成數(shù)字信號，并通過固

44、定程序，通過對信號的識別，輸出相應的控制信號。系統(tǒng)圖的最右側是采用IGBT作為開關器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動機作為負載，工作時Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補。PWM逆變電路中間是調制電路，輸入信號分別是信號波和載波，輸出的信號分別送至4個IGBT的門極，對其控制。 圖 4.1 4.4 仿真結果圖 下圖是系統(tǒng)的仿真圖，圖中左下方是三個控制開關，分別控制直流伺服電動機的正反轉，加減速。開關按下時，是高電平信號，開關開時，是低電平信號（信號為高電平時有效）。開關右側的單片機AT89C51，其主要功能就是將開關的模擬信號轉化成數(shù)字信號，并通過固定程序，通過對信

45、號的識別，輸出相應的控制信號。系統(tǒng)圖的最右側是采用IGBT作為開關器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動機作為負載，工作時Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補。PWM逆變電路下方是調制電路，輸入信號分別是信號波和載波，輸出的信號分別送至4個IGBT的門極，對其控制。 圖4.2 總 結 通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次設計，進一步加深了對單片機的

46、了解，掌握單片機的基本內容和基本操作。讓我對它有了更加濃厚的興趣，會更加注重單片機在日常生活中的運用。雖然在設計的過程中遇到不少問題，但是在與老師，同學的交流中不僅解決了問題，還有了更深的體會。在設計的過程中更是發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，這些都是自己以后學習應該注意的問題 本設計的中心思想就是結合各課的知識，來完成一個綜合的設計。通過單片機產生PWM脈沖，來控制單相橋式整流電路，從而實現(xiàn)了對直流伺服電動機的調速控制。 在今后的學習中，我不但要將理論知識學好，還要將其應用到實踐，并且將各科知識聯(lián)系起來應用。 參考文獻 【1】何立民。MCS-51系列單片機應用系統(tǒng)設計〔M〕。北京:航空航天大學出版社,1991 【2】李群芳 單片微機計算機與接口技術(M)北京。電子工業(yè)出版社，2008 【3】余國衛(wèi) 單片微機計算機與接口技術實驗指導書 26