基于5单片机红外遥控电机课程设计说明

基于5单片机红外遥控电机课程设计说明

课程实训报告

课程名称：单片机与接口技术

实训题目：红外控制直流电机正反转

任务书

一、实训任务

设计一款基于AT89C51单片机用红外遥控控制电机的正反转加减速。

二、设计要求

1. 基本要求

1).用无线模块控制电机的正反转加减速，实现自动化控制。

2).通过对AT89C51单片机的编程，实现直流电机的正反转，加

减速。

3).写出详细的设计报告。

4).给出全部电路和源程序。

2. 发挥部分

1).可通过PC机，对系统编程，实现直流电机转速的快慢。

摘要

随着科技的不断进步，人们进入了无线电时代，它为我们的生活带来了极大的方便。像现在的移动电话，无线网络，无线鼠

标，无线键盘等都已经融入了我们的生活当中。从我们身边的电

子产品就可以看出我们已经进入了无线电时代。

本设计就是一款基于AT89C51的用无线模块控制的电机的正反转以及它的加减速。这非常适应于在工厂使用，特别是在工业控制中。可以

想象，机器在工厂运转时，我们只需要用无线遥控来控制电机的转速以

及它的转向，这样我们就可以在远处来控制了，用不着再跑到电机的旁

边来控制开关，为工厂生产带来了极大的方便。

软件上采用C51编程，主要编写了主程序，直流电机驱动程序，中断程序延时程序等。经过调试，实现了对电机的控制。

关键词：AT89C51 L298 PWM 直流电机无线模块

目录

第一章绪论 (5)

1.1 概述 (5)

1.2 设计目的 (6)

1.3 设计任务和内容 (6)

第二章总体设计及核心器件简介 (7)

2.1总体设计 (7)

2.2 AT89C51 (8)

2.3 L298 (10)

引脚介绍： (11)

2.4 伺服电机介绍 (12)

2.5 PT2262/PT2272 (13)

第三章单元电路模块设计 (17)

3.1 复位电路 (17)

3.2时钟电路 (18)

3.3电机驱动电路图 (19)

3.4PWM调速系统设计 (20)

第四章软件编程设计 (21)

4.1 设计思想 (21)

4.2 流程图 (21)

4.3源程序 (22)

第五章设计心得和存在问题 (26)

第一章绪论

1.1 概述

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带

动传统控制检测日新月益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，

单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根

据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。无线电

的出现给人们的生活带来了极大的方便，让人们走进了无线遥控时代，从小孩

玩的无线遥控汽车到用无线电来控制机器生产甚至用无线电来控制无人飞机飞

行，还有现在我们生活当中用的手机以及3G都是靠无线电，可见我们已经进入

了无线电的时代，它也为我们的生活带来了极大的方便。

1.2 设计目的

（1）加强对单片机和C51语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。

（2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。

（3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。

（4）提高利用已学知识分析和解决问题的能力。

（5）提高实践动手能力。

1.3 设计任务和内容

1.3.1设计任务

结合教材及参考资料，用AT89C51单片机模拟实现无线模块控制直流电机

的正反转以及加减速。

1.3.2设计内容

（1）填写设计任务书。

（2）进行总体设计，画出原理图。

（3）用Protel软件画出PCB板并制板。

（4）焊接器件和芯片。（5）编写并调试程序。

第二章总体设计及核心器件简介

2.1总体设计

整个设计以AT89C51单片机为核心，用PWM控制直流电机转速,复位电路组成。

硬件模块入图2-1。

图2－1 硬件模块

2.2 AT89C51

1．AT89C51单片机简介

AT89C51是美国ATMEL公司推出的系列单片机，将多种功能的8位CPU 与FPEROM（快闪可编程/擦除只读存储器）结合在一个芯片上，是一种低功耗、高性能的CMOS控制器，为很多嵌入式控制应用提供了非常灵活而又价格适宜的方案，其性能价格比远高于同类芯片。它与MCS-51指令系统兼容，片内FPEROM允许对程序存储器在线重复编程，也可用常规的EPROM编程器编程，可循环写入/擦除1000次。89C51内含4KB的FPEROM，一般的EEPROM 的字节擦除时间和写入时间基本上均为10ms，对于任一个实时控制系统来说，这样长的时间是不可能在线修改程序的。

图2－2 89C51内部结构图

与EEPROM相比较，FPEROM大大缩短了存储内容擦除和写入的时间，为在线改写程序提供了极大的方便，而且价格也比带EPROM87C系列单片机便宜，这更显示出了89C系列的优越性。它还有128*8Bit的片内RAM；32根I/O 线；2个16位定时/计数器；5个中断源；一个全双工的异步串行口；间歇和掉电工作模式；三级程序存储器加密；全静态工作，晶振工作范围：0Hz—24MHz。2．管脚功能

AT89C51单片机为40引脚芯片如图2－3所示。

①I/O口线: P0、P1、P2、P3共四个八位P0口是三态双向口, 通称数据总线口, 因为只有该口能直接用于对外部存储器的读?写操作。P0口也用以输出外部存储器的低8位地址。由于是分时输出, 故应在外部加锁存器将此地址数据锁存, 地址锁存信号用ALE。P1口是专门供用户使用的I/O口, 是准双向口。P2口是从

系统扩展时作高8位地址线用。不扩展外部存储器时, P口也可以作为用户I/O口线使用, P2口也是准双向口。P3口是双功能口, 该口的每一位均可独立地定义为第一I/O 功能或第二I/O功能。作为第一功能使用时操作同P1口。

P3口的第二功能如表2－1。

图2-3 89C51引脚图

②控制口线: PSEN (片外取控制)、AL E( 地址锁存控制)、EA (片外储器选择)、RE2SET (复位控制) ;

③电源及时钟: CCC、VSS; XTAL 1, XTAL 2

表2-1 引脚功能表

2.3 L298

L298N 为SGS-THOMSON Microelectronics 所出产的双全桥步进电机

专用驱动芯片( Dual Full-Bridge Driver )内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑准位信号，可驱动46V、2A以下的步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压。此芯片可直接由单片机的IO端口来提供模拟时序信号。

L298引脚定义如图2-5所示。

图2-5 L298引脚图

引脚介绍：

第1、15脚：可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号，也

可直接接地。

第2、3脚：A电机输出端口。

第4脚：接逻辑控制的+5V电源。

第6脚：A桥使能端口。

第5、7脚：输入标准TTL电点平对A桥的输出OUT1、OUT2进行控制。

第8脚：接电源地。

第9脚：接电机驱动电源，最高可达50V。

第11脚：B桥使能端口。

第10、12脚：输入标准TTL电平对B桥的输出OUT3、OUT4进行控制。

第13、14脚：B电机输出端口。

L298内部结构如图2-6所示

图2-6 L298内部结构

2.4 伺服电机介绍

伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降[14]。

定义：在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。

作用：可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

分类：直流伺服电机和交流伺服电机。直流伺服电机分为有刷电机和无刷电机两种。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

2.5 PT2262/PT2272

PT2262/2272是台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，PT2262/2272最多可有12位(A0-A11)三态地址端管脚(悬空,接高电平,接低电平),任意组合可提供531441地址码,PT2262最多可有6位(D0-D5)数据端管脚,设定的地址码和数据码从17脚串行输出，可用于无线遥控发射电路。编码芯片PT2262发出的编码信号由：地址码、数据码、同步码组成一个完整的码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较核对后，VT脚才输出高电平，与此同时相应的数据脚也输出高电平，如果发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz的高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制的串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz的高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz的高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT2262的17脚输出的数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％的调幅。

PT2262引脚图如图2-7所示

图2-7 PT2262引脚图

PT2262引脚功能：

名称管脚说明

A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空), D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（＋）

Vss9电源负端（－）

TE14编码启动端，用于多数据的编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；

Dout17编码输出端（正常时为低电平）

PT2272引脚图如图2-8所示：

图2-8 PT2272引脚图：

PT2272引脚功能：

名称管脚说明

A0-A111-8、10-13

地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),必须与2262一致,

否则不解码

D0-D57-8、10-13地址或数据管脚,当做为数据管脚时,只有在地址码与2262一致,数据管脚才能输出与2262数据端对应的高电平,否则输出为低电平,锁存型只有在接收到下一数据才能转换

Vcc18电源正端（＋）

Vss9电源负端（－）

DIN14数据信号输入端，来自发射模块输出端

OSC116振荡电阻输入端，与OSC2所接电阻决定振荡频率；

OSC215振荡电阻振荡器输出端；

VT17解码有效确认输出端（常低）解码有效变成高电平（瞬态）

PT2262/PT2272工作原理：

PT2262-IR发射芯片地址编码输入有“1”、“0”和“开路”三种状态，数据输入有“1”、“0”两种状态，由各地址、数据的不同接脚状态决定，编码从输出端Dout输出，通过红外发射管发射出去，其编码时序波形如图2-9所示。

图2-9

Dout输出的编码信号时调制在38KHz载波上的，OSC1,OSC2外接的电阻决定载频频率，一般电阻可在430K-----470K之间选择即可。

PT2272的暂存功能是指发射信号消失时，PT2272的对应数据输出位即变为电平。而所存功能是指，当发射信号消失时，PT2272的输出端人保持原来的状态，直到下次接收到新的信号输入，图2-10是红外发射和接收的典型应用原理图，为了能正确解调出调制的编码信号，接收端需要加一级前置放大级，保证输入PT2272的信号隔度足够大。PT2272个输出端通过各种接口即可控制相应的负载。

图2-10 是PT2262构成6路发射电路，图中PT2262-IR的VDD是通过按键接通后向芯片供电，这样静态时，PT2262-IR并不耗电，特别适合是电池供电的场所。如果使用电源电压较低（如3V）,二级管应选用低压差的型号（如1N60等），工作原理与图3相近。

图2-10

第三章单元电路模块设计

3.1 复位电路

本设计采用如下所示复位电路，如图3-1所示。

图3-1复位电路

3.2时钟电路

晶振电路原理图如3-2：

3-2时钟模块原理图选取原则：传统做法，但能够实现所需，即最简单也最是实用。电容选取30uF，晶振为11.0592Hz。

3.3电机驱动电路图

图3-3电机驱动电路图3.4PWM调速系统设计

系统的主电路图如图3.4所示