1

第 10章 系统应用实例

10.1 步进电机控制系统

10.2 红外线感应自动门控制系统

10.3 通用多点温度控制系统

2

10.1 步进电机控制系统

10.1.1 步进电机控制原理

10.1.2 步进电机控制程序设计

10.1.3 步进电机变速控制

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+27V

MLAMLB MLC

1K15K

15K

15K

1K 1K

7406

8031

P1.0

P1.1

P1.2

P2.3

P2.0

D7

D0

Q7

Q0

A11

A8

A7

A0

D7

D0

D7

D0

2732

CE OE

G

OE

ALE

PSEN

～

～

～

～～

～

～

图 10-1 单片机控制三相步进电机原理图

4

10.1.1 步进电机控制原理三相步进电机的通电方式有：

（ 1 ）三相三拍通电方式： A→B→C→A 。（ 2 ）相双三拍通电方式： AB→BC→CA→AB

（ 3 ）三相六拍通电方式： A→AB→B→BC→C→CA 。

按以上顺序通电，步进电机正转。要使电机反转，将上述步进电机各相绕组的通电相序

反过来即可。如三相三拍反转的通电方式为： A→C→B→ A 。

节 拍通电顺序

控制模型

正转 反转 二进制

十六进制

1 6 A 00000001

01

2 5 AB 00000011

03

3 4 B 00000010

02

4 3 BC 00000110

06

5 2 C 00000100

04

6 1 CA 00000101

05

表10-1

三相六拍步进电机控制模

型

返回本节

6

10.1.2 步进电机控制程序设计步进电机控制的任务就是：

① 判断旋转方向② 按顺序送出控制脉冲③ 判断脉冲是否送完

正反转控制模型数据的存放单元见表 10-2 和表 10-3 ，其中 26H 和 2DH 中存放模型结束标志，程序流程如图 10-2 所示。

表 10-2 正转控制模型数据内存字节地址

20H

21H

22H

23H

24H

25H

26H

控制模型数据

01H

03H

02H

06H

04H

05H

00H

表 10-3 反转控制模型数据

内存字节地址

27H

28H

29H

2AH

2BH

2CH

2DH

控制模型数据

01H

05H

04H

06H

02H

03H

00H

Y

置反转模型地址

恢复模型首址

保护现场

设步长计数器

置正转模型地址

输出控制模型

返回

恢复现场

是数据结束 ?

步数为 0?

Y

Y

N

N

N

转向标志为 1?

图10-2

程序延时控制程序流程图

返回本节

10.1.3 步进电机变速控制

步长

fc

f

L1 L2 L3

图 10-3 变速控制过程

设频率阶梯计数器

设阶梯步长计数器

设置定时器

转向标志为 1?

CPU 开中断

CPU 关中断

结束

频率阶梯为 0?

主程序

设置正转模型地址

Y

N

设 T0 初值地址指针

设 置 反 转 模 型地址

Y

N

T0 初值地址更新

恢复模型首址

保护现场

输出控制模型

模型地址增 1

赋升频 T0 初值

恢复现场

模型结束 ?

频率阶梯为0?

阶梯步长为 0?

阶梯步长赋值

中 断 服 务 程序

是升频 ?

返回

赋降频 T0 初值

Y

Y

Y

N

N

NN

Y

图 10-4 变频控制程序流程图

11

编写变频控制程序作如下说明：（ 1 ） 利 用 定 时器 T0 延时， 其 初 值 存 放 在EPROM 的同一页中。降频是升频的逆过程。（ 2 ）步进电机控制模型数据及存放地址（如表 10-2~10-5 所示）。（ 3 ）在升、降频过程中，考虑步进电机惯性，要求每改变一次频率，需持续运行一定步数，称频率阶梯步长。

表 10-4 标志位定义表 表 10-5 初值分配表

位地址 标志内容   字节地址

存储内容

70H 运行方式： 0 代表恒速， 1代表变速

  1AH 频率阶梯步长计数器R2 的值

71H 变速方式： 0 代表降速， 1代表升速

  1BH 频率阶梯计数器 R3 的值

72H 恒速转向： 0 代表正转， 1代表反转

  1CH 恒速段步长低 8 位

73H 升速转向： 0 代表正转， 1代表反转

  1DH 恒速段步长高 8 位

74H 降速转向： 0 代表正转， 1代表反转

  1EH 恒速段 T0 初值低 8 位

75H 程序结束标志： 02 代表程序结束

  1FH 恒速段 T0 初值高 8 位

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13

10.2 红外线感应自动门控制系统

10.2.1 系统硬件电路

10.2.2 红外线传感器集成芯片介绍

10.2.3 系统软件结构

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14

10.2.1 系统硬件电路系统控制电路如图 10-5 所示。用 MCS-51 系

列单片机与完全兼容的 AT89C51 作主控芯片，经扩展和接口电路构成控制系统。

红外线传感器能以非接触形式检测人体中辐射出的红外线能量变化，并将此变化转变为电压信号输出。

系统有自动和手动两种功能。电机选用单相交流电机，由三个控制信号 P3.0 、 P3.1 、 P3.4 来控制其正、反转和速度变换。

BIS

S0001

60K20K

103

2M

10K

10u

1M

1M

47K

103

47u

电压检测模块

电机温度检测 P3.3/INT1

手动 / 自动切换

手动关按钮

P3.4

P3.0

2.2u

D

S

G

红外传感器

+5VGND

3.3K

103

103

470u

+5V

330K

330K102

10n

VC

VDD

2OUT

2IN-

1IN+

1IN-

1OUT

220K

IB

RR1

A

V0

RC1

RC2

RR2

VSS

+5V

行程开关 2

行程开关 3

手动开按钮

光电隔离

电机正转继电器 J1

电机过热报警

转速检测模块

A/D 转换

蜂鸣报警

行程开关 4

行程开关 1

电压过高报警速度异常报警

速度变换继电器 J3

电机反转继电器 J2

ADC

0809

EOC

P1.0

P1.3

P1.2

P1.1

P1.4

P1.5

P1.6

P2.0

P2.1

P2.3

P2.2

P3.2/INT0

P3.1

P0WRRDALEP1.7

10K×6

LED

AT89C51

VCC

图 10-5 红外线自动门控制系统原理图返回本节

16

10.2.2 红外线传感器集成芯片介绍红外线传感器集成芯片 BISS0001 特点（如图 10-6 、 1

0-7 所示）：（ 1 ）用 CMOS 工艺，功耗低。（ 2 ）具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配。（ 3 ）双向鉴幅器可有效抑制干扰信号。（ 4 ）内设延时和 封锁定时器，性能 稳定，调节范围宽。（ 5 ）内置参考电源。（ 6 ）工作电压范围宽（ 3V ～ 5V ）。

BISS0001

1

2

3

4

5

6

7

8 9

10

11

12

13

14

15

16A

V0

RR1

RC1

RC2

RR2

Vss

VRF/RESET Vc

IB

VDD

2OUT

2IN-

1IN+

1IN-

1OUT图10-6 B

ISS

0001

芯片引脚图

+

－

OP1

+

－

OP2

+

－

COP1

+

－

COP2

+

－

COP3

状态控制器

参考电源

封锁时间定时

延迟时间定时

5

1

14

15

9

8

16

12

13 3

2

10

7

11

6

4

A

1IN-

1OUT

2IN

2OUT

Vc

VRF/RESET

1IN+

VH

VL

VM

VR

VL

VH

VM

VR

VDD

VSS

IB

V0

VR

R1

RR1

RR2

R2

C2

RC2

C1

RC1U2

U1

Vs

RESET

图 10-7 BISS0001 芯片内部电路原理图

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19

10.2.3 系统软件结构整个系统软件主要由主程序、中断服务程序、

门开启和关闭子程序、各种故障处理及报警子程序组成。

主程序主要是完成系统进行初始化、中断设置、手动与自动切换等功能。

中断服务程序包括两个外部中断和两个定时器中断（如图 10-8~10-12 所示）。

启动下一通道

通道号加１

指向 0809 地址

转换结束否?

采样结束否?

数据存放

数据指针加１

开 T1 中断

中断返回

Y

N

N

关 T1 中断开 始

是否手动方式?

定时器 T0 、 T1 设置

开定时器

中断优先级设置

开中断

关外部中断 1

开定时器 T0

开外部中断 1

系 统 是 否 有故障 ?

系统终止

YN

Y

N

Y

图10-8

系统主程序流程图

图10-9 T1

中断服务程序流程图

延时 10s

加速

停机开中断

减速

关门

有人否 ?

有人否 ?

加速否 ?

有人否 ?

减速否 ?

停机否 ?

系统是否有故障 ?

系统是否有故障 ?

开门子程序

中断返回

Y

关外部中断

N

Y

Y

N

N

NY

Y

N

Y

NN

Y

Y

N

图10-10

外部中断服务程序流程图

门状态 检测

电机加速

电机减速

电机停止

加速 ?

减速 ?

停止 ?

返 回

Y

N

N

Y

N

Y

开 门图10-11 开门子程序流程图

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23

10.3 通用多点温度控制系统

10.3.1 系统网络结构

10.3.2 通信协议

10.3.3 硬件电路

10.3.4 软件设计

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10.3.1 系统网络结构

RS-485 接口从机0#

主机

RS-485 接口

……RS-485 接口从机1#

RS-485 接口从机n#

图 10-13 系统结构图

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25

10.3.2 通信协议1．通信过程

（ 1 ）写指令单片机发指令——→从机接收指令——等待→反馈接收信息 （ 2 ）读指令主机发指令——→从机接收指令——等待→从机取出参数给主机——→等待——→主机反馈接收信息

26

2．通信设定（ 1 ）从机站号 （ 2 ）通信速率（ 3 ）通信再试次数（ 4 ）校验方式

3．数据格式  主机到从机的通信数据格式 数据写入的格式有两种，数据写入指的是主单

片机对从单片机的发送指令。

从机号 指令代码 校验和

从机号 指令代码 指令参数 校验和

格式 A （读指令）

格式 B （写指令）

  从机到主机的数据格式 不论主机发送的指令是何种格式，从机收到主

机指令后都要向主机发回确认信息。

从机号 YES/NO 返回数据 校验和

从机号 YES/NO 校验和

格式 A’

格式 B’

返回本节

29

10.3.3 硬件电路AT89C52 单 片 机 具 有 MCS-51 内核， 指令系 统 与

MCS-51 单 片 机 100% 兼 容 ， 片 内 有 8K Flash EPROM ， 256 字节 RAM ， 6 个中断源，一个串行口，最高工作频率可达 24M ，完全可满足本系统的需要。

主机管理各从机，负责系统的各温度测控点数据的收集与处理。从机负责现场数据的采集以及现场温度的控制。

系统的主从机硬件结构原理图分别见图 10-14 和图 10-15 所示。

返回本节

30

10.3.4 软件设计1．主机软件设计根据系统从机数量以及对温度控制响应实时性

的要求，采取不同的时间间 隔扫描各从机，读取各温度测控点的温度信息或发送控制指令。

主机系统软件设计主要包括键处理模块、显示管理模块、通信读数据模块、通信写指令模块、故障处理模块等。

31

2．从机软件设计从机主要接收主机指令，完成主机规定的温度

控制及相关操作。从机也配有键盘，允许用户现场控制温度。从机软件设计也包括键处理模块、温度数据采

集（ A/D ）模块、显示模块、通信模块、输出管理模块、故障处理模块。

通讯正常？ Y

开始

T20msFlag=1？

N产生故障消息

T20msFlag=0;

系统初始化

联络各从机

T20ms=？

键处理模块 显示模块 通讯管理模块 故障处理模块

T20ms=0 T20ms=2 T20ms=3T20ms=1

Y

N

图10-16

主机主程序流程图

返回本节

33

以下是利用 TLC0832 型 A/D 转换器进行数据采集的子程序。 TLC0832引脚 图及用法见从机系统图 10-15 。该型号 A/D 转换器是 TI公司近年推出的新型两通道 8 位逐次逼近型转换器，允许差分输入方式工作。利用单片机的I/O 口线进行数据的传输。TLC0832 型 A/D 转换器数据采集参考程序清单如下：

CollectAD ： PUSH PSW

PUSH ACC

CLR CS

MOV R6 ， #08H ；计数初值，接收 8 位数据LOAD1 ： CLR CLK ；产生时钟信号低电平，第 1 个脉冲 NOP

SETB DI ；发启动信号 NOP

SETB CLK ；产生时钟信号高电平 NOP

NOP

CLR CLK ；第 2 个脉冲

NOP

SETB DI ； SGL=1 ，单通道输入方式 NOP

SETB CLK

NOP

NOP

CLR CLK ；第 3 个脉冲 NOP

CLR DI ； ODD=0 ，选择通道 0

NOP

SETB CLK

NOP

NOP

CLR CLK ；第 4 个脉冲

NOP

NOP

LOAD2 ： SETB CLK

NOP

NOP

NOP

CLR CLK

NOP

MOV C ， DO ；读取 TLC0832 数据输出线上数据 RLC A

DJNZ R6 ， LOAD2

CLR C

MOV Temperature ， A ；保存 A/D 转换结果 SETB CS

ADBACK ：POP ACC

POP PSW

RET

 

37

附：多功能温度控制系统

38

内容到此结束，谢谢您的光临！

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