基于AT89C51单片机的模型姿态控制系统的设计与实现_温度控制系统设计C52
时间：2019-02-03 05:42:41 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要:本系统采用INTEL MCS-51指令系统的ATMEL(爱特梅尔)AT89C51单片机作为控制芯片,完成角度值接收、转换、报警处理。通过两个步进电机实现模型姿态的控制,应用单片机作为控制器,实现对实验模型攻角和侧滑角的改变,角度变化范围分别可以在-10度到+10度。当两台电机同步运行时,在运行过程中出现两个角度相差大于2o时应保护。
关键词:AT89C51单片机;显示;报警;角度控制
1.前言
各种飞机或导弹在设计完成后,一般要做流场实验;实验时要将其模型(或按其比列缩小后的模型)置于风洞洞体中测其各个部位在不同风速情况下所受的压力及在定风速而改变模型姿态角度变化时的各部分的所受的压力情况,以达到模拟真实飞行器在空中飞行时的实际受压情况。这就要求设计一个控制模型在风洞中变换角度的控制器。
模型在风洞中各种姿态角度的变化由2台异步电机完成。如果2台电机分别用β1,β2表示,则主要控制要求为发:实现由β1,β2,β1+β2(2台电机同步)3 种运行方式;具有设定目标运行角度功能;具有实时显示当前运行角度,并能修改当前角度显示值功能;有软件极限值保护功能。
以往模型姿态控制主要采用低压电器来实现,不仅同步问题、显示问题难以解决,而且电机的制动采用电磁抱闸使得电机容易过载。而通过单片机、电机、显示模块能很好完成模型姿态的控制要求。这种控制器具有体积小、性价比高、控制稳定可靠等优点。
2.AT89C51单片机简介
AT89C51单片机是美国Atmel公司的产品,它与Intel公司生产的MCS-51系列单片机兼容。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM―Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。AT89C51单片机采用模块式的结构,有多个存储空间,每一个存储空间都留有一定的余量,这种结构为单片机的发展留有充分的余地,其结构框图如图1。
3.系统设计
3.1 系统总体设计
为了能够实时姿态模型控制,该电路采用通过默认零度为当前角度送到单片机处理与设定角度比较从而控制电机的转动。当当前角度与设定角度有差值的时候,给脉冲信号,当前角度以步距值1o为单位向设定角度靠拢,同时电机转动;当当前角度与设定角度相等的时候,继续给脉冲,系统报警。
系统原理方框图见图2所示。
3.2 系统硬件设计
模型姿态控制系统中主要包括键盘模块、复位、时钟模块和显示模块三部分硬件结构。
3.2.1 键盘模块
键盘模块采用独立式的的键盘结构灵活,直接用I/O口线构成的单个的键盘电路,每个案件的工作不会影响其它I/O口线的状态。键盘输入均采用低电平有效,此外,上拉电阻保证了电阻断开时,I/O线有确定的高电平。
键盘电路一共有S1-S10分别为0-9十个按钮,S-切换键(由电机一切换到电机二),Scf触发信号键。键盘实物图如图3所示。
3.2.2 复位、时钟模块
(1)复位电路
系统复位是任何微机系统执行的第一步,使整个控制芯片回到默认的硬件状态下。根据应用的要求,复位操作通常有两种基本形式:上电复位和上电或开关复位。本设计使用的开关复位。
上电后,由于电容的充电和反相门的作用,使RST持续一段时间的高电平。当单片机已在运行当中时,按下复位键K后松开,也能使RST为一段时间的高电平,从而实现上电或开关复位的操作。复位电路如图4所示。
(2)时钟电路
单片机内部都是由许多诸如触发器等构成的时序电路组成的,只有通过时钟才能使单片机一步步地工作。具体工作时,单片机外部接上振荡器(也可以是内部振荡器)提供高频脉冲经过分频处理后,成为单片机内部时钟信号,作为片内各部件协调工作的控制信号。时钟电路如图5所示。
3.2.3 显示模块
显示模块采用74LS07芯片实现,运用三位数码管进行信息的显示。显示电路如图6所示。
3.3 系统软件设计
系统的软件设计主要包含三个模块:系统总程序、键盘子程序及显示子程序。其程序流程图分别如图6、图7、图8所示。
4.结论
本设计以8位单片机系统为核心的控制系统。本系统采用INTEL MCS-51指令系统的AT89C51单片机作为控制芯片,完成角度值接收、转换和报警处理。由SN7407驱动LED,可实现用两台电机分别控制角度β1和β2,两台电机的角度可以设定,并能显示设定角度和当前角度。该模型姿态控制系统能基本满足应用要求。■
参考文献
[1]王晓君,安国臣等.MCS-51及兼容单片机原理与选型[M].北京:电子工业出版社,2003
[2]Atmel Corporation.AT89C51 8-bit Microcontroller with 4KB Flash[J]. of Abnormal & Social Psychology, 1997, 16(1), 3-11
[3]李广弟.单片机基础[M].北京:北京航空航天大学出版社,1994
[4]陈富安等.单片机与可编程控制器应用技术[M].北京:电子工业出版社,2005
[5]韩志军等.单片机应用系统设计[M].北京:机械工业出版社,2005
[6]张毅刚编著. MCS-51单片机原理及应用[M]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004
[7]胡汉才编著. 单片机原理及系统设计[M].北京:清华大学出版社,2002
[8]沈卫红编. 单片机应用系统设计与分析[M]. 北京:北京航空航天大学出版社,2003
