【正文】 輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下， CPU 停止工作。但 RAM、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 5：中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)是單片機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、單片機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。中斷系統(tǒng)大大提高了系統(tǒng)的效率。 C51 系統(tǒng)有關(guān)中斷的寄存器有 4個(gè)，分別為中斷源寄存器 TCON和 SCON、中斷允許控制寄存器 IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP；中斷源有 5 個(gè)，分別為外部中 斷 0請(qǐng)求 INT0、外部中斷 1 請(qǐng)求 INT定時(shí)器 0 溢出中斷請(qǐng)求 TF0、定時(shí)器 1 溢出中斷請(qǐng)求 TF1 和串行中斷請(qǐng)求 R1 或T1。 5 個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP 和順序查詢(xún)邏輯電無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 10 路共同決定， 5個(gè)中斷源分別對(duì)應(yīng) 5個(gè)固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時(shí)操作，實(shí)時(shí)處理和故障處理。 單片機(jī)中斷系統(tǒng)用處較多，本設(shè)計(jì)中也有涉及，下面詳細(xì)的介紹一下89C51 中斷系統(tǒng)中要用到的中斷類(lèi)型。 （ 1） 外部中斷源： AT89C51 有 INT0 和 INT1 兩條外部中斷請(qǐng)求輸入線 ,用于輸入兩個(gè)外部中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào) ,并允許外部中斷源以低電 平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來(lái)輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)。 AT89C51究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式 ,可由用戶(hù)對(duì)定時(shí)器控制寄存器 TCON 中 IT0 和 IT1 位狀態(tài)的設(shè)定來(lái)選取。 AT89C51在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 時(shí)對(duì) INT0、線上中斷請(qǐng)求信號(hào)進(jìn)行一次檢測(cè) ,檢測(cè)方式和中斷觸發(fā)方式的選取有關(guān)。若 AT89C51 設(shè)定為電平觸發(fā)方式 (IT0=0或 IT1=0),則 CPU 檢測(cè)到 INT0、 INT1上低電平時(shí)就可認(rèn)定其上中斷請(qǐng)求有效 。若設(shè)定為邊沿觸發(fā)方式 (IT0=1或 IT1=1),則 CPU需要兩次檢測(cè) INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中 斷請(qǐng)求是否有效 ,即前一次檢測(cè)為高電平和后一次檢測(cè)為低電平時(shí)中斷請(qǐng)求才有效。 （ 2） 定時(shí)器溢出中斷源：定時(shí)器溢出中斷由 AT89C51 內(nèi)部定時(shí)器分的中斷源產(chǎn)生 ,故它們屬于內(nèi)部中斷。 AT89C51 內(nèi)部有兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,受內(nèi)部定時(shí)脈沖 (主脈沖經(jīng) 12 分頻后 )或 T0/T1 引腳上輸入的外部定時(shí)脈沖計(jì)數(shù)。定時(shí)器 T0/T1 在定時(shí)脈沖作用下從全“ 1”變成全“ 0”時(shí)可以自動(dòng)向 CPU 提出溢出中斷請(qǐng)求 ,以表明定時(shí)器 T0 或 T1的定時(shí)時(shí)間已到。 （ 3） 串行口中斷源：串行口中斷由 AT89C51內(nèi)部串行口的中斷源產(chǎn)生 ,也是一種內(nèi)部中斷。串行口 中斷分為串行口發(fā)送中斷和串行口接收中斷兩種。在串行口進(jìn)行發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)時(shí) ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 11 時(shí)串行口電路自動(dòng)使串行口控制寄存器 SCON中的 RI或 TI中斷標(biāo)志位置位，并自動(dòng)向 CPU 發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求 ,CPU 響應(yīng)串行口中斷后便立即轉(zhuǎn)入串行口中斷服務(wù)程序執(zhí)行。因此 ,只要在串行口中斷服務(wù)程序中安排一段對(duì) SCON中 RI和 TI中斷標(biāo)志位狀態(tài)的判斷程序 ,便可區(qū)分串行口發(fā)生了接收中斷請(qǐng)求還是發(fā)送中斷請(qǐng)求。 （ 4） 中斷標(biāo)志： AT89C51在 S5P2 時(shí)檢測(cè) (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來(lái)的中斷請(qǐng)求信號(hào)后先使相應(yīng)中斷標(biāo) 志位置位 ,然后便在下個(gè)機(jī)器周期檢測(cè)這些中斷標(biāo)志位狀態(tài) ,以決定是否響應(yīng)該中斷。 3 分電路設(shè)計(jì)與論證 電動(dòng)機(jī)模塊 方案選擇 方案一：采用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用由多個(gè)三極管組成的ＰＷＭ電路，PWM 是利用數(shù)字輸出對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方面，可大大節(jié)省能量。 PWM 具有很強(qiáng)的抗噪性，且有節(jié)約空間、比較經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。模擬控制電路有以下缺陷 :模擬電路容易隨時(shí)間漂移，會(huì)產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對(duì)噪聲敏感等。而在用了 PWM 技術(shù)后，避免了以上的缺陷，實(shí)現(xiàn) 了用數(shù)字方式來(lái)控制模擬信號(hào)，可以大幅度降低成本和功耗。在單片機(jī)控制下，使之工作在占空比可調(diào)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，精準(zhǔn)地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這個(gè)電路由于管子工作的飽和截止模式下，效率很高，電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也很強(qiáng)。 方案二：采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，步進(jìn) 電機(jī) 是將電 脈沖 信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電 機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 12 止的位置只取決于脈沖信號(hào)的 頻率 和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時(shí)可以 通過(guò)控制 脈沖頻率 來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng) 信號(hào)必須為脈沖信號(hào)， 沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱(chēng)為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。 結(jié)論：方案一與方案二相比，方案一 PWM 對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，有如下優(yōu)點(diǎn) :系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定精度等指標(biāo)比較好 。電樞電流的脈動(dòng)量小，容易連續(xù)，而且可以不必外加濾波電抗也可以平穩(wěn)工作 。系統(tǒng)的調(diào)速范圍寬 。使用元件少、線路簡(jiǎn)單。故而電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇方案一。 直流電動(dòng)機(jī)電路論證 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 13 圖 3 直流電動(dòng)機(jī)電路 設(shè)計(jì)電路如圖 3所示，采用 PWM—— 脈沖寬度調(diào)制， PWM 是對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼。通過(guò)計(jì)數(shù)器，使方波的占空比被調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。 PWM 控制技術(shù)原理以結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同，為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替所需要的波形。一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬有兩種方法 ，一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法，另一種方法是使用脈沖計(jì)數(shù)法。對(duì)于一般電機(jī)控制，采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因?yàn)闉V波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整，而脈沖計(jì)數(shù)法相對(duì)來(lái)說(shuō)，比較的容易控制，對(duì)外部信號(hào)要求也不高。因此，本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 14 現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法。 由直流電機(jī)的電壓平衡方程式： IReU ?? 其中 I 為電機(jī)線圈電流， R為線圈電阻， e 為電機(jī)的反電勢(shì)。 e = C*Φ *ω ,式中， C 為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，為一常量；Φ為線圈磁 通；ω為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。于是將 e 代入電壓平衡方程 IReU ??式中，可得： U = C*Φ *ω + IR 經(jīng)過(guò)移項(xiàng)之后就可得出角速度和電壓的關(guān)系式： ???? C IRU? 從上式可以看出，改變外接電壓 U,電機(jī)回路電阻 R, 磁通Φ，可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)所用直流電機(jī)為永磁式 , 磁通Φ不可改變 ,而改變電機(jī)回路電阻 R 來(lái)調(diào)速的方式 ,相對(duì)比較的麻煩 ,所以本設(shè)計(jì)采用改變外接電壓 U的調(diào)速方式。 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)原理：當(dāng) DIR 端輸入為高電平時(shí)， Q7 和 Q3 導(dǎo)通， Q1 與Q5關(guān)斷 ，此時(shí)圖中電動(dòng)機(jī)上端為低電平，當(dāng) PWM 端輸入低電平時(shí)， Q4 與 Q8關(guān)斷， Q2和 Q6 導(dǎo)通，電流從 Q2流向 Q3，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，而 PWM 端輸入高電平時(shí)， Q4和 Q8 導(dǎo)通， Q2 和 Q6 關(guān)斷，沒(méi)有電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)；當(dāng) DIR端輸入低電平時(shí)， Q7 和 Q3 關(guān)斷， Q1 和 Q5 導(dǎo)通，當(dāng) PWM 端為高電平時(shí)， Q4 和 Q8導(dǎo)通， Q2 和 Q6關(guān)斷，電流從 Q1 流向 Q4，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，若 PWM 端為低電平，則 Q8和 Q2 關(guān)斷，沒(méi)有電流通過(guò)電動(dòng)機(jī)。 控制模塊 方案選擇 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 15 方案一：一 個(gè) ADC0831 串行逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器是用來(lái)通過(guò)一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在 A/D 轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。逐次逼近式 A/D 是比較常見(jiàn)的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為微秒級(jí)。逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個(gè)比較器、 D/A 轉(zhuǎn)換器、緩沖寄存器及控制邏輯電路組成?；驹硎菑母呶坏降臀恢鹞辉囂奖容^，好像用天平稱(chēng)物體，從重到輕逐級(jí)增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近 法轉(zhuǎn)換過(guò)程是：初始化時(shí)將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)，先將逐次逼近寄存器最高位置 1，送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后生成的模擬量送入比較器，稱(chēng)為 Vo，與送入比較器的待轉(zhuǎn)換的模擬量 Vi進(jìn)行比較，若 VoVi，該位 1被保留，否則被清除。然后再置逐次逼近寄存器次高位為 1，將寄存器中新的數(shù)字量送 D/A 轉(zhuǎn)換器，輸出的 Vo 再與 Vi比較，若 VoVi，該位 1 被保留，否則被清除。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，得到數(shù)字量的輸出。 其中非 CS 為片選信號(hào) 輸入端， Vin（ +）和 Vin（ ）為差分輸入端， Vref為參考電壓輸入端， GND 為接地端， Vcc 為電源電壓輸入端， DO為 A/D轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)輸出端， CLK為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。首先，將 ADC0831的時(shí)鐘線拉低，再將片選段非 CS 置低電平，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)化。接下來(lái)在第一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)， ADC0831的數(shù)據(jù)輸出端被拉低，準(zhǔn)備輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。從時(shí)鐘信號(hào)的第 2 個(gè)下降沿到來(lái)開(kāi)始， ADC0831 開(kāi)始輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，直到第 9個(gè)下降沿為止，共 8 位，輸出順序?yàn)閺淖罡呶坏阶畹臀弧? 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 16 方案二：通過(guò)數(shù)字電路的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，組合邏 輯電路，它由最基本的邏輯門(mén)電路組合而成。其輸出值只與當(dāng)時(shí)的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時(shí)的輸入值決定。 電路 沒(méi)有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化。通過(guò) 74HC244 輸入開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)來(lái)控制小直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)輸入分別連接 74HC244 的 2A2， 2A4,輸出兩端通過(guò)兩個(gè) 74HC32連接直流電動(dòng)機(jī)電源。小直流電動(dòng)機(jī)的原理是：轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由電壓來(lái)控制的，電壓為正則正轉(zhuǎn)，為負(fù)則反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小則是由輸出 脈沖的占空比來(lái)控制的，正向占空比越大則轉(zhuǎn)速就越快，反向轉(zhuǎn)則占空比越小就轉(zhuǎn)速越快。 結(jié)論：通過(guò)方案一與方案二的比較，方案一相對(duì)而言，其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率時(shí)價(jià)格便宜，將模擬量輸送給單片機(jī)，由單片機(jī)進(jìn)行分析處理，使數(shù)字量的的更加的精準(zhǔn)，操作起來(lái)直接，方便，對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)整更穩(wěn)定，故而選擇方案一。 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 控制電路論證 無(wú) 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢 業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 17 圖 4 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路 如圖 4 所示，實(shí)際上電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要運(yùn)用了一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D轉(zhuǎn)換器 或簡(jiǎn)稱(chēng) ADC。通常是指一個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個(gè)相對(duì)大小。故任何一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個(gè)參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見(jiàn)的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號(hào)大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)： NV r e fVtaD 2a ?? 其中 V 為待轉(zhuǎn)換的電壓 ,而 Vref 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的參考電壓 ,N 為模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度 ,通常用這 個(gè)位數(shù)無(wú) 錫