【正文】 有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條 件下靜態(tài)邏輯，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)時控制、故障自動處理、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，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)先級控制寄存器 IP；中斷源有 5 個，分別為外部中 斷 0 請求 INT0、外部中斷 1 請求 INT定時器 0 溢出中斷請求 TF0、定時器 1 溢出中斷請求 TF1 和串行中斷請求 R1 或T1。 5 個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP 和順序查詢邏輯電無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 路共同決定， 5 個中斷源分別對應(yīng) 5 個固定的中斷入口地址。中斷的特點(diǎn)是分時操作，實(shí)時處理和故障處理。 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)中要用到的中斷類型。 （ 1） 外部中斷源： AT89C51 有 INT0 和 INT1 兩條外部中斷請求輸入線 ,用于輸入兩個外部中斷源的中斷請求信號 ,并允許外部中斷源以低電 平或負(fù)邊沿兩種中斷觸發(fā)方式來輸入中斷請求信號。 AT89C51 究竟工作于哪種中斷觸發(fā)方式 ,可由用戶對定時器控制寄存器 TCON 中 IT0 和 IT1 位狀態(tài)的設(shè)定來選取。 AT89C51 在每個機(jī)器周期的 S5P2 時對 INT0、線上中斷請求信號進(jìn)行一次檢測 ,檢測方式和中斷觸發(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 檢測到 INT0、 INT1 上低電平時就可認(rèn)定其上中斷請求有效 。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 INT0、 INT1 線上電平方能確定其上中 斷請求是否有效 ,即前一次檢測為高電平和后一次檢測為低電平時中斷請求才有效。 （ 2） 定時器溢出中斷源：定時器溢出中斷由 AT89C51 內(nèi)部定時器分的中斷源產(chǎn)生 ,故它們屬于內(nèi)部中斷。 AT89C51 內(nèi)部有兩個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ,受內(nèi)部定時脈沖 (主脈沖經(jīng) 12 分頻后 )或 T0/T1 引腳上輸入的外部定時脈沖計(jì)數(shù)。定時器 T0/T1 在定時脈沖作用下從全“ 1”變成全“ 0”時可以自動向 CPU 提出溢出中斷請求 ,以表明定時器 T0 或 T1 的定時時間已到。 （ 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 ,每當(dāng)串行口發(fā)送 /接收完一組串行數(shù)據(jù)無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 時串行口電路自動使串行口控制寄存器 SCON中的 RI或 TI中斷標(biāo)志位置位，并自動向 CPU 發(fā)出串行口中斷請求 ,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 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)生了接收中斷請求還是發(fā)送中斷請求。 （ 4） 中斷標(biāo)志： AT89C51 在 S5P2 時檢測 (或接收 )外部 (內(nèi)部 )中斷源發(fā)來的中斷請求信號后先使相應(yīng)中斷標(biāo) 志位置位 ,然后便在下個機(jī)器周期檢測這些中斷標(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 電動機(jī)模塊 方案選擇 方案一：采用直流電動機(jī)驅(qū)動，采用由多個三極管組成的ＰＷＭ電路，PWM 是利用數(shù)字輸出對模擬電路進(jìn)行控制的一種有效技術(shù)，尤其是在對電機(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 :模擬電路容易隨時間漂移，會產(chǎn)生一些不必要的熱損耗，以及對噪聲敏感等。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)字方式來控制模擬信號，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)的開關(guān)狀態(tài)，精準(zhǔn)地調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這個電路由于管子工作的飽和截止模式下，效率很高，電子開關(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，步進(jìn) 電機(jī) 是將電 脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(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 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 12 止的位置只取決于脈沖信號的 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)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“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^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的 目的 ；同時可以 通過控制 脈沖頻率 來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動 信號必須為脈沖信號， 沒有脈沖的時候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動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 對調(diào)速系統(tǒng)來說，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、線路簡單。故而電動機(jī)驅(qū)動模塊選擇方案一。 直流電動機(jī)電路論證 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 13 圖 3 直流電動機(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 是對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼。通過計(jì)數(shù)器，使方波的占空比被調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)對模擬信號的電平進(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，其效果基本相同，為理論基礎(chǔ)，對半導(dǎo)體開關(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，用這些脈沖來代替所需要的波形。一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號的脈寬有兩種方法 ，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。對于一般電機(jī)控制，采用第一種方法在控制電壓變化時濾波的實(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)法相對來說，比較的容易控制，對外部信號要求也不高。因此，本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（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。 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 來調(diào)速的方式 ,相對比較的麻煩 ,所以本設(shè)計(jì)采用改變外接電壓 U的調(diào)速方式。 電動機(jī)正反轉(zhuǎn)原理：當(dāng) DIR 端輸入為高電平時 ， Q7 和 Q3 導(dǎo)通， Q1 與Q5 關(guān)斷，此時圖中電動機(jī)上端為低電平，當(dāng) PWM 端輸入低電平時， Q4 與 Q8關(guān)斷， Q2 和 Q6 導(dǎo)通，電流從 Q2 流向 Q3，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，而 PWM 端輸入高電平時， Q4 和 Q8 導(dǎo)通， Q2 和 Q6 關(guān)斷，沒有電流通過電動機(jī)；當(dāng) DIR 端輸入低電平時， Q7 和 Q3 關(guān)斷， Q1 和 Q5 導(dǎo)通，當(dāng) PWM 端為高電平時， Q4 和 Q8導(dǎo)通， Q2 和 Q6 關(guān)斷，電流從 Q1 流向 Q4，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，若 PWM 端為低電平，則 Q8 和 Q2 關(guān)斷，沒有電流通過電動機(jī)。 控制模塊 方案選擇 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 15 方案一：一個 ADC0831 串行逐次逼近式 A/D 轉(zhuǎn)換器， A/D 轉(zhuǎn)換器是用來通過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，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號。但在 A/D 轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號。逐次逼近式 A/D 是比較常見的一種 A/D 轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。逐次逼近法的 A/D 轉(zhuǎn)換器是由一個比較器、 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^，好像用天平稱物體，從重到 輕逐級增減砝碼進(jìn)行試探。逐次逼近法轉(zhuǎn)換過程是：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；轉(zhuǎn)換開始時，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 為時鐘信號輸入端。首先，將 ADC0831 的時鐘線拉低，再將片選段非 CS 置低電平，啟動 A/D 轉(zhuǎn)化。接下來在第一個時鐘信號的下降沿到來時， ADC0831 的數(shù)據(jù)輸出端被拉低，準(zhǔn)備輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。從時鐘信號的第 2 個下降沿到來開始， ADC0831 開始輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，直到第 9 個下降沿為止，共 8 位，輸出順序?yàn)閺淖罡呶坏阶畹臀弧? 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 16 方案二：通過數(shù)字電路 的方式來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)，組合邏輯電路，它由最基本的邏輯門電路組合而成。其輸出值只與當(dāng)時的輸入值有關(guān)，即輸出惟一地由當(dāng)時的輸入值決定。 電路 沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化。通過 74HC244 輸入開關(guān)量數(shù)據(jù)來控制小直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)動，兩個輸入分別連接 74HC244 的 2A2， 2A4,輸出兩端通過兩個 74HC32連接直流電動機(jī)電源。小直流電動機(jī)的原理是：轉(zhuǎn)動方向是由電壓來控制的，電壓為正則正轉(zhuǎn)，為 負(fù)則反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動速度大小則是由輸出脈沖的占空比來控制的，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：通過方案一與方案二的比較，方案一相對而言，其優(yōu)點(diǎn)是速度較高、功耗低，在低分辯率時價格便宜，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)，操作起來直接，方便，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速的調(diào)整更穩(wěn)定，故而選擇方案一。 電動機(jī)轉(zhuǎn)速 控制電路論證 無 錫 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 17 圖 4 電動機(jī)轉(zhuǎn)速控制電路 如圖 4 所示，實(shí)際上電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要運(yùn)用了一個模 數(shù)轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D 轉(zhuǎn)換器或簡稱 ADC。通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實(shí)際意義，僅僅表示一個相對大小。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)： NV re 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