【正文】 設(shè)計用了 +5V、 +12V 電源，采用的是 78 系列的集成固定三端穩(wěn)壓管。使穩(wěn)壓器的工作臺不進(jìn)入不安全區(qū)。因為在整流、濾波和穩(wěn)壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高 2V~3V。如要負(fù) 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 27 載兩端并聯(lián)電容或與負(fù)載串聯(lián)電感 L。本設(shè)計采用三端集成穩(wěn)壓器，常用的是 7800 系列和 7900 系列。當(dāng)整流輸出電壓開始下降時，電容向負(fù)載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。 抗干擾設(shè) 計 由于系統(tǒng)中不可避免會從外界引入干擾，影響系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，故采用了硬件和軟件抗干擾措施。 ③微機(jī)控制的內(nèi)核，使三總線上的數(shù)據(jù)信號混亂， CPU 得到錯誤的數(shù)據(jù)信息，使運(yùn)算操作數(shù)失真。 ： ①在電路排列方面，模擬電路和數(shù)字電路之間集中在一起，器件之間盡量縮短距離減小寄生電容。 （電源部分） WATCHDOG 本身能獨立工作，基本上不依賴于 CPU，當(dāng)電源受干擾而掉電時， WATCHDOG 自動產(chǎn)生中斷。這時 ,CPU 執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程 序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機(jī)快速的保存重要數(shù)據(jù)，將會最大限度地減少損失。 。 看門狗電路各引腳功能 （ MR）：當(dāng)該端輸入低電壓保持 140ms 以上， MAX813L就輸出復(fù)位信號。 （ PFI）：當(dāng)該端輸入電壓低于 時， 5 號引 腳輸出端的信號有高電平變?yōu)榈碗娖健? （ RST）：上電時，自動產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖：手動復(fù)位端輸入低電。 （ WDI）：程序正常運(yùn)行時，必須在小于 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。 （ VCC）：接 +5V 電源。 門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或 +5V 以外的電源的監(jiān)控間 [6]。 在單片機(jī)系統(tǒng)可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測電源電壓，并在電源發(fā)生故障時及時通知單片機(jī)（本次設(shè)計是通過引發(fā) INT0 中斷來實現(xiàn)的）快速保存重要數(shù)據(jù)，使電源恢復(fù)正常，取消掉電方式，通過復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常。若程序發(fā)生“死機(jī)”，則看門狗電路產(chǎn)生復(fù)位信號，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。 看門狗電路 工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。 ③電源系統(tǒng)的干擾大部分是高次諧波，然后接穩(wěn)壓器件，以保持電源穩(wěn)定。這些直流穩(wěn)壓電 源都是由 220 伏轉(zhuǎn)化而來，有可能產(chǎn)生波動現(xiàn)象。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 28 ②輸出系統(tǒng)：使各輸出信號混亂，不能反映微機(jī)系統(tǒng)的真實輸出量。最后，經(jīng) CW7805（三端固定穩(wěn)壓器）輸出的便是一個平穩(wěn)的 +12V 的直流電壓信號。最常用的元件是電容。因為電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，波紋較小，所以我們采用的是電容式濾波。這里采用單相橋式不可控整流電路。另外，它只有三條引腳，移位輸入，移位輸出，移位公共端，使用起來很簡單。其內(nèi)部也有完善的保護(hù)電路。數(shù)據(jù)傳送完后立即點亮數(shù)碼管，這樣就實現(xiàn)了所存功能。 ，可達(dá) 10 萬小時，成本低。所以我們設(shè)計采用 7 段數(shù)碼管。若行值為 0C0H，則表明被按按鍵不在本列；若行值不為 0C0H，則對應(yīng)的列值和行值就是被按按鍵的列值和行值。 我們選用的是按行逐列掃描， CPU 監(jiān)測鍵盤是否有鍵按下， CPU 只要把全沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 25 “ 0”送到 8255B 口就可以在所有列線上得到 TTL 低電平，然后讀取 C 口的行值就可以判斷是否有鍵按下。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按鍵的鍵碼和一個選通脈沖。 8751 B 相驅(qū) 動 C 相驅(qū)動 D 相驅(qū)動 A 相驅(qū)動 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 24 步進(jìn)電動機(jī)的通電順序狀態(tài)表 本設(shè)計采用 4相控制，其狀態(tài)表為 31。 如果給定步進(jìn)電動機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它就會再轉(zhuǎn)一步。 步進(jìn)電動機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照電動機(jī)的工作臺方式進(jìn)行。 WATCHDOG 自動產(chǎn)生中斷。 斬波恒流驅(qū)動電路是利用斬波方法使電流恒定在額定值附近，這種電路也稱為定電流驅(qū)動電路。由于這兩種電源電壓分別是高壓和低壓電源 ,故也稱之為高低壓驅(qū)動電路。 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動 通過前面的原理介紹，我們知道了步進(jìn)電動機(jī)是使用脈沖電源式作的，步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式有多種，下面介紹 4 種驅(qū)動： 單電壓驅(qū)動是步進(jìn)電動機(jī)控制中最簡單的一種驅(qū)動電路在本質(zhì)上是一個簡單的反相器。 綜上所述，步進(jìn)電動機(jī)的控制方法可歸納為兩點：第一，按預(yù)定的工作方式分配各個繞組的通電脈沖；第二，控制步進(jìn)電動機(jī)的速度，使它始終遵循勻速的運(yùn)動規(guī)律工作。 步進(jìn)電動機(jī)除了四相外 ,還有五相、六相等幾種，而其中每一種 均可工作于上述三種方式之一。我們以四相步進(jìn)電動機(jī)為例，它有三種方式。如斷開前一相而使此相通電，轉(zhuǎn)子就要向前轉(zhuǎn)過 ゜齒距而迫使該相定子上的齒與轉(zhuǎn)子的齒對齊。 步進(jìn)電動機(jī)的工作原理 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)定、轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)。 步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電動機(jī)根據(jù)作用原理和結(jié)構(gòu) ,基本上可分成下 面兩大類型： ①電磁型步進(jìn)電動機(jī)。 。 步進(jìn)電動機(jī)的特點： ,因此 ,當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后 ,沒有累計誤差 ,具有良好的跟隨性。 方式 2 的基本功能 ①端口 A 是一個 8 位的雙向端口。它包括一個 8 位數(shù)據(jù)端口（端口 B）和一個 3 位的控制端口（端口 C 的 PC2PC0）。 1 當(dāng)外設(shè)和 CPU 交換數(shù)據(jù)采用中斷方式驅(qū)動時， 8255 為工作方式 1。 ②輸出具有鎖存能力，但輸入不鎖存。 A， B， C 三個口都可以由編程來設(shè)定為輸入或輸出，但每個口不能同時又是輸入又是輸出。 工作方式 8255 的 A 組具有 0、 2 三種工作方式，而 B 組只有 0、 1 兩種工作方式。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 17 RD：讀信號、輸入低電平有效。 CS：芯片選中信號、讀入、低電平有效。每組 8 根線，共24 根。在與需要聯(lián)絡(luò)線控制的外設(shè)連接時，端口 C 可以分成兩部分，這兩部分分別與斷口 A 和 B 配合使用，可以輸出控制信息或接收選通信息。 A， B， C3 個端口都可以設(shè)定為輸入或輸出端口，但 3 個端口功能有些區(qū)別。它還可以接受來自 CPU的命令字，對口 C 的每一位實現(xiàn)按位置位或復(fù)位的控制。由地址 A1 ， A0 的不同編碼，決定選中 8255 內(nèi)部的哪個寄存器，即片內(nèi)尋址； RD， WD：讀、寫控制信號線。 CPU 向 8255 寫入控制字，或從 8255 讀出狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入 8255 都通過這個接口緩沖器傳送。由它來實現(xiàn) 8255 和系統(tǒng)總線的接口。當(dāng) ALE 端口為高電平時，選通該芯片，當(dāng) ALE 端口下降沿時把 P0 口上的地址鎖存到該芯片上。 在 21 個 SFR 寄存器中，用戶可以通過直接尋址指令對它們進(jìn)行字節(jié)存取，也可以對帶有 ―*‖號的 11 個寄存器進(jìn)行位尋址。 ③便箋區(qū)（ 30H—7FH） 便箋區(qū)共有 80個 RAM單元，按字節(jié)存取，一般用于存放用戶數(shù)據(jù)及堆棧區(qū)使用 [6]。片內(nèi) RAM 共有 128 個字節(jié)，分為工作寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和便箋區(qū)。無論 8031 還是 8751，都可以外接外部 ROM，但片內(nèi)和片外之和不能超過 64KB。 MCS—51的存儲器有片內(nèi)和片外之分。 外部晶振與電容 C C2 構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在 8031 的 XTAL1 和 XTAL2引腳上，對外界的電 容沒有嚴(yán)格要求，但對時鐘頻率有微調(diào)作用，一般選 30PF左右 。由于 M 值和定時器工作方式有關(guān)，因此不同工作方式下定時器的最 大定時時間也不一樣。在方式 0 時 M 為 213，在方式 1 時 M 為 216，在方式 2 和方式 3 時 M 為 28。 ④給定時器控制寄存器 TCON 送命令字，以啟動或禁止定時器 /計數(shù)器的行。因此， MCS51 在定時器計數(shù)器工作前必須先對它進(jìn)行初始化。每個定時器 /計數(shù)器都屬于特殊功能寄存器， T0 由 8 高位 TH0 和低 8 位 TL0 組成， T1 由高 8 位 TH1 和低 8 位 TL1 組成。由于兩次檢測 需要個 24 時鐘脈沖，故 T0（或T1）線上輸入脈沖的“ 0”或“ 1”的持續(xù)時間不能少于一個機(jī)器周期。 表 34 定時器方式寄存器 TMOD GATE C/T M1 M2 GATE C/T M1 M0 T1 T0 定時器 /計數(shù)器可以設(shè)定為 13 位， 16 位， 8 位重裝和兩 個獨立 8 位計數(shù)器等四種工作方式，這由 TMOD 中 M1， M0（ D1， D0）兩位狀態(tài)設(shè)定。 TR0 和 TR1 分別用于控制內(nèi)部定時器 /計數(shù)器 T0 和 T1 的啟動和停止， TF0 和 TF1 用于標(biāo)志 T0 和 T1 計數(shù)器是否產(chǎn)生了溢出中斷請求。最大定時時間或最大計數(shù)值和定時器 /計數(shù)沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 11 器位數(shù)的設(shè)定有關(guān)，而位數(shù)設(shè)定又取決于工作方式的設(shè)定 [5]。 口：這組引腳的第一功能和其于三個斷口的第一功能相同 ,第二功能起控制作用 [4]，如表 33 所列。 ： – 這八條引腳和 P 0的 8 條引腳步類似， 為最高位， P 為最低位。為 P0 口所專用，其中 P0。 DPTR（ Data Pointor） ——數(shù)據(jù)指針 DPTR 是一個 16 位的寄存器，由兩個八位寄存器 DPH 和 DPL 拼裝而成。棧底地址是固定不變的。 SP（ stack pointor） —— 堆棧指針 SP是一個八位寄存器，能自動加 1或減 1，專門用來存放堆棧的棧頂?shù)刂贰纹瑱C(jī)上電或復(fù)位后 RS1RS0為 CPU自動選用 0組寄存器為當(dāng)前通用寄存器組。 AC——輔助進(jìn)位位 加減運(yùn)算中當(dāng)有低 4位向高 4位進(jìn)位或錯位時， AC由硬件置 ―1‖；否則 AC位被清 0。此外， B寄存器也可作為一般的數(shù)據(jù)寄存器使用。也就是說， 8751對程序計數(shù)器的尋址范圍為 64KB。 專用寄存器組主要用于指示當(dāng)前要執(zhí)行指令的內(nèi)存地址、存放操作數(shù)和指示指令執(zhí)行后的狀態(tài)等等。 ALU 8751 的 ALU 是一個性能極強(qiáng)的運(yùn)算器，它可以進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算，也可以進(jìn)行與、或、非、異或等邏輯運(yùn)算，還具有數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能。若 /EA=1，則允許使用片內(nèi) ROM；若 /EA =0，則允許使用片外 ROM。 2. 時鐘引腳： XTAL XTAL2 為片內(nèi)振蕩電路輸入線。片內(nèi)無 ROM 存儲器 ,128B RAM 位可讀寫數(shù)據(jù)存儲器 ,主要放置需頻繁處理的數(shù)據(jù)， 4 個并行 I/O 口 P P P3 與特殊功能寄存器是統(tǒng)一編址的。 通常單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計算機(jī)的基本功能部件：中央處理器 CPU、存儲器和 I/O接口電路等。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動工作是在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)的，由前述分析，每次的定時時間到達(dá)以后，需要將 ~ 依次接通，程度中用了一個變量來實現(xiàn)這一功能，在主程序初始化時，該變量被賦予初值 11110111B，進(jìn)入到定時中斷以后，將該變量取出送 ACC 累加器，并在累加器中進(jìn)行左移，這樣，該數(shù)值就變?yōu)?1110 1111，然后將該數(shù)與 P1 相 ―與 ‖，此時， 即輸出低電平，第二次進(jìn)入中斷時，先將 該數(shù)取反，成為 00010000，然后將該數(shù)與 P1 相 ―或 ‖，這樣， 即輸出高電平，關(guān)斷了相應(yīng)的線圈，然后將該數(shù)重新取出，并作左移即 11101111 右移沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 5 成為 11011111，將該數(shù)與 P1相 ―與 ‖，這樣 ，依次類推， ~即循環(huán)輸出低電平。表中 TH1和 TL1 是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是 。下面首先計算一下定時時間。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。最后是詳細(xì)的講解我的這次設(shè)計的硬件部分的結(jié)構(gòu)和功能，軟件部分的流程。除此之外，為了防止程序“跑飛”加入了看門狗電路。這種顯示系統(tǒng)可以連接十幾個數(shù) 碼管而沒有閃爍現(xiàn)象。這些技術(shù)的進(jìn)步大大地提高了單片機(jī)的內(nèi)部密度和可靠性。當(dāng)電源為 3V時，如果工作于 LMP1方式，即使外圍電路處于活動，由于 CPU不活動，振蕩器處于 1～ 4MHz，這時功耗只有 50?A。 、封裝及電源電壓的進(jìn)步 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文 ） 2 現(xiàn)在新的單片機(jī)的功耗越來越小，特別是很多單片機(jī)都設(shè)置了多種工作方式，這些工作方式包括等待，暫停，睡眠，空閑，節(jié)電等工作方式。在這幾方面，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的水平。單片機(jī)是 70年代中期發(fā)展起來的一種大規(guī)模集成電路芯片，是集 CPU、 RAM、 ROM、 I/O接口和中斷系統(tǒng)于同一矽片的器件。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直