【正文】 6 頁 4 軟件部分編程 所謂時(shí)鐘計(jì)時(shí)，就是以秒，分，時(shí)為單位進(jìn)行的計(jì)時(shí)，廣泛用于日常生活中。 該芯片的制造采用了 ATEML公司的高密度非易揮發(fā)存儲(chǔ)器的生產(chǎn)技術(shù) ， 并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集與管腳分布相兼容 。 LED 數(shù)碼管分共陽極與共陰極兩種， 共陽極 工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管。 驅(qū)動(dòng)板上含有三路相同的驅(qū)動(dòng)電路，每一路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的一相， 來自 AT89C51 輸出口的一路步進(jìn)脈沖信號(hào)，在經(jīng) 過二極管和電阻 放大 以及 ULN2020A 專用驅(qū)動(dòng) 芯片 ，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的一相 。當(dāng)負(fù)載 RL 開路時(shí)， τ 2無窮大，電容 C無放電回路，U0達(dá)到最大，即 Uo= 22U ；若 RL很小時(shí)，輸出電壓幾乎與無濾波時(shí)相同。電容為帶有正負(fù)極性的大容量電容器，如電解電容、鉭電容等，電路形式如圖（ a）所示。 整 流 變 壓 交流 220V 濾 波 +12V 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 變 壓 整 流 交流 220V 濾 波 +5V 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 15 頁 共 66 頁 圖 掉 電 保護(hù)系統(tǒng)工作原理圖 誤差分析：當(dāng)主電源斷電時(shí)，這個(gè)端子上的電壓在總體下降的過程中會(huì)發(fā)生波動(dòng)，顯然這會(huì)擾 亂芯片的工作狀態(tài) 芯片的各管腳電壓會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。 8．難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩 10．在體積重量方面沒有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低?？傮w上說，步進(jìn)電機(jī)有如下 優(yōu)點(diǎn)： 1．不需要反饋，控制簡(jiǎn)單。 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。電壓對(duì)力矩影響如下： 圖 電壓與力矩關(guān)系圖 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變相鄰（ A， B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為 ABBCCDDAAB,步距角為 度；四相八拍為 ABBBCCCDDAB,(步距角為 度）。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 8 頁 共 66 頁 矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。 ： 電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量 Ф ）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開一定角度產(chǎn)生力 F與（ dФ/dθ ）成正比 其磁通量 Ф=Br*S Br 為磁密， S為導(dǎo)磁面積， F 與 L*D*Br 成正比 L 為鐵芯有效長度， D 為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N 由此可見：電機(jī)的位置 和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。 ： 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。 本論文主要內(nèi)容 論文的第一章為緒論 ， 介紹了國 內(nèi)外 發(fā)展 的現(xiàn)狀 以及 論文研究的 目的 和意義等內(nèi)容 ； 第二章 介紹系統(tǒng)總體方案以及塔鐘的相關(guān)知識(shí) —— 步進(jìn)電機(jī) ； 第三章介紹了硬件部分設(shè)計(jì) ； 第 四 章進(jìn)行了軟件部分編程 ； 第 五 章是 Proteus 仿真 圖 。塔鐘控制系統(tǒng)的核心部件是步進(jìn)電機(jī)， 早期 的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路多采用分立元件或 CMOS 集成電路的構(gòu)成、電路復(fù)雜，成本高，抗干擾能力弱，適應(yīng)溫度范圍窄，在各種惡劣環(huán)境下不能確?？煽康毓ぷ鳎邥r(shí)調(diào)整及調(diào)整顯示也往往采用機(jī)械的方法，不僅調(diào)整困難，而且顯示也不夠直觀方便 。下圖是總體設(shè)計(jì) 框圖 ： 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 LED 數(shù)碼管顯示 AT89C51 步進(jìn)電機(jī) 備用電源 單片機(jī)電源 蜂鳴器 步進(jìn)電機(jī)電源 按鍵控制 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 3 頁 共 66 頁 —— 步進(jìn) 電機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 概述及 控制原理 步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。就是 A，齒 5 就是齒 1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖： 圖 定轉(zhuǎn)子展開圖 ： 如 A 相通電， B， C 相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒 1與 A 對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。往往采用 AABBBC－ CCAA 這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步 1/3 て改變?yōu)?1/6 て。 力矩 =力 *半徑 力矩與電機(jī)有效體積 *安匝數(shù) *磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電 機(jī)力矩越大，反之亦然。 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 ： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小 電感大電流的電機(jī)。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 11 頁 共 66 頁 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。M 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 12 頁 共 66 頁 Ω=2π 電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如 若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 4．停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距。備用 電池在 遭遇 停電時(shí)， 和 單片機(jī)電源 進(jìn)行電壓比較然后供給單片機(jī)繼續(xù)運(yùn)行 ，保證停電 時(shí)單片機(jī) 正常運(yùn)行 記錄時(shí)間，當(dāng)恢復(fù)供電后，單片機(jī)改變提供給步進(jìn)電機(jī)的脈沖，加快步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)時(shí)間調(diào)節(jié)準(zhǔn)確以后恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速。 考慮各種原因后，即使在遭遇停電狀況時(shí)，啟動(dòng)備用電源后，單片機(jī)還能正常運(yùn)行， 繼續(xù)記錄時(shí)間信息， 因此在 恢復(fù)供電后可以 采用 LED 數(shù)碼管顯示的時(shí)間來調(diào)整 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使塔鐘的指針指向正確的時(shí)間。并入電容 C后，在 u20 時(shí)， D D3導(dǎo)通， D D4截止，電源在向 RL供電的同時(shí)，又向 C充電儲(chǔ)能，由于充電時(shí)間常數(shù) τ 1很?。ɡ@組電阻和二極管的正向電阻都很小），充電很快，輸出電壓 uo隨 u2上升，當(dāng) uC = 22U 后， u2開始下降 u2uC， t1~t2時(shí)段內(nèi)， D1~D4全部反偏截止，由電容 C向RL放電， 由于放電時(shí)間常數(shù) τ 2較大，放電較慢，輸出電壓 uo 隨 uC 按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，如圖中的 ab 實(shí)線段。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓應(yīng)大于 22U 。 用 AT89C51 的 , 分別控制步進(jìn)電機(jī)的 A相 ,B相和 ,C 相線圈 .以 A 相為例 ,其控制過程為 , 當(dāng) 輸出為高電平時(shí) ， 光電 耦 合器的發(fā)光二極管發(fā)光 ,光敏三極管導(dǎo)通 ， 使擔(dān)負(fù)驅(qū)動(dòng)任務(wù)的 CMOS 功率管 T1導(dǎo)通 ,A 相繞組通電 .按照類似的邏輯分析 ,不難知道 ,當(dāng) 輸出低電平時(shí) ,使 A 相繞組不通電 ,采用光電 耦 合器可以把工作在較大的脈沖電流狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)隔離開來 ，還可避免單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)功率回路的其他干擾 。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。使用 LED 數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般選 10mA 左右／段，既保證亮度適中，又不會(huì)損壞器件。 這種 AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)特性 :4K字節(jié)的 PEROM,128字節(jié)的 RAM,32條 I/O線 ,兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,一個(gè)五源兩級(jí)的中斷結(jié)構(gòu) ,一個(gè)全雙 I 的串行口 ,片內(nèi)振蕩器與時(shí)鐘電路。 。因此，要在內(nèi)部 RAM 中設(shè)置 6 個(gè)單元的顯示緩沖區(qū)，從左向右依次存放時(shí)，分，秒的數(shù)值。 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 25 頁 共 66 頁 圖 PITO程序流程圖 PITO 計(jì)數(shù)器重新加載 循環(huán)次數(shù)減 1 是否滿 8 次？ 秒加 1 是否滿 60s？ 秒緩沖清 0，分加 1 是否滿 60min？ 分緩沖清 0，時(shí)加 1 啟動(dòng)報(bào)時(shí)程序 是否滿 24h? 時(shí)清 0 Y 返回 N N N N Y Y Y 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 26 頁 共 66 頁 程序如下： PITO:MOV TL0,0DCH 計(jì)數(shù)器重新加載 MOV TH0,0BH MOV A,30H DEC A 循環(huán)次數(shù)減 1 MOV 30H,A JNZ RET0 不滿 8次，轉(zhuǎn) RETO 返回 MOV 30H,08H 滿 8次，開始計(jì)時(shí)操作 MOV R0,70H 秒顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 秒加 1 MOV A,R2 加 1后秒值在 R2 中 XRL A,60H 判斷是否到 60S JNZ RET0 不到，則轉(zhuǎn) RETO 返回 ACALL CLR0 到 60S,則秒顯示緩沖單元清 0 MOV R0,72H 分顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 分加 1 MOV A,R2 XRL A,60H 判斷是否到 60MIN JNZ RET0 ACALL CLR0 到 60MIN，則分顯示緩沖單元清 0 MOV R0,74H 時(shí)顯示緩沖單元地址 ACALL DAAD1 時(shí)加 1 INC R3 MOV R4,R3 ACALL ABC 跳轉(zhuǎn)到報(bào)時(shí)程序 MOV A,R2 XRL A,24H 判斷是否到 24H JNZ RET0 ACALL CLR0 到 24H，則時(shí)顯示緩沖單元清 0 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 第 27 頁 共 66 頁 RET0:RETI CLR0:CLR A 清緩沖單元子程序 MOV R0,A 10 位數(shù)緩沖單元清 0 DEC R0 MOV R0,A 個(gè)位數(shù)緩沖單元清 0 RET 加 1 子程序 DAAD1 加 1 子程序用于 完成對(duì)秒，分，時(shí)的加 1 操作，中斷服務(wù)程序中在秒，分，時(shí)加 1共有 3 處調(diào)用次子程序。把加 1后的時(shí)間值再拆分成兩個(gè)字節(jié)，送回各自的緩沖單元中。取顯示數(shù)據(jù)到 A MOV DPTR,TAB 。A 中數(shù)據(jù)循環(huán)左移 MOV R5,A 。 是啟動(dòng) ； 停止 。憶往昔，每次回到家時(shí)父母的欣喜之情，每次離家時(shí)父母的依依不舍之眼神，電話和信件中的殷殷期待和思念之語，皆使本人刻苦銘心，目前尚可外無以為報(bào)，希望以后的學(xué)習(xí)、工作和生活能使父母寬慰。取段碼表地址 畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文