【文章內(nèi)容簡介】 ○ 1 它具有體積小、重量輕、價格便宜、耗電少。 ○ 2 其信號通道受外界影響小，可靠性高，抗干擾性能強。 ○ 3 控制功能強，運行速度快。其結(jié)構(gòu)組成與指令系統(tǒng)都著重滿足工控要求。 由上述單片機的優(yōu)點可知它能廣泛的應(yīng)用各控制領(lǐng)域。由于它具有“小、輕、廉、省”的特點，尤其耗電少，又可使供電電源的體積小、重量輕，所以特別適用于“電腦型產(chǎn)品”，在家 用電器、玩具、游戲機、聲像設(shè)備、電子秤、收款機、辦公設(shè)備、廚房設(shè)備等許多產(chǎn)品上的到廣泛的應(yīng)用。它同樣也特別適用于 6 數(shù)控機械、醫(yī)療設(shè)備，汽車等地方。在我國， Intel 公司 MCS48 系列、 MCS51系列、 MCS96 系列的各種機型用的最多。 綜合比較這些器件的優(yōu)缺點以及該系統(tǒng)設(shè)計的實際情況，文中選用了STC89C51單片機作為 該系統(tǒng)和核心控制器件。 STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。 STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進使 得芯片具有傳統(tǒng) 51單片機不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置 4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路， 3個 16 位 定時器 /計數(shù)器， 4個外部中斷，一個 7向量 4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng) 51的 5向量 2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89X52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電 模式?？臻e模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下， RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。最高運作頻率 35MHz， 6T/12T 可選。 特性： STC89C52RC 單片機（如圖 ） : 8K 字節(jié)程序存儲空間； 512字節(jié)數(shù)據(jù)存儲空間； 內(nèi)帶 2K 字節(jié) EEPROM 存儲空間 。 可直接使用串口下載； 圖 7 硬件原理圖：如圖 圖 驗鈔機數(shù)碼管：如圖 驗鈔機數(shù)碼管能顯示出紙幣的金額，利用數(shù)碼管顯示的數(shù)值作為單片機的輸入信號。 圖 8 如圖 所示，上方為驗鈔識幣芯片，其中有數(shù)碼管接口，我們正是從該接口讀回的面額信息。下方為進幣口 圖 其檢測原理為：鈔票紙 正面偏左位置有 寬的安全線，用磁性檢測器檢驗磁性反應(yīng)。人民幣安全線中的磁信號很有規(guī)律，磁信號由若干個單信號構(gòu)成一組信號，相同面值人民幣的磁信號相同，不同面值人民幣的磁信號不同，經(jīng)過磁阻型傳感器磁頭時，產(chǎn)生相應(yīng)的磁通量的變化，致使磁敏電阻值隨之變化。該變化的電阻值轉(zhuǎn)變成電壓信號經(jīng)后級電路處理，再送給單片機進行真?zhèn)蔚呐袆e。單片機通過分析磁信號的間隔和占空比，將信號分為若干組，用該信號和預(yù)先存儲的人民幣固有的信號進行比較，即可識別鈔票真?zhèn)魏头直驸n票的面值。 工作過程： 驗鈔機附帶一個三位的數(shù)碼管，顯 示方式為動態(tài)顯示。顯示時，單片機可以讀出數(shù)碼管的字型碼，也就可以確定紙幣的數(shù)值。 產(chǎn)生中斷 經(jīng)過若干次中斷 紙幣投入 讀 P1 口 顯示輸出 9 在單片機系統(tǒng)中，常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED； 。液晶顯示器，簡稱 LCD；陰極射線 CRT 顯示器等。由于 LED 數(shù)碼管顯示器具有價格低廉，配置靈活，連接方便等優(yōu)點，結(jié)合本例實際的需要我選用了二位共陰極的 LED顯示器作為顯示器件。 LED 的工作原理 LED 數(shù)碼管由多個發(fā)光二極管顯示字段組成，分為共陰極和共陽極兩 種類型，如圖 所示。共陰極 LED 的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，用來接電源的 圖 負(fù)極，當(dāng)某字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的字段被顯示。同樣，共陽極 LED 的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，用來接電源的正極，當(dāng)某字段發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的字段被顯示 常用的 LED 數(shù)碼管有 a， b， c， d， e， f， g 共 7 個字段，構(gòu)成字形 “8” ，外加一個小數(shù)點 DP 共 8 個發(fā)光二極管。 LED 的顯示方法的選擇 LED 顯示器的顯示方 法有靜態(tài)和動態(tài)兩種。靜態(tài)顯示就顯示器的每一個字段都要獨占一條 I/O 線， 當(dāng) CPU 將要顯示的字段碼送到輸出口上，顯示器就可以顯示出所要的字符，如果 CPU 不去改寫它，它將一直保持下去。靜態(tài)顯示的優(yōu)點是顯示程序簡單，亮度高，實時性好，但也有缺點，主要是顯示位數(shù)較多時占用 I/O 較多，硬件復(fù)雜成本高。 動態(tài)掃描顯示是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中最常用的顯示方法，這種方法線路簡單，成本低。所謂動態(tài)掃描顯示方法是把所有 LED 數(shù)碼管的 8 個段的各同段名端連接 10 在一起，并把它們接到字段的輸出口上。為了防止各數(shù)碼管同時顯示相同的數(shù)字，各個顯示 器的公共端 COM 還接到另外一組控制信號，即把它們接到位輸出口上。這樣，對于一組 LED 數(shù)碼管需要由兩組信號來控制，一組是字段輸出口輸出的字形碼，另一組是位輸出口輸出的控制信號，用來選擇第幾位數(shù)碼管工作，稱為位碼。在這兩組信號的控制下，可以一位一位的輪流點亮各個數(shù)碼管顯示各個數(shù)碼，及實現(xiàn)動態(tài)的掃描顯示。如果要顯示一組數(shù)字，即 利 用循環(huán)掃描的方法，各位顯示器依次從左到右輪流點亮一遍，通過時間再使之顯示一遍，如此不斷的重復(fù)。在輪流點亮一遍的過程中，每位顯示器點亮的時間是極為短暫的。由于 LED 具有余輝特性以及人眼視覺的 惰性，盡管每位顯示器實際上是分時斷續(xù)的顯示，但只要適當(dāng)選取掃描頻率，給人的視覺印象就像是連續(xù)穩(wěn)定地顯示。從結(jié)構(gòu)上來講，靜態(tài)顯示的方法電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要用到鎖存芯片作為輔助器件；動態(tài)掃描的方法電路結(jié)構(gòu)相對簡單。顯示方法的選擇應(yīng)該根據(jù)實際需要來選取。 結(jié)合本例的實際情況，在本例中選用了動態(tài) LED 的顯示方法。其中主要原因是：購買的驗鈔讀幣機本身就是動態(tài)顯示的 系統(tǒng)中所采用的顯示接口電路 顯示部分電路如下圖 所示， 兩位共陰極數(shù)碼管 用數(shù)碼管動態(tài)顯示 圖 電機從大體上可以分為直流電機和交流電機兩大類。直流電機具有調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大、能承受頻繁的沖擊負(fù)載、可實現(xiàn)頻繁的無極快速啟動、制動和反轉(zhuǎn)等一系列優(yōu)點，因此直流電機在控制領(lǐng)域中應(yīng)用是非常廣泛的。但是他不能實現(xiàn)精確的定位；在交流電機中有一種叫步進電機，它是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電磁機械裝置，也是一種能把輸出機械位移增量和輸入數(shù)字脈沖對應(yīng)的驅(qū)動器件。步進電機具有快速啟停能力，只要電機負(fù)荷不超 過它所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩，就能通過輸入脈沖來控制它在一瞬 11 間啟動和停止。步進電機的步角距和轉(zhuǎn)速只和輸入脈沖的頻率有關(guān)，和環(huán)境溫度、氣壓、沖擊和振動無關(guān)，也不受電網(wǎng)電壓的波動和負(fù)載變化的影響，它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，步進精確和步距誤差不會長期積累。因此，步進電機可以用在需要精確定位的場合應(yīng)。 在本例中既可以用直流電機作為動力本分也可以選用步進電機作為動力部分。電機選取的不同就會有不同的解決方案。選用直流電機的話就要有相應(yīng)的制動裝置和其他輔助檢測裝置。檢測裝置可以是：光電傳感器、限位開關(guān)等，這些裝置的作用都是為了 能夠?qū)崿F(xiàn)對電機轉(zhuǎn)動角度以及出幣過程的控制。但是加上這些裝置后會使該系統(tǒng)變得復(fù)雜，而且準(zhǔn)確程度也會受到影響。而步進電機可以實現(xiàn)對轉(zhuǎn)動角度的精確控制，要控制步進電機轉(zhuǎn)動一個 900角是非常容易實現(xiàn)的，要控制步進電機的正反轉(zhuǎn)也是很容易實現(xiàn)的，而且這些都不用加其他的輔助裝置，可以用程序來完成。但是相比直流電機而言，如果選用步進電機則需要增加一個專門的步進電機驅(qū)動模塊。 綜合比較直流電機和步進電機的優(yōu)缺點，結(jié)合該系統(tǒng)需要精確定位的實際情況，我選用了步進電機作為該裝置的動力部分。 步進電機的概念及分類 步進 電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機分三種：永磁式（ PM） ，反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB）永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā) 達國家 80 年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度，而五相步進角一般為 度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。 12 步進電機的工作原理 圖 ,由圖可見 : 圖 電機上均勻分布有六個磁極，相鄰兩磁極間交角為 600，磁極上繞有三相控制繞組，分別對應(yīng)于 A、 B 和 C 三相電源。轉(zhuǎn)子外側(cè)均勻分布有 40 個齒，每個齒的齒距為 90。定子的每個極弧上也有 5 個齒，定子和轉(zhuǎn)子的齒寬和齒距都相同，而每個定子磁極的極距為 600，故每個磁極所占的齒距數(shù)不是整數(shù)。 為了弄清楚步進電機的工作原理，現(xiàn)將圖 ，如圖 所示。圖中，定子 A 極上的齒和轉(zhuǎn)子上的齒是對齊的，但是 B 極和 C 圖 13 極上的齒分別和轉(zhuǎn)子上齒相錯 1/3 齒距（既 30）。若使 B 相繞組通電，電機就會沿 B 極軸向產(chǎn)生磁場，轉(zhuǎn)子因受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用而轉(zhuǎn)動，直到 B 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對齊為止，但 A 極和 C 極上的齒又分別和轉(zhuǎn)子上相應(yīng)齒相錯新的 1/3 齒距（既30）。此時，若斷開 B 極控制繞組中電流而接通 C 相控制繞組， C 極和轉(zhuǎn)子間產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，驅(qū)使 C 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對齊。同理， A 極通電驅(qū)使 A 極上齒和轉(zhuǎn)子上齒對齊。由此可見，錯齒是促使步進電機旋轉(zhuǎn)的根本原因。 由步進電機的工作原理可知，步進電機是在一定順序的電 脈沖控制下運轉(zhuǎn)的。三相步進電機的通電方式有： (1)、三相單三拍通電方式： A→ B→ C→ A (2)、三相雙三拍通電方式： AB→ BC→ CA→ AB (3)、三相六拍通電方式： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA 按以上順序通電，步進電機正轉(zhuǎn)。要使電機反轉(zhuǎn)，將上述步進電機各相繞組的通電相序反過來即可。如三相三拍反轉(zhuǎn)的通電方式為： A→ C→ B→ A[1821]。 系統(tǒng)中步進電機的控制電路及原理 步進電機要正常運轉(zhuǎn)，必須正確地分配各相控制脈沖，使各相繞組按規(guī)定的順序輪流通電，控制脈行分配器沖的分配可以由硬件環(huán)來完成，也 可以由軟件來完成。用軟件完成控制脈沖的分配具有靈活方便、適應(yīng)性廣等特點。此外，還可以省去硬件，是常用的步進電機控制的方式。如圖 所示為本例中步進電機控制的原理圖； P2 口作為輸出口， ， ， 三位分別輸出控制脈沖，通過 7406驅(qū)動脈沖功率放大級的達林頓復(fù)合管。根據(jù) P2口