【文章內(nèi)容簡介】 被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“ 1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。 P2口在 FLASH編程和校驗(yàn)時接收高八位地址信 號和控制信號。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL門電流。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如表 31 所示。 表 31 P3 口的第二功能 信道位 第二功能 說明 RXD 串行口的輸出 TXD 串行口的輸入 INT0———— 外部中斷 0 的中斷請求輸入 INTI———— 外部中斷 1 的中斷請求輸入 T0 計(jì)數(shù)器 0 的計(jì)數(shù)輸入 T1 計(jì)數(shù)器 1 的計(jì)數(shù)輸入 WR—— 外部 數(shù)據(jù)存儲器的寫選通信號 RD—— 外部數(shù)據(jù)存儲器的讀選通信號 RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外 部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE 脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 6 PSEN ：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 EA /VPP：當(dāng) EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時， EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng) EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施 加12V編程電源（ VPP）。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 時鐘電路 STC89C52 有內(nèi)部時鐘和外部時鐘兩種連接方式。設(shè)計(jì)中使用內(nèi)部時鐘，即在RXD 和 TXD 兩端并聯(lián)晶振和適當(dāng)電容。需要注意的是并不是晶振有定時的作用，而是通過和單片機(jī)內(nèi)部的高增益反相放大器連接，使它可以在一定頻率下穩(wěn)定震動，起到口令的作用。其連接電路如圖 32 所示。 圖 32 時鐘電路 在 RXD 和 TXD 引 腳上并聯(lián)的晶振是系統(tǒng)的定時元件，內(nèi)部振蕩器就產(chǎn)生自激振蕩。 時鐘電路中選用的晶振可以在 ～ 24MHz之間選擇，并聯(lián)的電容值可在 5～30pF 之間選擇，為單片機(jī)提供了有序準(zhǔn)確的命令，是單片機(jī)正常運(yùn)行的前提。 復(fù)位電路 AT89C52 的外圍電路是必須有復(fù)位功能的，一般分為自動復(fù)位和按鍵復(fù)位。設(shè)計(jì)使用的是手動復(fù)位，電路原理是在普通 RC 復(fù)位電路的基礎(chǔ)上接一個有下拉電阻10K、上拉電容 10μ f 接 VCC，電源由開關(guān)經(jīng)串接的 1K 限流電阻至復(fù)位腳（和上拉電容并聯(lián)），上拉電容支路負(fù)責(zé)在“上電”瞬間實(shí)施復(fù)位；開關(guān)通 過 1K 上拉電阻和 10K 下拉電阻分壓器，保證對單片機(jī)實(shí)施按鍵電平復(fù)位 [6]。電路圖如圖 33 所示。 12Y130pFC0Cap Semi30pFC1Cap SemiXTAL1XTAL2GND 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 7 圖 33 復(fù)位電路 復(fù)位可以對單片機(jī)初始化。其主要功能是把 PC 初始化為 0000H，使單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序 [7]。復(fù)位一般有兩種作用，一種是在進(jìn)入系統(tǒng)時要正常的初始化，另一種是程序可能會出現(xiàn)錯誤，運(yùn)行混亂，是系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為了解決這種困境，通常采用復(fù)位方式。 步進(jìn)電機(jī) 模塊 步進(jìn)電機(jī)簡介 人類社會進(jìn)入自動化時代的今天，傳統(tǒng)電動機(jī)的功能已不能滿足各種運(yùn)動控制系統(tǒng)的要求。為了適應(yīng) 這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機(jī)系統(tǒng)，其中較有自己特點(diǎn)，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進(jìn)電機(jī)。從發(fā)展趨向來講，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)能與直流電動機(jī)，異步電動機(jī)，以及同步電動機(jī)并列，成為電動機(jī)的一種基本類型，步進(jìn)電機(jī)己成為除直流電動機(jī)和交流電動機(jī)以外的第三類電動機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)是電動脈沖信號為角位移或線位移的開環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制元件塊。 步進(jìn)電機(jī)對于其他種類電機(jī)的優(yōu)勢是 在非超載的情況下 ,電機(jī)的運(yùn)動狀態(tài)如 電動機(jī)轉(zhuǎn)速、停止的位置 非常穩(wěn)定，可以完全在用戶的掌控之中的，負(fù)載的變化，在惡劣環(huán)境下都不會對它產(chǎn)生影響，這 取決于 它的控 制方式的與眾不同。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)完全取決于給它脈沖的數(shù)量，它轉(zhuǎn)動速度又完全取決于脈沖頻率。只要給步進(jìn)電機(jī)一個脈沖，就會驅(qū)動電機(jī)在旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動 一個固定的角度 ， 稱為 “ 步進(jìn)角 ”， 旋轉(zhuǎn)角度是固定的一步一步的操作 [8]。 所以它的可操作性非常優(yōu)越，但是步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度是比較慢的，隨著科技的發(fā)展，這種缺點(diǎn)也在逐漸改善。步進(jìn)電機(jī)的實(shí)物圖如圖 34所示。 100KR5+5V10ufC2S1SWPBGNDRST 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 圖 34 28BYJ48 型四相八拍電機(jī) 本設(shè)計(jì)選擇 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)作為設(shè)計(jì)對象，步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5V— DC12V。使 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動的方法是不斷的供給控制脈沖。每個脈沖都對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一項(xiàng)或兩項(xiàng)繞組，當(dāng)它的通電狀態(tài)改變時對應(yīng)的轉(zhuǎn)子就會轉(zhuǎn)過一定角度， 這個角度叫做步距角。通電狀態(tài)改變一個周期時轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)的角度成為齒距。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ ABCDA），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB），八拍（ AABBBCCCDDDAA）。 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)有轉(zhuǎn)子和定子兩部分，在電流作用下的，定子和轉(zhuǎn)子的相互作用，使得電 機(jī)不停轉(zhuǎn)動。 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)的定子是由硅鋼片疊成的，定子上有 8 大磁極，每 2 個相對的磁極（ N， S）組成一對，共有 4 對，如圖 35 所示。定子齒有個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 0、 1/4π、 2/4π、 3/4π（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以 π表示），即 A 與齒 1 相對齊， B 與齒 2 向右錯開 1/4π， C與齒 3 向右錯開 1/2π， D 與齒 4 向右錯開 3/4π。而轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒 ,與定子上的小齒相同，并且小齒的大小相同，間距相同。 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)工 作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動圈數(shù)完全取決于給它脈沖的數(shù)量，它轉(zhuǎn)動速度又完全取決于脈沖頻率。只要給步進(jìn)電機(jī)一個脈沖，就會驅(qū)動電機(jī)在旋轉(zhuǎn)方向上轉(zhuǎn)動 一個固定的角度 ,可以通過電脈沖個數(shù)來控制角偏移量，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。本設(shè)計(jì)選擇 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)作為設(shè) 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 9 計(jì)對象，其原理圖如 35 所示。 圖 35 步進(jìn)電機(jī)接線示意圖 在圖中可以看到附在周圍的是定子，在中間的是轉(zhuǎn)子。定子的作用是產(chǎn)生一個電磁場， 這個電磁場和轉(zhuǎn)子的磁場可以產(chǎn)生一個扭力 [9]，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。但是定子的電磁場是不能和轉(zhuǎn)子磁場在同一直線的。使步進(jìn)電機(jī)不停轉(zhuǎn)動的前提是定子的磁場不停的變換，這個變換是通過一次改變繞組的磁場，始終是定子和轉(zhuǎn)子的磁場產(chǎn)生錯位，促使步進(jìn)電機(jī)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動。而改變磁場切換的時間間隔，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的速度了，這就是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動原理。由于單片機(jī)的驅(qū)動電流較小，不能直接用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)勢不能充分展現(xiàn)，所以一般都是使用 ULN2021 達(dá)林頓陣列驅(qū)動，可以為步進(jìn)電機(jī)提供較大的扭力，使電機(jī)穩(wěn)定工作。 ULN2021 芯片概述與特點(diǎn) ULN2021 芯片是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由 7 組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時驅(qū)動 7 組負(fù)載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路 [10]。由于步進(jìn)電機(jī)并不是簡單的轉(zhuǎn)動，它要帶動不同的負(fù)載，完成不同的工作，所以需要產(chǎn)生較大的扭力，又由于直接使用三極管驅(qū)動的局限和功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，所以步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動一般使用ULN2021。 ULN2021 芯片高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件功率驅(qū)動電路，可控大功率驅(qū)動器件驅(qū)動電路是功率電 子設(shè)備輸出電路的一個重要組成部分。具體電路圖如圖 36 所示。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 圖 36 ULN2021 接線示意圖 ULN2021實(shí)際上只是一個放大電路，用來放大電流，對于實(shí)際的邏輯控制沒有任何作用。如果沒有這個芯片電機(jī)也會轉(zhuǎn)動，只是轉(zhuǎn)動的扭力會受很大影響，制約步進(jìn)電機(jī)的性能。 紅外線發(fā)射接收 模塊 紅外線遙控的介紹 紅外線是太陽光線中眾多不可見光線中的一種，在太陽光中就包含著紅外線。由德國科學(xué)家霍胥爾于 1800 年發(fā)現(xiàn)，又稱為紅外熱輻射。很多人不知道紅外線與紫外線等不可見光線或者紅光等可見光 線的產(chǎn)生區(qū)別，它們最大的區(qū)別是波長不同，波長是震蕩頻率的結(jié)果。人眼能夠識別的可見光的種類為紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，波長是從長到短排列的。其中紅光的波長范圍為 ～ ；紫光的波長范圍為 ~。比紫光的波長還要短的光叫紫外線，比紅光的波長還要長的光叫紅外線。紅外線遙控技術(shù)就是利用波長為 ～ m之間的近紅外線來傳送控制信號的。紅外線是我們最常用的一種不可見光線，家用電器的遙控器基本上都是使用紅外線。有一個很有趣的特點(diǎn)，當(dāng)按下遙控器的鍵盤時，我們看不到紅外發(fā)射頭發(fā)出的光線， 但是如果我們用照相機(jī)來對著紅外發(fā)射頭，按下鍵盤時，在相機(jī)中我們可以觀察到它發(fā)出了亮光。 紅外遙控的特點(diǎn)是造價較低，適合市場的推廣，各類家庭用戶的使用。編解碼較容易，不會因?yàn)槌绦螂娐返膹?fù)雜性而經(jīng)常出現(xiàn)故障。它由 32 位碼長， 4 段碼，通過用戶碼的不同區(qū)別開了不同產(chǎn)品的不同遙控，以免互相干擾，不影響周邊環(huán)境、不干擾其它電器設(shè)備。還有一個重要原因，紅外線不會對人體造成傷害，發(fā)射接收距離較長，方便用戶使用。一般在 10 米以內(nèi)可以靈敏接收的。 紅外通信基本原理 通信控制系統(tǒng)大多是由發(fā)射與接收兩部分組成的，紅外 通信也不例外。發(fā)射系 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 11 統(tǒng)對一個紅外輻射源進(jìn)行調(diào)制后發(fā)射紅外信號，而接收系統(tǒng)用紅外一體化接收頭進(jìn)行接收，兩者聯(lián)合構(gòu)成了紅外通信系統(tǒng)。紅外通信的基本原理是：發(fā)送端將基帶二進(jìn)制信號調(diào)制為一系列的脈沖串信號（載波信號），通過紅外發(fā)射管發(fā)射紅外信號。紅外信號由接收端轉(zhuǎn)換成電信號，并對其進(jìn)行放大、濾波等處理，還原成二進(jìn)制數(shù)字信號，并將其輸出。 由于各遙控產(chǎn)品的不同，還有很多不同的遙控廠商，必須有一個通信協(xié)議來保障不同種類的紅外產(chǎn)品獲得最佳的通信效果。紅外線的波長在 750nm至 1mm 之間，紅外通信一般采用紅外波段內(nèi)的近紅外 線，波長在 25um 之間。紅外數(shù)據(jù)協(xié)會將紅外通信協(xié)議定為波長限定在 850nm~900nm 范圍之間。紅外線的調(diào)制方法常用的有兩種，一種是通過脈沖寬度來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈寬調(diào)制（ PWM），另一種是通過脈沖串之間的時間間隔來實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制的脈沖調(diào)制（ PPM） [13] 。 本設(shè)計(jì)采用脈沖調(diào)制方法，即二進(jìn)制信息由兩個脈沖的時間間隔來表示，首先產(chǎn)生一個同步頭，然后產(chǎn)生 2 個 8 位用戶碼，接著 8 位數(shù)據(jù)碼和 8 位數(shù)據(jù)反碼，如圖 37 所示 。 圖 37 PPM調(diào)制波形圖 紅外遙控的一個數(shù)據(jù)幀是由引導(dǎo)碼、用戶碼、數(shù)據(jù)碼和數(shù) 據(jù)反碼組成的。每個品牌的用戶碼一般都是不同的，數(shù)據(jù)碼同種種類的遙控器一般差異不大。每段碼都為 8 位， 2 段用戶碼，數(shù)據(jù)碼及其反碼只有 1 段。每幀數(shù)據(jù)由一個起始位、 2 段 8個用戶碼位 8 個數(shù)據(jù)碼和數(shù)據(jù)反碼構(gòu)成，如圖 38 所示。每幀傳送 1 個字節(jié)的數(shù)據(jù)。 圖 38 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示 意圖 由于紅外光存在反射 ,在全雙工的方式下發(fā)送的信號也可能會被本身接收，因此，紅外通信應(yīng)采用異步半雙工方式，即通信的某一方發(fā)送和接收交替進(jìn)行。 數(shù)據(jù) 0 數(shù)據(jù) 1 引導(dǎo)碼 用戶碼 用戶碼 數(shù)據(jù)碼 數(shù)據(jù)反碼 數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu) 8 位 8 位 8