【文章內(nèi)容簡介】 .機械工業(yè)出版社 .1998. 時鐘 CPU 定時 計數(shù)器 RAM ROM 并行口 串行口 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 圖 (1)引腳功能說明 1． Vcc 給單片機提供 電源電壓 ， GND 接地 。 2． P0 口： P0 口是一組 8位漏極開路型雙向 I/O 口 。當其擴展外部存儲器及I/O 接口時， P0口作為低 8 為地址總線 /數(shù)據(jù)總線的分時復用。 P0 口也可作為通用的 I/O 口 使用，但要加上拉電阻，這時為準雙向口。這在仿真和做電路板時一定要注意。 3． P1 口： P1 口 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8位雙向 I/O口。對端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作 為 輸入口。 另外 ， 和 還可分別作為定時 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見表 。 Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址 [11]。 [11]張友德 ， 趙志英 ， 涂時亮 ， 單片機微機原理 ， 應用與實驗 [M].上海：復旦大學出版社 ， 2021： 122136. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 表 和 的第二功能 引腳號 功能特性 T2（定時 /計數(shù)器 2外部計數(shù)脈沖輸 入），時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù) 2捕獲 /重裝載觸發(fā)和方向控制） 4． P2口： P2是一個內(nèi)部帶上拉電阻的 8位 準 雙向 I/O口。對 P2端口寫 “1” ，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口 。 在 CPU 從外部程序存儲器取指令和訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口輸出 16 位地址中的高 8位地址。 5． P3 口： P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P3 口輸出可驅(qū)動 4個 TTL 邏輯門電路。對 P3 口寫入 “1” 時， 引腳 被內(nèi)部上 拉 電阻拉高并可作為輸入口。 P3 口如表 所示 ， 除了作為一般的 I/O 口外，更重要的用途是其具有 第二功能， 特別是五個中斷源，它在本設計中發(fā)揮了非常大的作用。 表 P3 口的第二功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外中斷 0） INT1（外中斷 1） T0（定時 /計數(shù)器 0） T1（定時 /計數(shù)器 1） WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） 6． RST：復位輸入。當 單片機 工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片 機 復位。 單片機在復位時，各種參數(shù)恢復到初始設置。 7． ALE/PROG：當 CPU 訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 通常情況下 ALE 以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘 頻率 或用于定時 需要 。 對 Flash 存儲器編程 時 ，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。 另外 可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，禁止 ALE 操作。該位置位 以 后，只有 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 應該注意的是， 單片機執(zhí)行外部程序時，應 設置 ALE 禁止位無效 [12]。 [12]Ateml AT89S51 Data :. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 8． PSEN：程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當CPU 由外部程序存儲器取指令時，每個機器周期 PSEN 兩次有效，即輸出兩個脈沖。在此期間， 在 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器 時 將跳過兩次 RSEN 信號。 9． EA/VPP： EA 為片外程序存儲器訪問允許控制信號輸入端。當 EA 為高電平時，單片機讀片內(nèi)程序存儲器，當程序計數(shù)器 PC 值超過 0FFH 時，將自動轉(zhuǎn)向片外存儲器。當 EA 為低電平時，只讀片外程序存儲器。 Flash 存儲器編程時，該引腳 要 加上 +12V 的編程 使能電壓。 10． XTAL1：振蕩器反相放大器及內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 11． XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。 (2)單片機的最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng)包括單片機、晶振電路、復位電路和電源。本設計的最小系統(tǒng)如下圖 所示，因為在 PROTUES 軟件里單片機自動帶電源，所以就沒有特定的電源引腳了。 圖 晶振電路：它控制著單片機的工作節(jié)奏。 89C52 單片機的時鐘信號有兩種產(chǎn)生方式，一種是內(nèi)部方式，一種是外部方式。如圖 下面分別對其予以介紹。 1．內(nèi)部時鐘方式利用芯片內(nèi)部的振蕩電路實現(xiàn)。 在單片機的外部引腳XTAL XTAL2 兩端接晶振和電容，構成了穩(wěn)定的自激振蕩器，產(chǎn)生的脈沖信號送入內(nèi)部時鐘電路。外接晶振時， C C2 一般選擇 30pf， C C2 對時鐘有微調(diào)作用，晶振的頻率范圍可在 333MHZ 之間選擇。為減小寄生電容和保證振蕩器更穩(wěn)定的工作，晶振和電容安裝時應盡量與 XTAL XTAL2 靠近。本設計采用內(nèi)部湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 時鐘方式。 2．外部時鐘方式使用現(xiàn)成的外部振蕩器產(chǎn)生的脈沖信號，外部時鐘信號接XTAL1 端， XTAL2 端懸空。這種方式用的比較少。 復位電路：在時鐘電路工作之后，只要在 RST引腳上出 現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平，單片機就可以復位。當 RST 引腳變?yōu)榈碗娖絼t退出復位，進入單片機的初始工作狀態(tài)。本設計采用手動復位，按下復位鍵電容放電，電容迅速放電，RST 變?yōu)楦唠娖?，當復位鍵彈起后，電源 VCC對電容重新充電，使 RST 引腳出現(xiàn)正脈沖而復位。電容一般為 22uf,R1 為 1KΩ， R2為 200Ω。 硬件設計總體思路 如下圖 所示，通過 P1口發(fā)送脈沖信號。信號經(jīng)過 74LS245 功率放大器放大后送給步進電機。 。 和 對應外部中斷 0和外部 中斷 1，分別控制電機的加速和減速。 P0口和 P2口接兩個共陽極的數(shù)碼管分別顯示步進電機的轉(zhuǎn)向和速度等級。 本設計步進電機采用四相單四拍，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒，根據(jù)步距角計算公式：θb= 2π/NZ =360/50/4= 度（ N 是工作拍數(shù)， Z 是轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ）。即給步進電機發(fā)送一個脈沖，電機轉(zhuǎn)動 度。 圖 步進電機的脈沖分配 脈沖分配通常有兩種方法：硬件分配和軟件分配，各有其特點，硬件法比價湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 穩(wěn)定，但參數(shù)比較固定；軟件法采用編寫程序，不需要額外的硬件，成本低，而且控制靈活。故本設計 采用軟件分配法。下面分別介紹。 硬件分配法 以 CT74LS194 為例來說明其工作原理。 圖 如圖電路圖 所示，環(huán)形脈沖分配器是使一個矩形脈沖按一定的順序在輸出端 Q0Q3之間，輪流分配反復輸出的電路 [13]。 工作原理介紹如下：把輸出端 Q3反饋接至右移輸入端 Dsr，使 Dsr= Q3， CR=1。 初始時， M1M0=11，寄存器處于并行輸入方式。 D0D1D2D3=1000,輸入 CP 脈沖，在脈沖上升沿到來時輸出端 Q0Q1Q2Q3=1000。工作時， M1M0=01，讓芯片處于右移方式。 Dsr=Q3=0，當?shù)谝粋€ CP 脈沖上升沿到來時，右移一位變?yōu)镼0Q1Q2Q3=0100， Dsr=0。同理第二個 CP 脈沖上升沿到來時， Q0Q1Q2Q3=0010，Dsr=0。第三個上升沿脈沖到來時， Q0Q1Q2Q3=0001， Dsr=1。第四個上升沿脈沖到來時 Q0Q1Q2Q3=1000，回到初始狀態(tài)。若不斷輸入脈沖則寄存器重復以上的過程。環(huán)形脈沖的狀態(tài)表如下表 所示。 [13]謝自美 . 電子線路設計 .實驗 .測試 [M].武漢 :華中科技大學出版社 ， 2021： 212230. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 表 環(huán)形脈沖分配器狀態(tài)表 CP M1 M0 Dsr Q0 Q1 Q2 Q3 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 2 0 1 0 0 0 1 0 3 0 1 1 0 0 0 1 4 0 1 0 1 0 0 0 軟件分配法 軟件法是單片機 P1 口的 四個引腳通過寫“ 1”或者“ 0”的方法獲得脈沖，每個脈沖的時間通過延時程序控制。 的脈沖分配表如下表 所示。 表 的脈沖分配表 P1 口的脈沖經(jīng)過驅(qū)動器 74LS245 送給步進電機。 74LS245 驅(qū)動器將在下面內(nèi)容介紹。 步進電機的驅(qū)動 步進電機的驅(qū)動有 7 輸入 7 輸出的 ULN202 ULN202 ULN202 ULN2021和 8 輸入 8輸出的 ULN2823 和 ULN2824，但這些芯片的輸出都取反。本設計的輸入與輸出電位相同故采用 74LS245。 74LS245 是我們常用的芯片，用來驅(qū)動 LED 管 或者其他設備，它是 8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器 [14]。 74LS245 還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出 數(shù)據(jù) ，也可以輸入數(shù)據(jù)。 一般情況下，當 單 片機的 I/O 口總線負載達到或超過 其 最大負載能力時，必須接入 74LS245 等總線驅(qū)動器 ，才能帶動負載。 [14]李廣第，單片機基礎 .北京航空航天大學出版社， 2021. N 0 0 0 1 N+1 0 0 1 0 N+2 0 1 0 0 N+3 1 0 0 0 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 如圖 所示，當片選端 CE 低電平有效時， DIR=“0” ，信號由 B 傳輸給 A，即 接收 數(shù)據(jù) [15]。 DIR=“1” ，信號由 A 傳輸 給 B，即發(fā)送數(shù)據(jù)。 當 CE 為高電平時， A、 B 均為高阻態(tài)。 P2口與 驅(qū)動器 輸入線對應相連。 圖 74LS245引腳圖 如圖 所示，在本設計中 74LS245 接單片機的 P1 口， 分別接74LS245 的 A0A3,輸出端 B0B3 接步進電機的 A、 B、 C、 D 四相輸入端。 E 端接地， AB/BA 端接 5V 電源。數(shù)據(jù)從 A傳輸給 B。 圖 [15]求是科技編著，單片 機典型模塊設計實例導航 .北京：人民郵電出版社， 2021. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 電機運行電路設計 步進電機的運行控制包括電機正反轉(zhuǎn)控制和加減速控制。 正反轉(zhuǎn)電路設計 圖 如圖 所示， 接 S1，控制電機的正轉(zhuǎn)， 接 S2控制電機的反轉(zhuǎn)。其原理為： P3 口自帶上拉電阻，默認輸出高電平。將兩個引腳通過開關接地，當有鍵按下并且常閉時，該引腳被拉為低電平。編程時采用查詢方式檢測到 有低電平， P1 口發(fā)送正轉(zhuǎn)脈沖；檢測到 有低電平時， P1 口發(fā)送反轉(zhuǎn)指令。在沒有按下加減速按鍵，即沒有產(chǎn)生外部中斷的情況下，單片機一直在檢測兩個按鍵是否按下。若有鍵按下則進行相應的操作。 加減速電路設計 圖 如圖 按鍵 S3 接外部中斷 0，按鍵 S4 接外部中斷 1。設置外部中斷 0和湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 外部中斷 1均為下降沿觸發(fā)方式。設為下降沿觸發(fā)，外部中斷信號即下降沿的撤除是自動完成的。 加速原理：點動 S3 則瞬間 被拉為低電平，隨后又立即回復高電平，這樣的下降沿信號能使外部中斷 0 產(chǎn)生中斷請求。單片機進入中斷后，確定速度檔位是多少，根據(jù)速度檔位 發(fā)送相應頻率的脈沖給步進電機，得到不同的速度。同時根據(jù)速度檔位顯示當前的速度。 減速時點動 S4通過 1產(chǎn)生中斷，減速原理與加速原理相同。 顯示電路的設計 顯示電路包括電機轉(zhuǎn)動速度顯示和方向顯示。如圖 所示 P0口接一個共陽極數(shù)碼管用來顯示電機的轉(zhuǎn)向，正轉(zhuǎn)時顯示“ 1”，反轉(zhuǎn)時顯示“ 2”。 P2 口接一個共陽極數(shù)碼管顯示電機的速度檔位，可顯示 15五個檔位。兩個數(shù)碼管的七段引腳分別接 P0口與 P2口的 7 個引腳，兩個 COM 端接 5V電源。 圖 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 第 4 章 步 進電機的程序設計 本設計的程序設計包括一個主程序和五個主要子程序。這五個子程序分別為正脈沖發(fā)送程序、反脈沖發(fā)送程序、加速程序、減速程序、速度顯示程序。延時程序在正脈沖發(fā)送程序和反脈沖發(fā)送程序中被調(diào)用，用來控制相鄰兩個脈沖的間隔時間。控制這個時間就可以達到調(diào)速的目的了。下面分別對主程序和子程序進