【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 P 1 2P 1 1R S TP 1 5P 1 7P 1 6P 1 3P 1 4P 0 7P 0 1P 0 0P 0 2P 0 3P 0 5P 0 4P 0 6P 3 7P 3 1P 3 0P 3 2P 3 3P 3 5P 3 4P 3 6A L EE A / V P PP 2 7P 2 1P 2 0P 2 2P 2 3P 2 5P 2 4P 2 6P S E NX T A L 1X T A L 2G N D1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 81 92 04 02 32 22 12 62 52 42 92 82 73 23 13 03 53 43 33 83 73 63 91 0 u f1 0 k 圖 5 復(fù)位電路圖 單片機(jī)復(fù)位后的狀態(tài)分析 表 1 特殊功能寄存器與初始狀態(tài)表 特殊功能寄存器 初始狀態(tài) 特殊功能寄 存器 初始狀態(tài) A 00H TMOD 00H B 00H TCON 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL0 00H DPL 00H TH1 00H DPH 00H TL1 00H P0～ P3 FFH SBUF 不定 IP ***00000B SCON 00H IE 0**00000B PCON 0*******B 說明：表中符號(hào) *為隨機(jī)狀態(tài)。 單片機(jī)的復(fù)位操作使單片機(jī)進(jìn)入初始化狀態(tài)，其中包括使程序計(jì)數(shù)器 PC＝0000H，這表明程序從 0000H 地址單元開始執(zhí)行。單片機(jī) 冷啟動(dòng)后，片內(nèi) RAM 為隨 10 機(jī)值，運(yùn)行中的復(fù)位操作不改變片內(nèi) RAM 區(qū)中的內(nèi)容， 21 個(gè)特殊功能寄存器復(fù)位后的狀態(tài)為確定值，見上表 1 所示。 系統(tǒng)復(fù)位是任何微機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行的第一步，使整個(gè)控制芯片回到默認(rèn)的硬件狀態(tài)下。 51單片機(jī)的復(fù)位是由 RESET 引腳來控制的，此引腳與高電平相接超過 24個(gè)振蕩周期后， 51 單片機(jī)即進(jìn)入芯片內(nèi)部復(fù)位狀態(tài)，而且一直在此狀態(tài)下等待，直到 RESET 引腳轉(zhuǎn)為低電平后，才檢查 EA 引腳是高電平或低電平，若為高電平則執(zhí)行芯片內(nèi)部的程序代碼，若為低電平便會(huì)執(zhí)行外部程序。 51 單片機(jī)在系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，將其內(nèi)部的一 些重要寄存器設(shè)置為特定的值，內(nèi)部 RAM內(nèi)部的數(shù)據(jù)則不變。 電源電路 電源是提供電壓的裝置。把其他形式的能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫做電源。電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置，也稱電源供應(yīng)器，它提供計(jì)算機(jī)中所有部件所需要的電能。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響計(jì)算機(jī)的工作性能和使用壽命。有條件的可以使用電源模塊來為系統(tǒng)供電。 由于該系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)要求用 12V 電源供電，而單片機(jī)的需要 5V 供電，所以需要加個(gè)穩(wěn)壓芯片這里采用 LM7805 進(jìn)行穩(wěn)壓處理。把 12V 穩(wěn)降至 5V 來供給單片機(jī)及各芯片的使用。經(jīng)測(cè)試 12V 完全滿足各器件的運(yùn)行要求。 圖 6 三端集成穩(wěn)壓器 7805 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 此設(shè)計(jì)的電源電路是由 7805 集成穩(wěn)壓器，橋式整流，濾波電容及電源指示燈調(diào)整管 放大 電路 保護(hù) 電路 采 樣 電 路 基 準(zhǔn) 電 源 啟動(dòng)電路 + + U0 UI 11 組成的。電源電路的核心元件是 7805，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。 (1)調(diào)整管 調(diào)整管接在輸入端與輸出端之間，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動(dòng)時(shí)，調(diào)整自身的集 射壓降使輸出電壓保持不變。在 7805 三端集成穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管由兩個(gè)三極管組成的復(fù)合管充當(dāng)，這種結(jié)構(gòu)只要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動(dòng)調(diào)整管發(fā)射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。 (2)放大電路 放大電路 將基準(zhǔn)電壓與從輸出端得到的采樣電壓進(jìn)行比較，然后再放大并送到調(diào)整管的基極。放大倍數(shù)愈大，則穩(wěn)定性能愈好。在 7805 三端集成穩(wěn)壓器中，放大管也是復(fù)合管，電路組態(tài)為共射接法，并采用有源負(fù)載，可以獲得較高的電壓放大倍數(shù)。 (3)基準(zhǔn)電源 基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定性將直接影響穩(wěn)壓電路輸出電壓的穩(wěn)定性。在 7805 中，采用一種能帶間隙式基準(zhǔn)源，這種基準(zhǔn)源具有低噪聲，低溫漂的特點(diǎn)，在單片式大電流集成穩(wěn)壓器中被廣泛應(yīng)用。 (4)采樣電路 采樣電路由兩個(gè)分壓電阻組成，它將輸出電壓變化量的一部分送到放大電路的輸入端。 (5)啟動(dòng)電路 啟 動(dòng)電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時(shí)，使調(diào)整管 ,放大電路和基準(zhǔn)電源等建立起各自的工作電流，而當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作時(shí)啟動(dòng)電路被斷開，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。 (6)保護(hù)電路 在 7805 中，已將三種保護(hù)電路集成在芯片內(nèi)部，它們是限流保護(hù)電路，過熱保護(hù)電路和過壓保護(hù)電路。 12 5 . 6 k7 8 0 51 0 0 u f1 0 0 u f1 0 4輸 入輸 出123 圖 7 電源電路 電源電路如圖 7 所示，此電源電路能輸出穩(wěn)定的 +5V 電壓，可以給整機(jī)電路上電，所以在電路中起到至關(guān)重要的作用。其中 7805 三端集成穩(wěn)壓器的 1腳為輸入，3腳為輸出， 2腳為接地。 作用是將由橋式整流電路，整流濾波后得到的直流輸入電壓轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的直流 +5V 輸出電壓，為了改善紋波電壓，常在輸入端接入電容CJ3，我所選用的電容容量為 100uF。同時(shí)，在輸出端接上電容 CJ2，以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)， CJ2 的容量為 100uF。兩個(gè)電容應(yīng)直接接在穩(wěn)壓器的引腳處。在穩(wěn)壓管的輸入端還要接二極管，起到對(duì) 7805 集成穩(wěn)壓器的一種保護(hù)作用。 電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)原理 與分析 圖 8 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 直流電機(jī)直流電能變?yōu)闄C(jī)械能，作為機(jī)電執(zhí)行元部件，直流電機(jī)內(nèi)部有一個(gè)閉合的主磁路。主磁路通在主磁路中流動(dòng)，同時(shí)與兩個(gè) 電路交聯(lián)，其中一個(gè)電路 13 是用已產(chǎn)生磁通的，稱為激磁電路；另一個(gè)電路是用來傳遞功率的，稱為功率回路?，F(xiàn)行的直流電機(jī)都是旋轉(zhuǎn)電樞式。 在實(shí)際的直流電機(jī)中線圈那牢固的嵌在轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，當(dāng)導(dǎo)體中通過電流在磁場(chǎng)中受力而轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就帶動(dòng)整個(gè)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，這就是直流電機(jī)的基本工作原理。 直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)有以下幾方面： ① 調(diào)速范圍廣，且易于平滑調(diào)節(jié)。 ② 過載，起動(dòng)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。 ③ 易于控制，可靠性高。 ④ 調(diào)速時(shí)能量損耗 較小。 （ 1） 直流電機(jī)原理及優(yōu)點(diǎn) 用單片機(jī)控制直流電機(jī)時(shí)，需要加驅(qū)動(dòng)電路，為直流電機(jī)提供足夠大的驅(qū)動(dòng)電流。使用不同的直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)電流也不同，我們要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的驅(qū)動(dòng)電路，通常有以下幾種驅(qū)動(dòng)電路：三極管電流放大驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)模塊（如 L298），和達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器等。如果是驅(qū)動(dòng)單個(gè)電機(jī)，并且電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流不大時(shí)，我們可用三極管搭建驅(qū)動(dòng)電路，不過這樣要稍微麻煩點(diǎn)。如果電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)電流較大，可直接選用市場(chǎng)上現(xiàn)成的電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)模塊，這種 模塊接口簡(jiǎn)單，操作方便，并可為電機(jī)提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，不過它的 價(jià)格要貴一些 。例如，達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器可同時(shí)驅(qū)動(dòng) 8 個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)由單片機(jī)一個(gè) IO 口控制，當(dāng)需要調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，是單片機(jī)的相應(yīng) IO 口輸出不同占空比的 PWM 波形即可。 （ 2） PWM波形 PWM 是英文 Pulse Width Modulation 的縮寫 ,是一種按一定規(guī)律改變脈沖序列的寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和 波形的一種調(diào)制方式，我們?cè)诳刂葡到y(tǒng)中，最常用的是矩形波 PWM 信號(hào)，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié) PWM 信號(hào)，在控制時(shí)需要調(diào)節(jié) PWM的占空比。占空比是指高電平持續(xù)時(shí)間在一個(gè)周期時(shí)間內(nèi)的百分比?？刂齐姍C(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，占空比越大，速度越快，如果全 為高電平，占空比為 100%時(shí)，速度達(dá)到最快。 當(dāng)利用單片機(jī) IO 口輸出 PWM 信號(hào)時(shí)，可采用以下三種方法： ① 利用軟件延時(shí)。當(dāng)高電平延時(shí)時(shí)間到時(shí)，對(duì) IO 電平取反變成低電平，然后再延時(shí)；當(dāng)?shù)碗娖窖訒r(shí)時(shí)間到時(shí)，再對(duì) IO電平取反，如此循環(huán)就得到 PWM 信號(hào)。 14 ② 利用定時(shí)器?？刂品椒ㄈ缟?，只是用單片機(jī)的定時(shí)器來定時(shí)進(jìn)行高低電平的翻轉(zhuǎn)，而不利用軟件延時(shí)。 ③ 利用單片機(jī)自帶的 PWM 控制器，如 PIC 單片機(jī)， AVR 單片機(jī)，但 STC89 系列單 片機(jī)無此功能。 圖 9 PWM 信號(hào)的占空比 15 4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主電路圖 圖 10 系統(tǒng)總電路圖 圖 11 實(shí)物效果 16 顯示電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中壓力大小采用 2位 LED 數(shù)碼管顯示。在單片機(jī)系統(tǒng)中，通常用 LED 數(shù)碼顯示器來顯示各種數(shù)字或符號(hào)。由于它具有顯示清晰、亮度高、使用電壓低、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此使用非常廣泛。八段 LED 顯示器由 8 個(gè)發(fā)光二極管組成。其中 7個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成字型“ 8”的各個(gè)筆畫段，另一個(gè)小數(shù)點(diǎn)為 dp 發(fā)光二極管。LED 顯 示器有兩種不同的形式：一種是發(fā)光二極管的陽極都連在一起的，稱之為共陽極 LED 顯示器；另一種是發(fā)光二極管的陰極都連在一起的，稱之為共陰極 LED顯示器。如圖 10 所示。本次設(shè)計(jì)采用共陽極極接法。 LED 顯示方式有動(dòng)態(tài)顯示和靜 態(tài)顯示兩種方式。本系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)掃描顯示接口電路，動(dòng)態(tài)顯示接口電路是把所有顯示器的 8 個(gè)筆劃段 ah 同名端連在一起，而每一個(gè)顯示器的公共極 COM 各自獨(dú)立地受 I/O 線控制。 CPU 向字段輸出口送出字型碼時(shí)，所有顯示器接收到相同的字型碼，但究竟是哪個(gè)顯示器亮，則取決于 COM 端。也就是說我們可以采用分時(shí)的方法，輪流控制各個(gè)顯示器的 COM 端，使各個(gè)顯示器輪流點(diǎn)亮。在輪流點(diǎn)亮掃描過程中，每位顯示器的點(diǎn)亮?xí)r間是極為短暫的（約1ms），由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位顯示器并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速 度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感。 圖 12 七 (八 )段 LED 顯示器 17 本設(shè)計(jì) 、 、 、 信號(hào)一起組成位選通的位選信號(hào)， ～ 信號(hào)一起組成段碼選通的段選信號(hào)，通過軟件編程，先把所要顯示的數(shù)據(jù)放入存儲(chǔ)單元，然后把數(shù)據(jù)送入段選通對(duì)應(yīng)的地址，再選通某一個(gè) LED，逐步完成四個(gè) LED的顯示。 為了顯示字符 ,要為 LED 顯示器提供顯示段碼 (或稱字形代碼 ),組成一個(gè)” 8”字形字符的 7段 ,再加上 1 個(gè)小數(shù)點(diǎn) ,共計(jì) 8 段 ,因此提供給 LED 顯示器的顯示段碼為 1個(gè)字節(jié)。各段 碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表 2 ： 段碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 DP G F E D C B A 用 LED 顯示器顯示十六進(jìn)制和空白字符與 P 的顯示段碼如下表 3 所示： 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 字型 共陽極段碼 共陰極段碼 0 1 2 C0H 3FH 9 90H 6FH F9H 06H A 88H 77H A4H 5BH B 83H 7CH 3 B0H 4FH C C6H 39H 4 99H 66H D A1H 5EH 5 92H 6DH E 86H 79H 6 7 8 82H 7DH F 84H 71H F8H 07H 空白 FFH 00H 80H 7FH P 8CH 73H 共陰和共陽結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器各筆畫段名和安排位置是相同的，當(dāng)二極管到同事，相應(yīng)的筆畫段發(fā)亮，由發(fā)亮的筆畫段組合從而顯示各種字符。 8 個(gè)筆畫段dp,g,f,e,d,c,b,a 對(duì)應(yīng)于 1B(8 位 )的 D D D D D D D D0，于是用8位二進(jìn)制碼就可以表示欲顯示字符的字形碼。例如，對(duì)于共陰極 LED 顯示器，當(dāng)共陰極接地（位 0電平），而陽極 dp,g,f,e,d,c,b,a 各