【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)該部分電路是系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的核心，主要由RS232串口電路、STC89C52RC單片機(jī)及相應(yīng)的時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路組成。 RS232串口電路設(shè)計(jì)STC89C52RC單片機(jī)電平為T(mén)TL電平(即：高電平 — +5V,低電平 — 0V)，而計(jì)算機(jī)串口電平為RS232電平(即：高電平 — 12V,低電平 — +12V),所以，計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間進(jìn)行通訊時(shí)需要加電平轉(zhuǎn)換芯片。圖中MAX232芯片是專門(mén)設(shè)計(jì)為T(mén)TL電平和RS232標(biāo)準(zhǔn)電平做電平轉(zhuǎn)換的芯片。RS232標(biāo)準(zhǔn)電平在+15V ~ 15V之間，而傳統(tǒng)的TTL電平在0V ~ 5V之間。MAX232芯片的設(shè)計(jì)就是為了完成這個(gè)電平之間的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片采用單電源+5V供電，僅需要幾個(gè)電容就可以完成RS232和TTL電平之間的轉(zhuǎn)換，共兩路。其中R1IN、R1OUT、T1IN、T1OUT為第一數(shù)據(jù)通道；R2IN、R2OUT、T2IN、T2OUT為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS信號(hào)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦的DP9插頭；DP9插頭中RS232數(shù)據(jù)從R1IN、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后由R1OUT、R2OUT輸出。圖 RS232串口電路，RS232串口電路使用MAX232CPE作為電平轉(zhuǎn)換芯片，通過(guò)串口線連接到計(jì)算機(jī)的COM口(9針D形口)，用于STC89C52RC單片機(jī)與上位機(jī)通信以及和其他串口設(shè)備的數(shù)據(jù)交互。 復(fù)位及振蕩電路。 圖 復(fù)位及振蕩電路系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)都要復(fù)位，使中央處理器和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這狀態(tài)開(kāi)始工作。復(fù)位電路由按鍵復(fù)位和上電復(fù)位兩部分組成。STC89C52RC單片機(jī)為高電平復(fù)位，通常在復(fù)位引腳RST上連接一個(gè)電容到VCC，再連接一個(gè)電阻到GND，由此形成一個(gè)RC充放電回路，保證單片機(jī)在上電時(shí)RST引腳上有足夠時(shí)間的高電平進(jìn)行復(fù)位，隨后回到低電平進(jìn)入正常工作狀態(tài)，這個(gè)電阻和電容的典型值分別為10KΩ、10uF。按鍵復(fù)位是在復(fù)位電容上并聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)，當(dāng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)電容放電，RST被拉到高電平，由于電容的充電，會(huì)保持一段時(shí)間的高電平來(lái)使單片機(jī)復(fù)位。 時(shí)鐘振蕩電路控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏。STC89C52RC內(nèi)部都有一個(gè)反相放大器，XTALXTAL2 分別是反相放大器輸入和輸出端，外接定時(shí)反饋元件就組成振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。 所示，片內(nèi)電路與片外器件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生電路，CPU 的所有操作均在時(shí)鐘脈沖同步下進(jìn)行。片內(nèi)振蕩器的震蕩頻率fosc非常接近晶振頻率，～12MHz 之間選取。CC2 為反饋電容，其值在5pF～30pF 之間選擇,其典型值是30pF，設(shè)計(jì)中采用20pF。單片機(jī)采用的是STC公司的89C52RC芯片。該款芯片是一款 80C51微控制器，16kB Flash和 512字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM。89C52RC的典型特性是它的 X2方式選項(xiàng)。利用該特性，設(shè)計(jì)工程師可使應(yīng)用程序以傳統(tǒng)的 80C51時(shí)鐘頻率（每個(gè)機(jī)器周期包含 12個(gè)時(shí)鐘）或 X2方式（每個(gè)機(jī)器周期包含 6個(gè)時(shí)鐘）的時(shí)鐘頻率運(yùn)行，選擇 X2方式可在相同時(shí)鐘頻率下獲得 2倍的吞吐量。從該特性獲益的另一種方法是將時(shí)鐘頻率減半而保持特性不變，這樣可以極大地降低電磁干擾(EMI)。 Flash程序存儲(chǔ)器支持并行和串行在系統(tǒng)編程（ ISP）。并行編程方式提供了高速的分組編程（頁(yè)編程）方式，可節(jié)省編程成本和上市時(shí)間。 ISP允許在軟件控制下對(duì)成品中的器件進(jìn)行重復(fù)編程。應(yīng)用固件的產(chǎn)生/更新能力實(shí)現(xiàn)了 ISP的大范圍應(yīng)用。 89C52RC也可采用在應(yīng)用中編程（ IAP），允許隨時(shí)對(duì) Flash程序存儲(chǔ)器重新配置，即使是應(yīng)用程序正在運(yùn)行也不例外。 AT45DB021B芯片簡(jiǎn)介，串行接口閃存。非常適合用于各種各樣的數(shù)字語(yǔ)音，圖像，程序代碼和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用。其內(nèi)存空間有1024頁(yè)，每頁(yè)264字節(jié)，共2,162,688位。除了主存儲(chǔ)器，AT45DB021B還包含兩個(gè)SRAM數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，每個(gè)264字節(jié)。該緩沖器允許接收數(shù)據(jù)，而且在主存儲(chǔ)器中的頁(yè)被重新編程，以及讀取或?qū)懭胍粋€(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)流。一個(gè)自包含三步讀 修改 寫(xiě)操作EEPROM仿真（位或字節(jié)改變能力）的芯片是很容易處理。不同于傳統(tǒng)的快閃記憶體，它可以隨機(jī)訪問(wèn)多個(gè)地址線和一個(gè)并行接口，數(shù)據(jù)閃存使用的SPI串行界面的順序訪問(wèn)其數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)閃存支持SPI模式0和模式3。簡(jiǎn)單的串行接口有利于硬件布局，提高了系統(tǒng)的可靠性，最大限度地降低開(kāi)關(guān)噪聲，并減少包裝規(guī)模和活躍引腳數(shù)。該器件經(jīng)過(guò)優(yōu)化，使用在許多商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用的高密度，低引腳數(shù)，低電壓和低功耗是至關(guān)重要的。該器件工作在一個(gè)典型的有效的讀電流消耗為4 mA至20 MHz的時(shí)鐘頻率。為了讓簡(jiǎn)單的系統(tǒng)內(nèi)可編程，不需要AT45DB021B高輸入電壓進(jìn)行編程。該器件工作在單電源供電，兩個(gè)方案和讀取操作。該AT45DB021B被啟用通過(guò)片選引腳（CS），并通過(guò)一個(gè)三線的接口，包括訪問(wèn)串行輸入（SI），串行輸出（SO）和串行時(shí)鐘（SCK）。所有的編程周期是自定時(shí)，并沒(méi)有單獨(dú)的擦除周期之前需要編程。當(dāng)芯片從Atmel公司出貨后，最重要的內(nèi)存頁(yè)陣列可能不會(huì)被刪除。換句話說(shuō)，最后一頁(yè)的內(nèi)容可能并不充滿FFH。圖 AT45DB021B芯片 AT45DB021B與單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)AT45DBO21B是一款基于SPI通訊總線的串行FLSAH芯片。其連接電路圖比較簡(jiǎn)單。、。4個(gè)芯片的3腳RESET、5腳WP以及6腳VCC連接至高電平VCC，而7腳GND連接于GND。圖 FLASH存儲(chǔ)電路SI和SO是數(shù)據(jù)輸入輸出口，用于完成數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)；SCK是芯片的時(shí)鐘信號(hào)，由單片機(jī)給出，作為工作基準(zhǔn)；CS是芯片片選信號(hào)，通過(guò)單片機(jī)給低電平信號(hào)選通芯片使某個(gè)芯片工作；RESET和WP連接至高電平，使其不會(huì)復(fù)位和關(guān)閉寫(xiě)保護(hù)功能；。 顯示電路設(shè)計(jì)顯示模塊由6個(gè)數(shù)碼管、74HC245總線收發(fā)器和74LS138譯碼器組成。采用動(dòng)態(tài)掃描。第一位數(shù)碼管用于顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，第二位數(shù)碼管用于顯示花型數(shù)據(jù)，后四位數(shù)碼管用于顯示花型地址（行數(shù)或列數(shù)）。圖 顯示與譯碼電路通過(guò)138譯碼器選取不同的數(shù)碼管來(lái)顯示不同數(shù)據(jù)，用9012驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管，采用動(dòng)態(tài)掃描。數(shù)碼管為共陽(yáng)數(shù)碼管。，使得P0口具備高電平要求。圖中74LS138解碼一八線，根據(jù)條件在三元選擇輸入和三使能輸入。雙有源低一電平有效使能輸入減少需要外部大門(mén)或逆變器在擴(kuò)大。一個(gè)24line譯碼器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)需外部逆變器，和一個(gè)32line解碼器只需要一個(gè)逆變器。使能輸入可以用來(lái)作為解復(fù)用應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)輸入。可以通過(guò)三條信號(hào)線的輸入來(lái)決定八條信號(hào)線的輸出。電路圖中74HC245是一種高速COMS器件，管腳同時(shí)也可以兼容TTL電平。工作時(shí)間為7ns。其主要功能是作為三態(tài)輸出的八組總線收發(fā)器，DIR可以作為方向控制，用于驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管或者LED等輸入電流要求較高的器件。 鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)鍵盤(pán)使用經(jīng)典的4*4的矩陣鍵盤(pán)，使用單片機(jī)P2口擴(kuò)展。 鍵盤(pán)電路為了使用戶使用方便，將KKKKKKKKK1K8設(shè)置為0數(shù)字鍵盤(pán)按鍵。K1K16為查詢、修改功能按鍵，K1K1K15為模擬報(bào)警信號(hào)按鍵，分別為斷針、斷線、斷油情況，K4為清除報(bào)警按鈕。，為防止單片機(jī)IO口燒壞。 報(bào)警電路設(shè)計(jì)報(bào)警信號(hào)由鍵盤(pán)電路產(chǎn)生一個(gè)模擬報(bào)警。當(dāng)單片機(jī)查詢到K1K1K15按鍵按下時(shí)，則會(huì)調(diào)用報(bào)警子程序，完成一個(gè)模擬報(bào)警過(guò)程。K4為報(bào)警狀態(tài)消除按鍵，只有當(dāng)按下K4時(shí)，報(bào)警狀態(tài)才能夠解除。報(bào)警電路主要由三極管，發(fā)光二極管組成。圖 報(bào)警電路當(dāng)檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)時(shí)，使9013三極管導(dǎo)通，點(diǎn)亮二極管報(bào)警。200、1K電阻是為限流設(shè)計(jì)的。 從單片機(jī)電機(jī)控制電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。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。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的一種開(kāi)環(huán)線性執(zhí)行元件，具有無(wú)累積誤差、成本低、控制簡(jiǎn)單特點(diǎn)。產(chǎn)品從相數(shù)上分有二、三、四、五相，176。/176。、176。/176。，從規(guī)格上分有口42~φ130，M~40NM。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，且不累積。此次設(shè)計(jì)采用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為28BYJ48，它是四相八拍的電機(jī)，電壓為DC5V。類型為永磁式減速步進(jìn)電機(jī)。 28BYJ48步進(jìn)電機(jī)四相電機(jī)工作方式有二種，四相四拍為ABBCCDDAAB,；四相八拍為ABBBCCCDDAB,(）。當(dāng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（一個(gè)步距角）。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完