【文章內(nèi)容簡介】 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(fù)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(yīng)用與實驗 [M].上海：復(fù)旦大學(xué)出版社 ， 2022： 122136. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(shè)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(fù)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(fù)位。 單片機在復(fù)位時，各種參數(shù)恢復(fù)到初始設(shè)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(yīng)該注意的是， 單片機執(zhí)行外部程序時，應(yīng)設(shè)置 ALE禁止位無效 [12]。 [12]Ateml AT89S51 Data :. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(fù)位電路和電源。本設(shè)計的最小系統(tǒng)如下圖 ，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 。 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(gòu)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(yīng)盡量與 XTAL XTAL2 靠近。本設(shè)計采用內(nèi)部湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(fù)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(fù)位。當 RST引腳變?yōu)榈碗娖絼t退出復(fù)位，進入單片機的初始工作狀態(tài)。本設(shè)計采用手動復(fù)位，按下復(fù)位鍵電容放電，電容迅速放電，RST變?yōu)楦唠娖?，當?fù)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(fù)位。電容一般為 22uf,R1為 1KΩ， R2為 200Ω。 硬件設(shè)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 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(shè)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 。 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(shè)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(fù)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(fù)以上的過程 。環(huán)形脈沖的狀態(tài)表如下表 。 [13]謝自美 . 電子線路 設(shè)計 .實驗 .測試 [M].武漢 :華中科技大學(xué)出版社 ， 2022： 212230. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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。 。 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 ULN2022和 8輸入 8輸出的 ULN2823和 ULN2824，但這些芯片的輸出都取反。本設(shè)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(shè)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(chǔ) .北京航空航天大學(xué)出版社， 2022. 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 如圖 ，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(yīng)相連。 圖 74LS245引腳圖 如圖 ，在本設(shè)計中 74LS245接單片機的 P1口， 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(shè)計實例導(dǎo)航 .北京：人民郵電出版社， 2022. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 電機運行電路設(shè)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(shè)計 圖 如圖 ， S1，控制電機的正轉(zhuǎn)， 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(guān)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(yīng)的操作。 加減速電路設(shè)計 圖 如圖 按鍵 S3接外部中斷 0，按鍵 S4 接外部中斷 1。設(shè)置外部中斷 0和湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 外部中斷 1均為下降沿觸發(fā)方式。設(shè)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 ，隨后又立即回復(fù)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(yīng)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(shè)計 顯示電路包括電機轉(zhuǎn)動速度顯示和方向顯示。如圖 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 第 4 章 步進電機的程序設(shè)計 本設(shè)計的程序設(shè)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?？刂七@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行介紹。 主程序設(shè)計 圖 如上圖 ，系統(tǒng)初始化程序： Y Y Y 開始 系統(tǒng)初始化 S1閉合？