【文章內(nèi)容簡介】 ）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 ②ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪問外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。對(duì)于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。 ③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。 ④EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，但在PS（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對(duì)851/8751/80S51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪問外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。4． 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN和EA/Vpp。 RST/Vpd當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)。在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。在VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，由Vpd向內(nèi)部RAM提供備用電源，以保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。 ALE/PROG正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址錢存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。ALE引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。 對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（PROG功能）。 PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；PSEN在每個(gè)機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL輸入。 EA／VppEA為內(nèi)部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng)EA為高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（PS值小于4K）。當(dāng)EA為低電平時(shí)，則訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）。輸入/輸出（I/O）引腳P0、PPP3（共32根） ①P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 ②P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8058032，、重裝觸發(fā)，即T2外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。 ③P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。 ④P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MSS51中，這8個(gè)引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口相同。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表25。值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。表25 P3口管腳備選功能RXD (串行輸入口)TXD (串行輸出口)/INT0 (外部中斷0)/INT1（外部中斷1）T0(計(jì)時(shí)器0外部輸入)T1(計(jì)時(shí)器1外部輸入)/WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)/RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通) 晶振 晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。以聲卡為例。如果需要對(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現(xiàn)在的娛樂級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來損害，而且現(xiàn)在的娛樂級(jí)聲卡都沒有很好地解決這個(gè)問題。現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件。石英晶體振蕩器廣泛地應(yīng)用在電視機(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、無線通訊設(shè)備、電子鐘表、單片機(jī)、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。在單片機(jī)中為其提供時(shí)鐘頻率。 石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振器，簡稱為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。 時(shí)鐘信號(hào)用來提供單片機(jī)片內(nèi)的各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，外接晶體振蕩器(簡稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。外接晶體以及電容C2和C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值為30pF左右，本次設(shè)計(jì)所以晶振如圖23。圖23 晶振電路圖 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第—個(gè)單元取指令。無論是在單片機(jī)剛開始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù)位期間（即RST為高電平期間），P0口為高組態(tài)，P1－P3口輸出高電平；外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN無效。地址鎖存信號(hào)ALE也為高電平。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容C3上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容C3足夠大，可以保證RST高電平有效時(shí)間大于24個(gè)振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C3通過R3放電。當(dāng)電容C1放電結(jié)束后，RST端的電位由R2與R3分壓比決定。由于R2R3因此RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C3充電，RST端電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R2的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。圖24 復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)就是能夠使單片機(jī)工作，而且使用的元件最少。對(duì)于51系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般包括：單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。 數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對(duì)數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。 數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元，也就是多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)（DP）這個(gè)小數(shù)點(diǎn)可以更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的內(nèi)容；按能顯示多少個(gè)（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）如圖25，是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要58=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，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)際上各位數(shù)碼管并非同時(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，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。數(shù)碼管是顯示屏其中一類， 通過對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 由于它的價(jià)格便宜使用簡單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。圖25 數(shù)碼管 本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖26，電路圖如圖27。在驅(qū)動(dòng)模塊中加入了五個(gè)控制按鍵和一個(gè)復(fù)位按鍵。五個(gè)按鍵分別控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、加速和減速，復(fù)位按鍵是使單片機(jī)程序回到起點(diǎn)。圖26 控制模塊實(shí)物圖47圖27 控制模塊電路圖第3章 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)及硬件選擇 L297工作原理介紹 L297是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術(shù)，使用5V的電源電壓，全部信號(hào)的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。L297的相位由內(nèi)部產(chǎn)生，它可以減輕單片機(jī)和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。L297的芯片引腳特別緊湊，采用雙列直插20腳塑封封裝，其引腳見圖31。圖31 L297引腳圖 在圖32所示的L297的內(nèi)部方框圖中。變換器是一個(gè)重要組成部分。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的八格雷碼(順序如圖33所示)。由變換器產(chǎn)生4個(gè)輸出信號(hào)送給后面的輸出邏輯部分，輸出邏輯提供禁止和斬波器功能所需的相序。為了獲得電動(dòng)機(jī)良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號(hào)是通過2個(gè)PWM斬波器控制電動(dòng)波器包含有一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)外部檢測電阻，如圖34所示，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈沖。每個(gè)斬波器的觸發(fā)器由振蕩器的脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載電流提高時(shí)檢測電阻上的電壓相對(duì)提高，當(dāng)電壓達(dá)到Uref時(shí)(Uref是根據(jù)峰值負(fù)載電流而定的)，將觸發(fā)器重置，切斷輸出，直至第二個(gè)振蕩脈沖到來、此線路的輸出(即觸發(fā)器Q輸出)是一恒定速率的PWM信號(hào)