【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 255 輸出控制信號(hào)數(shù)據(jù)，在由可編程接口芯片輸出步進(jìn)電機(jī)的各相導(dǎo)通或截止的控制信號(hào)。 PIC 單片機(jī)介紹 PIC 單片機(jī)介紹 PIC 系列單片機(jī)是由美國(guó) Microchip 公司生產(chǎn)的單片機(jī)產(chǎn)品，目前在世界 8位單片機(jī)沖銷量第一。 PIC 系列單片機(jī)具有良好的抗干擾性能、簡(jiǎn)潔的指令集，所需硬件配置較少，因此，在電腦的外設(shè)、家電控制、電信通信、智能儀器、汽車電子及金融電子等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 PIC 單片機(jī)（ Peripheral Interface Controller）是一種控制外 圍設(shè)備的集成電路（ IC），是把 CPU、 ROM 和 I/O 等集成在一塊芯片上的特殊微型計(jì)算機(jī)。PIC 系列單片機(jī)是一種具有分散（多任務(wù)）功能的、面對(duì)控制應(yīng)用的一種微處理器。它采用精簡(jiǎn)指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、二級(jí)流水線指令方式。除了具有一般單片機(jī)所具有的實(shí)用、低價(jià)、低功耗、高速度、體積小、功能強(qiáng)等特點(diǎn)外，還具有品種多、指令集小、簡(jiǎn)單易學(xué)、較強(qiáng)的抗干擾能力、徹底的保密性、自帶看門狗定時(shí)器等特點(diǎn)，體現(xiàn)了單片機(jī)發(fā)展的一種新趨勢(shì)。 PIC 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu) PIC 系列單片機(jī)映入了原用于小型計(jì)算機(jī)的雙總線和兩級(jí)指令流 水結(jié)構(gòu)。 1 雙總線結(jié)構(gòu) 在這里 PIC 系列單片機(jī)采用了一種雙總線結(jié)構(gòu)，即所謂哈佛結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)有兩種總線，即程序總線和數(shù)據(jù)總線。這兩種總線可以采用不同的字長(zhǎng)，如 PIC系列單片機(jī)是 8 位機(jī)，所以其數(shù)據(jù)總線當(dāng)然是 8 位。但低檔、中檔和高檔的 PIC系列機(jī)分別有 12 位、 14 位和 16 位的指令總線。這樣，取指令是則經(jīng)指令總線，取數(shù)據(jù)是則經(jīng)數(shù)據(jù)總線，互不沖突。 指令總線一般要增加位數(shù)，這是因?yàn)橹噶畹奈粩?shù)多，則每條指令包含的信息量就打，這種指令的功能就是強(qiáng)。一條 12 位、 14 位或 16 位的指令可能會(huì)具有兩條 8 位指令的功能。因此， PIC 系列單片機(jī)的指令與 CISC 結(jié)構(gòu)的單片機(jī)指令相比，前者的指令總數(shù)（即 RISC 指令集）要少得多。 2 兩級(jí)指令流水線結(jié)構(gòu) 由于 PIC 系列單片機(jī)采用了指令空間和數(shù)據(jù)空間分開的哈佛結(jié)構(gòu)，用了兩種位置不同的總線，因此，取指令和取數(shù)據(jù)有可能同時(shí)交疊進(jìn)行，所以在 PIC 系列微控制器取指令和執(zhí)行指令就采用指令流水線結(jié)構(gòu)。 當(dāng)?shù)谝粭l指令被取出后，隨即進(jìn)入執(zhí)行階段，這時(shí)可能會(huì)從某寄存器取數(shù)而送至另一寄存器，或從一端口向寄存器傳送數(shù)等，但數(shù)據(jù)不會(huì)流經(jīng)程序總線，而只是再數(shù)據(jù)總線中流動(dòng)，因此，在這段時(shí)間內(nèi)，程序總線有空，可以同時(shí)取出第二條指令。當(dāng)?shù)谝粭l指令執(zhí)行完畢，就可執(zhí)行第二條指令，同時(shí)取出第三條指令??如此等等。這樣，除了第一條指令的取出，其余各條指令的執(zhí)行和下一條指令的取出是同時(shí)進(jìn)行的，使得在每個(gè)時(shí)鐘周期可以獲得最高效率。 在大多數(shù)微控制器中，取指令和執(zhí)行指令都是順序進(jìn)行的，但在 PIC 單片機(jī)指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時(shí)間上是互相重疊的，所以用 PIC 系列單片機(jī)才可實(shí)現(xiàn)單周期指令。只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器 PC 值得程序分支指令（例如 GOTO、 CALL 等）才需要兩個(gè)周期。 此外， PIC 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)還體現(xiàn)在寄存器組上，如寄存器 I/O 端口、定時(shí)器和程序寄存器等都采用了 RAM 結(jié)構(gòu)形式，而且都只需要一個(gè)周期就可以完成訪問(wèn)和操作。而其他單片機(jī)常需要兩個(gè)或兩個(gè)以上的周期才能改變寄存器的內(nèi)容。 上述各項(xiàng)就是 PIC 系列單片機(jī)能做到指令總數(shù)少，且大都為單周期指令的重要原因。 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)控制的最大特點(diǎn)是開環(huán)控制，不需要反饋信號(hào)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差累積。由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)如圖 32 圖 32 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 假定以 PIC 單片機(jī)的 PB 口線接步進(jìn)電機(jī)的繞組，輸出控制電流脈沖，其中PB0 接 A， PB1 接 B， PB2 接 C。 （ 1）雙相三拍控制 雙相三拍控制模型如表 31 所示 表 31 步序 PB 口輸出狀態(tài) 繞組 控制字 1 00000011 AB 03H 2 00000110 BC 06H 3 00000101 CA 05H 假定有如下工作單元和工作位定義： R0 為步進(jìn)數(shù)寄存器； PSW 中， F0 為方向標(biāo)志位， F0 0 正轉(zhuǎn)， F0 0 反轉(zhuǎn)。 參考程序如下： MAIN: BSF STATUS,RP0 CLRF TRISC BCF STATUS,RP0 JUDGE: BTFSS PORTC,6 。判正反轉(zhuǎn) GOTO ANTICLOCKWISE GOTO CLOCKWISE ANTICLOCKWISE: 。按照逆時(shí)針步序進(jìn)行 MOVLW 03H 。第一拍 MOVWF PORTB 。向端口 B 送入數(shù)值 03H CALL DELAY 。延時(shí) MOVLW 06H 。第二拍 MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 05H 。第三拍 MOVWF PORTB CALL DELAY GOTO JUDGE CLOCKWISE: MOVLW 03H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 05H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 06H MOVWF PORTB CALL DELAY GOTO JUDGE END （ 2）三相六拍控制程序 在雙相三拍程序中， PB 口輸出的控制字是在程序中給定的。而在三相六拍的控制中，由于控制字較多，故可以把這些控制字以表的形式預(yù)先存放在內(nèi)部RAM 單元中，運(yùn)行程序時(shí)以查表的方式逐個(gè)取出并輸出。 MAIN: BSF STATUS,RP0 CLRF TRISC BCF STATUS,RP0 JUDGE: BTFSS PORTC,6 。判正反轉(zhuǎn) GOTO ANTICLOCKWISE GOTO CLOCKWISE ANTICLOCKWISE: 。按照逆時(shí)針步序進(jìn)行 MOVLW 01H 。第一拍 MOVWF PORTB 。向端口 B 送入數(shù)值 03H CALL DELAY MOVLW 03H 。第二拍 MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 02H 。第三拍 MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 06H 。第四拍 MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 04H 。第五拍 MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 05H 。第六拍 MOVWF PORTB CALL DELAY GOTO JUDGE CLOCKWISE: MOVLW 01H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 03H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 02H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 06H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 04H MOVWF PORTB CALL DELAY MOVLW 05H MOVWF PORTB CALL DELAY GOTO JUDGE END 延時(shí)子函數(shù)： DELAY: MOVLW 03H MOVWF DL_COUNTER DLP: MOVLW 6FH MOVWF DL_COUNTER1 DLP1: DECFSZ DL_COUNTER1,1 GOTO DLP1 DECFSZ DL_COUNTER,1 GOTO DLP RETURN 第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)的硬件和軟件是相互結(jié)合而工作的，有些任務(wù)必須由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外有些任務(wù)必須由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是也有一些任務(wù)可以由軟件來(lái)完成，也可由硬件來(lái)完成。一般來(lái)說(shuō)，增加硬件會(huì)提高成本，但能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，且實(shí)時(shí)性好。反之，加重軟件任務(wù)，會(huì)增加編程調(diào)試工作量，但能降低硬件成本。所以要合理的安排軟、硬件的結(jié)構(gòu)。 系統(tǒng)的硬件框圖如圖 4 示。本系統(tǒng)由鍵盤接口電路、數(shù)碼管顯示接口電路、多諧振蕩電路和發(fā)光二極管模擬的 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。由于本微機(jī)控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心部件，利用單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)從元件進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)任務(wù)需要，選擇合理的單片機(jī)并配置必須的接口和外圍設(shè)備來(lái)構(gòu)成系統(tǒng)。 本系統(tǒng)是由單片機(jī) PC 口輸出的脈沖信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，用 4 個(gè)發(fā)光二極管 LED亮滅的快慢來(lái)模擬電機(jī)速度，用 LED亮滅的順序來(lái)模擬電機(jī)的相序和拍數(shù)。本系統(tǒng)選擇的發(fā)光二極管為紅色、圓形，開啟電壓在 ～ 之間，正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。 輸出通道的設(shè)計(jì)內(nèi)容是確定通道結(jié)構(gòu)和元件裝置，合理選擇驅(qū)動(dòng)電路。本系統(tǒng)的輸出通道也就是控制步進(jìn)電機(jī)的通道 ，由于 PIC 的 PC 口可以作為輸出使用，所以將其作為輸出通道的控制斷口，采用三相四拍的模擬步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制需要PC 口中的三位。四相、五相需要 PC 口的四、五位。 本來(lái)單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口需由專用的控制裝置實(shí)現(xiàn)這里單片機(jī)與模擬步進(jìn)電機(jī)的發(fā)光二極管通過(guò)直接連接的方法實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配由單片機(jī)通過(guò)軟件控制構(gòu)成環(huán)分配器。發(fā)光二極管模擬步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖 42 所示。 LED 顯示接口電路 LED 顯示器的發(fā)光二極管有兩種連接方法，共陽(yáng)極接法和共陰極法。本設(shè)計(jì)采用共陰極接法。七段發(fā)光二極管，再加上一個(gè)小數(shù)點(diǎn)位 ，共計(jì)段，因此提供給LED 顯示器的字行代碼正好是一個(gè)字節(jié)。 LED 顯示器顯示十六進(jìn)制在表 41 中給出。 字型 共陽(yáng)極代碼 共陰極代碼 字型 共陽(yáng)極代碼 共陰極代碼 0 0XC0 0XCF D 0XA1 0X5E 1 OXF9 0X06 E 0X86 0X79 2 OXA4 OX5B F 0X8E 0X71 3 OXB0 0X4F G 0X90 0X60 4 0X99 0X66 R 0XAF 0X50 5 0X92 0X6D S 0XE2 0X1D 6 0X82 0X7D T 0X87 0X78 7 0XF8 0X07 P 0X8C 0X73 8 0X80 OX7F N 0XAB 0X54 9 0X90 0X6F U 0XE3 0X1C A 0X88 0X77 0XF7 0X08 B 0X83 0X7C 滅 OXFF 0X00 C OXC6 0X39 LED 顯示器有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種方法靜態(tài)顯示就是顯示每一字符，相應(yīng)發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止。動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位輪流點(diǎn)亮各位顯示器。本系統(tǒng)采用靜態(tài)顯示，這種方式每一顯示位都需要一個(gè) 8 輸出口控制，這里選用 5 片 74LS164 做 8 位輸出 口。 74LS164 芯片是串行 并行移位寄存器，實(shí)際上是由 RS 觸發(fā)器組成的 8 位移位寄存器。除能存儲(chǔ)代碼外還能夠在移位脈沖作用下依次左移和右移。這種功能能夠?qū)崿F(xiàn)代碼顯示的進(jìn)位和借位。 74LS164 的引腳如圖 43 所示。 單片機(jī)與 LED 間串口串行通信， 為串行數(shù)據(jù)接受端 RXD， 為串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 TXD。 單片機(jī)工作在模式 0 這種模式下，不管輸出還是輸入數(shù)據(jù)總是從 （ RXD）管腳輸出或輸入，而 （ TXD）管腳總用于輸出移位脈沖，每一個(gè)移位脈沖將使 RXD端輸出或者輸入一個(gè)二進(jìn)制碼。在 TXD端的移位 脈沖即為模式 0