【文章內(nèi)容簡介】 車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 12 節(jié)代碼，程序校驗期間應(yīng)外接上拉電阻。 ◆ P1 口：即 ～ (Pin1～ Pin8)， 輸入輸出腳， 8 位準雙向并行I/O 口。 P1 口內(nèi)部已經(jīng)具有上拉電阻的 8 位準雙向 I/O 口，能負載 4個 TTL；在Flash 編程和校驗時，定義 為低 8位地址線。和基本的 8051 不同的是，其部分引腳具有第二功能。引腳 是定時 /計數(shù)器 T2 的外部計數(shù)輸入，引腳 表示定時 /計數(shù)器 T2捕獲 /再裝入觸發(fā)及方向控制，引腳 (MOSI)、 (MISO)和 (SCK)用于系統(tǒng)內(nèi)部編程。 ◆ P2 口：即 ～ (Pin21～ Pin28)， 輸入輸出腳， 8位準雙向并行 I/O 口。 P2 口內(nèi)部已經(jīng)具有上拉電阻的 8位準雙向 I/O 口，能負載 4個 TTL；當訪問外部存儲器時，定義為高 8 位地址線。如果只需要 8 位地址線，它將輸出特殊功能寄存器（ 鎖存器）中的內(nèi)容。 ◆ P3 口：即 ～ (Pin10～ Pin17)， 輸入輸出腳， 8位準雙向并行 I/O 口。 P3 口內(nèi)部已經(jīng)具有上拉電阻的 8位準雙向 I/O 口，能負載 4個 TTL；當 P3 口寫入“ 1”后 ， 內(nèi)部端口上拉為高電平 ， 并用作輸入口。當作為輸出口，P3 口將輸出電流（ ILL） ， 這是因為外部下拉為低電平的緣故。 和普通的 8051一樣，每個引腳都具有第二功能。 表 P3 口的第二功能 第二功能標志 第二功能 RXD 串行輸入口 TXD 串行輸出口 0INT 外部中斷 0輸入 1INT 外部中斷 1輸入 T0 定時 /計數(shù)器 0外部輸入 T1 定時 /計數(shù)器 1外部輸入 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 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 13 ④ 控制 、 復位和選通引腳 ◆ RST(Pin9):單片機內(nèi)部 CPU的復位信號輸入 端 在單片機的振蕩器啟動后，該引腳保持 2 個機器周期以上高電平，便可實現(xiàn)復位。另外，對于 AT89S51，其內(nèi)部包含定時監(jiān)視器（看門狗）電路。在定時監(jiān)視器（看門狗）定時輸出后，該引腳置高電平，并持續(xù) 96 個振蕩周期，也可以實現(xiàn)復位。特殊功能寄存器 AUXR 中的 DISRT0 位可以使復位無效。在默認的 DISRT0 位狀態(tài)下， RST 引腳上高電平有效。 ◆ ALE/PROG (Pin30):ALE 位地址鎖存使能端和編程脈沖輸入端 當訪問外部程序存儲器時， ALE（地 址鎖存器）的負跳變將低 8 位地址打入鎖存；而非訪問內(nèi)部程序存儲器時， ALE 端將有一個 1 /6振蕩頻率的正脈沖信號，該脈沖信號可以用于外部計數(shù)或時鐘信號。當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，ALE 會跳過一個脈沖；在 Flash 編程時，該引腳用于輸入編程脈沖（ PROG ）。 ◆ PSEN (Pin29):訪問外部程序存儲器的讀選通信號 當單片機訪問外部程序存儲器，讀取指令碼時，每個機器周期產(chǎn)生 2 次有效信號，即此腳輸出 2 個負脈沖選 通信號；在執(zhí)行片內(nèi)程序存儲器讀取指令碼時，不產(chǎn)生此脈沖；在讀寫外部數(shù)據(jù)時，也不產(chǎn)生 PSEN 脈沖信號。 ◆ EA /VPP(Pin31): EA 為訪問內(nèi)部或外部程序存儲器選擇信號，在Flash 編程時，提供 Flash 編程電壓 VPP。當訪問訪問外部程序存儲器（ 0000H～FFFFH 單元）時，則 EA 必須保持低電平（即接 GND） 。當 EA 保持高電平是，則 CPU先從片內(nèi) 0000H 單元開始，執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器程序；如果外部還有擴展程序存儲器，則 CPU在執(zhí)行完內(nèi)部程序存儲器程序后，自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器程序；對片內(nèi) Flash 編程時，此引腳用于輸入編程允許電壓。另外，如果單片機的保密位被編程，則復位時內(nèi)部會鎖存 EA 端的狀態(tài)。 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 14 開發(fā)環(huán)境介紹 眾所周知， 軟硬件開發(fā)環(huán)境 建立的好壞對 單片機系統(tǒng)軟件設(shè)計和硬件設(shè)計工作順利高 效完成的 發(fā)揮重要作用 。 本次 系統(tǒng)軟件 設(shè)計采用 Keil C51 軟件開發(fā)系統(tǒng)，它是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件 具有庫函數(shù)豐富 和強大 功能 的集成開發(fā)調(diào)試工具 等的特點 ， 有利于 全 Windows 人機界 面 的交流 。 硬件開發(fā)環(huán)境主要是指 針對 硬件開發(fā)時 用到的 的 軟件工具 、儀器等。此次設(shè)計開發(fā)工具主要選擇具有在線可編程功能的 AT89S51 單片機；利用 Protel 99SE 繪圖軟件制作 電路； 另外，硬件設(shè)計過程中 需要 用到的儀器和工具主要有直流穩(wěn)壓電源 、 電烙鐵 、尖嘴鉗、鑷子等。 另外 ， 此 次設(shè)計還 綜合 利用 Keil C51+Proteus 對 的實物 進行 仿真與模擬 ，從而實現(xiàn)反復在線測試與修正 。 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 15 主要芯片元器件及功能介紹 電機驅(qū)動芯片 本次設(shè)計直接使用 ULN2021A 電機驅(qū)動芯片 ， 因為它連接簡單 ， 而且能夠通過改變驅(qū)動電壓來控制力矩的大小 ， 從而控制電機的轉(zhuǎn)動。 ULN 是集成達林頓管 IC， 內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管 ， 可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列 16腳封裝 ， NPN 晶體管矩陣 ， 最大驅(qū)動電壓 =50V，電流 =500mA， 輸 入電壓 =5V， 適用于 TTL COMS， 由達林頓管組成驅(qū)動電路。 ULN2021是一個非門電路 ， 包含 7個單元 ， 但獨每個單元驅(qū)動電流最大可達 的最后有引用電路 ， 9腳可以懸空。 比如 1腳輸入 ， 16 腳輸出 ， 你的負載接在VCC 與 16 腳之間 ， 不用 9腳。 ULN2021A 電路具有以下特點 : ● 電流增益高（大于 1000） 。 ● 帶負載能力強（輸出電流大于 500mA） 。 ● 溫度范圍寬（ 40～ 85℃ ） 。 ● 工作電壓高（大于 50V）。 適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)，通常 作為 顯示驅(qū)動﹑繼電器驅(qū)動﹑照明燈驅(qū)動﹑伺服 電機、步進電機驅(qū)動等使用 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 16 引腳定義與功能 引出端序號 符號 功能 引出端序號 符號 同意功能 1 1B 輸入 9 COM 公共端 2 2B 輸入 10 7C 輸出 3 3B 輸入 11 6C 輸出 4 4B 輸入 12 5C 輸出 5 5B 輸入 13 4C 輸出 6 6B 輸入 14 3C 輸出 7 7B 輸入 15 2C 輸出 8 E 發(fā)射極 16 1C 輸出 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 17 步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理 目前自動 卷簾 門中的動力 部分主要有無刷直流電機、交流變頻電機及步進電機的使用。現(xiàn)以 四相六線制步進 電機作為自動卷簾門的動力部分。 結(jié)構(gòu) 步進電機主要有纏繞線圈的定子和轉(zhuǎn)子組成， 如下所示 是定 子和 轉(zhuǎn)子的展開圖 : 工作原理 步進 電機 是將 電脈沖 信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的 開環(huán)控制 元件。在非超載的情況下 ， 電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于 脈沖信號 的頻率和脈沖數(shù) ， 而不受負載變化的影響 ， 即給電機加一個脈沖信號 ， 電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在 ， 加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等 控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（ PM）、混合式步進電機（ HB）和單相式步進電機等。 永磁式步進電機一般為兩相 ， 轉(zhuǎn)矩和體積較小 ， 步進角一般為 度 或 15基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 18 度； 反應(yīng)式步進電機一般為三相 ， 可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出 ， 步進角一般為 度 ， 但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子 磁路 由軟磁材料制成 ， 定子上有多相勵磁繞組 ， 利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和 六 相 :兩相步進角一般為 度而 六 相步進角一般為 度。 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 19 第三章 硬 體 設(shè)計 本次方案的硬件設(shè)計主要包括電源設(shè)計、單片機最小系統(tǒng)設(shè)計、電機驅(qū)動設(shè)計、功能按鍵設(shè)計以及狀態(tài)顯示設(shè)計。電源電路的設(shè)計為整個系統(tǒng)提供 +5V 的工作電壓；最小系統(tǒng)保 證單片機的正常工作；電機驅(qū)動設(shè)計主要通過功率放大芯片 ULN3002A 對電機實現(xiàn)驅(qū)動，并達到對卷簾門的自動控制；控制電路有三個按鍵組成 ， 控制著電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止 ， 從而實現(xiàn)車庫卷簾門的升降和停止 ， 由操作者根據(jù)實際需求進行操作；狀態(tài)顯示電路主要顯示車庫卷簾門三種工作狀態(tài)。 電源設(shè)計 首先，我們要明白 對于任何一個基于 51 單片機設(shè)計的系統(tǒng)電源的供應(yīng)是必不可少的，由于單片機屬于微型控制計算機，所以承受不了過大的電壓，一般的情況下，只需對其外供 +5V電壓即可保證單片機正常工作。一般的設(shè)計方案由 USB 直接 供電和采用三端穩(wěn)壓芯片 7508+整流橋來實現(xiàn)對單片機的供電。 此次方案的電源設(shè)計部分，由于外供 +9～ +36V 電壓，故直接通過三端穩(wěn)壓芯片 7805 和若干電容、電阻對外供電壓進行降壓并穩(wěn)壓處理，省去了整流橋，從而達到為單片機 AT89S51 提供 +5V工作電壓的目的。電路原理圖如圖所示 : 基于 MCS51 單片機車庫卷簾門自動控制的設(shè)計與實現(xiàn) 20 單片機復位電路 復位是單片機的初始化工作，其作用是使 CPU 和系統(tǒng)中的其他部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。一般在系統(tǒng)上電，或者程序死機的時候需要進行單片機的復位動作 MCS51 的 RST 引腳是復位 信號輸入端，高電平有效，持續(xù)時間要在24 個時鐘周期以上，方可達到復位效果。單片機復位后，