【導(dǎo)讀】發(fā)出的新一代保健器材。本設(shè)計(jì)所選擇的是電子按摩器中的震動(dòng)按摩椅，利用單片機(jī)。PWM控制直流步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而控制震動(dòng)的快慢和幅度。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖。組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成比例。它易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其它數(shù)字元件接口，適用于。本文介紹了基于AT89C51單片機(jī)的按摩椅調(diào)速系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。收到信號(hào)后，轉(zhuǎn)化成步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖，然后通過單片機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，以帶動(dòng)絲桿傳動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而控制進(jìn)步電機(jī)運(yùn)動(dòng)。通過按鍵，用戶可以讓按摩機(jī)工作在。光二極管顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)。此按摩椅具有顯示直觀、功能多樣、電路簡潔、成本。低廉等諸多優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。

　　

【正文】 電機(jī)運(yùn)行超時(shí)）。 6） 發(fā)光二極管指示部分。按摩椅在各種工作狀態(tài)下使不同二極管發(fā)光以明確表示按摩椅的運(yùn)行情況。 單片機(jī)的選擇 AT89C51 是一種高性能的 8 位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè) 4KB 的 Flash 可編程 ,可擦除只讀存儲(chǔ)器 (EPROM)，它采用了 COMS 工藝和公司 ATMEL 的高密度非易失性存儲(chǔ)器(NURAM) 技術(shù) ,而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MSC－ 51 兼容。片內(nèi)的 Flash 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來編程。因此 AT89C51是一種功能強(qiáng) ,靈活性高 ,且價(jià)格合理的單片機(jī) ,可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。 AT89C51 的主要性能 [24] ● 4KB 可改編程序 Flash 存儲(chǔ)器 (可經(jīng)受 1000 次的寫入 /擦除 ). 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 19 ●全靜態(tài)工作 :0Hz～ 24MHz. ● 3級(jí)程序存儲(chǔ)器保密 . ● 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM. ● 32 條可編程 I/O 線 . ● 2個(gè) 16位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 . ● 6個(gè)中斷源 . ●可編程串行通道 . ●片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 . 另外 ,AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計(jì)的 ,其工作頻率可下降到 0Hz,并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 — 空閑方式 (Idle Mode)和掉電方式 (Power Down Mode).在空閑方式中 ,CPU 停止工作 ,而 RAM,定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 ,串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 .在掉電方式中 ,片內(nèi)振蕩器停止工作 ,由于時(shí)鐘被“凍結(jié)” ,使一切功能都暫停 ,故只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容 ,直到下一次硬件復(fù)位為止 [25]。 AT89C51 引腳功能說明 圖 是 AT89C51 的引腳結(jié)構(gòu)圖 ,有雙列直插封裝 (DIP)方式和方形封裝方式 ,下面分別敘述這些引腳的功能 . (1)主電源引腳 ① VCC 電源端 . ② GND:接地端 . (2)外接晶體引腳 XTAL1 和 XTAL2 ① XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳 .在單片機(jī)內(nèi)部，它是構(gòu)成片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸入端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接受振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 ② XTAL2：接外部晶體的另一個(gè)引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端 .，采用外部振蕩器時(shí) ,此引腳應(yīng)懸浮不連接。 ③單片機(jī)外接電路 片內(nèi)電路與片外器件就構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)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)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz之間選取。 C C2 是反饋電容，其值在 5pF～ 30pF 之間選取，典型值為 30pF。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。這樣就確定了單片機(jī)的 4個(gè)周期分別是： 振蕩周期＝ 1/12 s? ；機(jī)器周期（ SM）＝ s?1 ； 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 20 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345678(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40AT89C511212M30pFC130pFC2SB0560R10VCC30pFC3VCC 圖 AT89C51 模塊 XTAL1 和 XTAL2：片內(nèi)振蕩電路輸入線，這兩個(gè)端子用來外接石英晶體和微調(diào)電容。在石英晶體的兩個(gè)管腳加交變電場時(shí)，它將會(huì)產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。一般情況下 ，無論是機(jī)械振動(dòng)的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時(shí)，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。即用來連接 AT89C51 片內(nèi) OSC 的定時(shí)反饋回路。石英晶振起振后要能在 XTAL2 線上輸出一個(gè) 3V 左右的正弦波，以便使 AT89C51 單片機(jī)內(nèi)的 OSC 電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常， OSC 的輸出時(shí)鐘頻率為 ，典型值為 12MHz 或者 。電容 C1 和 C2 可以幫助起振，典型值為 30pF，調(diào)節(jié)它們可 以達(dá)到微調(diào)的目的 [26]。 單片機(jī)在開機(jī)時(shí)都需要復(fù)位，以便中央處理器 CPU 以及其他功能部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。單片機(jī)的復(fù)位后是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，在時(shí)鐘電路工作后，只要在單片機(jī)的 RST 引腳上出現(xiàn) 24 個(gè)時(shí)鐘振蕩脈沖（ 2 個(gè)機(jī)器周期）以上的高電平，單片機(jī)便可實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。 MCS51 單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端。例如：若 MCS51 單片機(jī)時(shí)鐘頻率為 12MHz。 上電瞬間， RST 端的電位與 VCC 相同，隨著電容的逐步充電， RST 端的電位逐漸下降，此時(shí)ζ =22 106 1 103=， RST端出現(xiàn) 5 1000／ 1200≈ ，使單片機(jī)復(fù)位。 (3)控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST,ALE/PROG,PSEN 和 EA/Vpp. 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 21 ① RST：復(fù)位輸入端 .當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí) ,在該引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 ② ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí) ,ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié) .即訪問外部存儲(chǔ)器 ,ALE 仍以不變的頻率 (此頻率為振蕩器頻率的 1/6)周期性地出現(xiàn)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。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。 如果需要的話 ,通過對(duì)專用寄存器 (SFR)區(qū)中 8EH 單元的 D0 位置數(shù) ,可禁止 ALE操作。該位置數(shù)后 ,只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間 ,ALE 才會(huì)被激活 .另外 ,該引腳會(huì)被微弱拉高 ,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí) ,該設(shè)定禁止 ALE 位無效。 ③ PSEN：程序存儲(chǔ)允許 (PSEN)輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。當(dāng) AT89C51由外部程序存儲(chǔ)器取指令 (或常數(shù) )時(shí) ,每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN有效 (即輸出 2個(gè)脈沖 ).但在此期間內(nèi) ,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)。 ④ EA/VPP 外部訪問允許端 ,要使 CPU 只訪問外部存儲(chǔ)器 (地址為 0000H— FFFFH),則 EA 端外部必須保持低電平 (接到 GND 端 )然而要注意的是：如果保密被編程 ,復(fù)位時(shí)在內(nèi)部會(huì)鎖存 EA端的狀態(tài)。 當(dāng) EA 端保持高電平 (接 VCC 端 )時(shí) ,CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在Flash 存儲(chǔ)器編程期間 ,該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 VPP(如果選用 12V 編程 )。 (4).輸入 /輸出引腳 — ,— ,— ,— ① P0 端口 (— )： P0是一個(gè) 8位漏極開路型雙向 I/O 端口 .作為輸出端口用時(shí) ,每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 輸入 ,對(duì)端口寫 1 時(shí) ,又可作為高阻抗輸入端用。 在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí) ,它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址 (低 8 位 )/數(shù)據(jù)總線 ,在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。 在 Flash 編程時(shí) ,P0 端口接受指令字節(jié) 。而在校驗(yàn)程序時(shí) ,則輸出指令字節(jié) .驗(yàn)證時(shí) ,要求外接 上拉電阻。 ② P1 端口 (— )： P1 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位 I/O 端口。 P1的輸出緩沖 器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4個(gè) TTL輸入 .對(duì)端口寫 1時(shí) ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時(shí)可用作輸入口 ,P1 口作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 ,那些被外部信號(hào)低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 ③ P2 端口 (— ):P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 .P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4個(gè) TTL輸入 .對(duì)端口寫 1時(shí) ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時(shí)可用作輸入口 .P2 作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻 ,那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 22 在訪問外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (如執(zhí)行 MOVX@DPTR 指令 )時(shí) ,P2送出高 8位地址。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)寄存器 (如執(zhí)行 MOV@RI指令 )時(shí) ,P2口引腳上的內(nèi)容 (就是專用寄存器 (SFR)區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容 )在整個(gè)訪問期間不會(huì)改變。 P3 端口 (— ):P3 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 .P3 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4 個(gè) TTL 輸入。對(duì)端口寫 1 時(shí) ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時(shí)可用作輸入口。 P3 作輸入口使用時(shí) ,因?yàn)閮?nèi)部的上拉電阻 ,那些 被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。 1） 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 /（五相電機(jī)）、 /（二、四相電機(jī)）、 度 /3 度 （三相電機(jī)）等。 2） 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 23倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 3） 電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參 考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） 4） 力矩與功率換算 步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下 [27]： P= ΩM Ω=2πn/60 P=2πnM/60 （ 1） 其 P為功率單位為瓦， Ω 為每秒角速度，單位為弧度， n 為每分鐘轉(zhuǎn)速， M為力矩單位為牛頓 米 P=2πfM/400 (半步工作） （ 2） 其中 f為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS) 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 23 在步進(jìn)電機(jī)的選取上，我選擇 45ZY2425N 型步進(jìn)電機(jī)，如圖 所示。 45ZY直流電機(jī)，采用稀土材料，具有性能穩(wěn)定、力矩強(qiáng)勁特點(diǎn)。碳刷采用外置式，具有更換方便等特點(diǎn)，碳刷等是采用國內(nèi)外最好碳刷生產(chǎn)企業(yè)的部件，可以延長電機(jī)的使用壽命。是小型機(jī)械設(shè)備、醫(yī)用保健按摩產(chǎn)品等首選小功率驅(qū)動(dòng)源。 圖 45ZY2425N型步進(jìn)電機(jī) 45ZY2425N型步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)： 品牌： LINIX/聯(lián)宜 型號(hào)： 45ZY2425N 適用范圍：按摩椅、足療等 額度電壓： 24（ V） 額度電流： （ A） 額度轉(zhuǎn)速： 3000（ rpm） 額度功率： 25（ W） 空載電流： （ A） 空載轉(zhuǎn)速： 3800（ rpm） 尺寸： 35 25 25（ cm） 最大負(fù)載： 200（ Kg） 橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機(jī)有限公司創(chuàng)建于 1968 年，現(xiàn)點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)、全國精神文明建設(shè)先進(jìn)單位、全國青為國家重年文明號(hào)。公司擁有國家級(jí)電機(jī)技術(shù)中心、浙江省高新技術(shù)研發(fā)中心，公司擁有完善的質(zhì)量保證體系，已通過 ISO9001:2021 質(zhì)量管理體系、 ISO/TS16949 汽 車行業(yè)質(zhì)量管理體系、 ISO14001 環(huán)境管理體系認(rèn)證。公司產(chǎn)品均通過 “CCC” 、 “CE” 、 “CUL” 認(rèn)證。 LINIX 產(chǎn)品以優(yōu)異的性能、良好的服務(wù)獲得國內(nèi)外客戶的一致好評(píng)，主導(dǎo)產(chǎn)品占國內(nèi)市場的 70%以上份額，并出口到歐洲、美洲、非洲、東南亞等一百多個(gè)國家和地區(qū)，出口勢頭迅猛，客戶中有世界 500 強(qiáng)企業(yè) 20 家。 公司目前已形成電機(jī)、減速器、電子制品、電氣制品等四大類 300 多個(gè)規(guī)格 3000 多個(gè)品種的 430萬臺(tái)年產(chǎn)能，產(chǎn)品廣泛應(yīng)