【正文】 A,R4；鍵入口MOV A,R2MOVX R1,A；首列掃描字送鍵入口RL AMOV R2,AMOVX R1,ARL AMOV R2,AINC R1 MOVX A,R1結(jié)論基本實現(xiàn)如下功能：鍵盤（44），控制步進電動機的拍數(shù)（雙四拍/四相八拍）的選擇，是電機正反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速級速選擇（0—F級），電機步數(shù)的精確定位。從而確定了本設(shè)計系統(tǒng)的具體任務(wù)細節(jié)及軟件結(jié)構(gòu)。圖44 74LS373鎖存器第五章 軟件設(shè)計5．1 軟件設(shè)計流程圖單片機應(yīng)用系統(tǒng)的軟件設(shè)計是設(shè)計中最基本而且是最重要的一個環(huán)節(jié)。其中輸入端1D~8D接至單片機的P0口，輸出端提供的是低8位地址，G端接至單片機的地址鎖存允許信號ALE。OE為輸出允許端；當OE為“0”時，三態(tài)門打開；當OE為“1”時，三態(tài)門關(guān)閉，輸出呈高阻狀態(tài)。1Q—8Q為8個輸出端。 譯碼器及電子鎖存器 3—8譯碼器：74LS138EEE3為數(shù)據(jù)允許輸入端，EE2低電平有效，E3高電平有效；A、B、C為譯碼器信號輸入端；Y0—Y7，為譯碼輸出信號，低電平有效。而單片機應(yīng)用系統(tǒng)在工作時，并不經(jīng)常需要鍵輸入，因此CPU經(jīng)常還是處于空掃描狀態(tài)。中斷控制方式又分兩種：（1）定時控制方式CPU對鍵盤的掃描采用定時方式，即每隔一定時間對鍵盤掃描一次，在這種方式中，通過利用單片機內(nèi)部的定時器，產(chǎn)生定時時間的定時中斷后，在中斷服務(wù)程序中對鍵盤進行掃描。在程序控制方式中，CPU的空閑時間需要安排鍵盤掃描程序，但有可能多數(shù)時間里CPU處于空掃描狀態(tài)。在實際應(yīng)用中要想做到既能及時響應(yīng)鍵盤操作，有不過多占用CPU的工作時間，就要根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)中CPU的忙閑情況，鍵盤的使用頻率等來適當?shù)倪x擇鍵盤的控制方式。（4）輸出確定的鍵盤以滿足散轉(zhuǎn)程序的要求。鍵盤的掃描由鍵盤掃描控制程序來完成，在這個控制程序中應(yīng)主要解決下述任務(wù)：（1）監(jiān)測有無按鍵按下（2）有鍵按下后， 在無硬件去抖動電路時，應(yīng)用軟件延時的方法消除抖動的影響；（3）有可靠的、滿足要求的邏輯處理方法如鍵盤鎖定功能，即只處理一個鍵，其間任何一個按下又松開的鍵不產(chǎn)生影響。為了保證CPU對鍵盤的一次閉合僅作一次輸入處理，必須去除抖動影響。而微機對鍵盤進行一次掃描僅需幾百微秒。目前，無論是按鍵或鍵盤大部分都是利用機械觸點的合、斷作用。以次類推，用同樣方法檢查其余的兩根列線上有無鍵閉合。若Y0這列上沒有鍵閉合，接著使列線Y1為低電平，其余三根列線Y0、YY3為高電平。在微機控制下，先使列線Y0為低電平，其余三根YYY3均為高電平。例如9號鍵按下時，行線X2和Y1短路，此時行線X2的電平由Y1決定。44的鍵盤結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中行線通過電阻接+5V，當鍵盤沒有鍵閉合時，所有的行線（X0—X3）和列線（Y0—Y3）斷開，行線均呈高電平。這種鍵盤使用方便，但需較多的硬件、價格貴，一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。EA=1時，地址不超過0FFFH，只訪問片內(nèi)ROM/EPROM，然后是訪問外部程序存儲器的1000H—FFFFH單元，對片內(nèi)無ROM無EPROM單片機，擴展時EA必須接低電平。EA：用來選擇片內(nèi)或片外程序存儲器。ALE：地址鎖存允許，用于鎖存P0口場出的低8位地址控制線。系統(tǒng)擴展用控制線有WR、RD、PSEN、ALE、EA。對于一條控制信號而言，其傳送方向是單向的。數(shù)據(jù)總線一般要連多個外圍芯片上，那個芯片的數(shù)據(jù)通道則由地址控制各個芯片的片選線來選擇。（DB）數(shù)據(jù)總線（DATA BMS）用于單片機與存儲器之間或單片機與I/O端口之間傳送數(shù)據(jù)，單片機系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的位數(shù)與其處理數(shù)據(jù)的字長一致，數(shù)據(jù)總線總是雙向的。P2口本身具有輸出鎖存功能，故不需外加鎖存器。由于P0口用作數(shù)據(jù)總線口，只能分時用作地址總線，故P0口的低8位地址信息必須用鎖存器鎖存。地址總線的目的決定了可直接訪問的存儲單元的數(shù)據(jù)。（AB）地址總線（Address Bus）用于傳送單片機發(fā)出的地址信號，以便進行存儲單元和I/O端口的選擇。 單片機的片外總線結(jié)構(gòu) 單片機的片外總線結(jié)構(gòu)單片機是通過其片外引腳進行系統(tǒng)擴展的，即在片外連接相應(yīng)的外圍芯片以滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，總線是連接系統(tǒng)中各擴展部件的一組公共信號線。P1—P3口的輸出級均接有內(nèi)部上拉電阻，它們的每一位輸出可驅(qū)動3個LSTTL輸入。例如，若用一口位去驅(qū)動一個晶體管的基極，當向此口位寫“1”時，晶體管導通，并把引腳的電平拉低，這時若從引腳上讀取數(shù)據(jù)，則讀的是晶體管的基極電平，與地址鎖存器的狀態(tài)1不一樣。例如，讀P1口引腳指令為MOV A，P1。例如：INC P2，CLR P1，A等。讀鎖存器指令是從鎖存器中讀取數(shù)據(jù)，送CPU處理，再把處理后的數(shù)據(jù)重新寫入鎖存器中，這類指令稱為讀—修改—寫指令。當P3口作為第二輸出功能使用時，應(yīng)先將輸出鎖存器置“1”，不論作為輸入口使用還是第二功能信號插入，鎖存器輸出和第二功能端都應(yīng)保持高電平。而P2口余下的幾位仍可作通用I/O使用。因此，根據(jù)訪問外部RAM的頻繁程度，P2口仍可利用其中訪問間隙作通用I/O口用。在讀/寫周期內(nèi)，P2口引腳將保持高8位地址信息。在無外部程序存儲器而擴展有外部數(shù)據(jù)存儲器的系統(tǒng)中，P2口的使用情況有所不同，若外接RAM容量為256B，則可用MOVX Ri類指令由P0口送出8位地址，這時P2口仍可作通用I/O口使用。當P2口用來作通用I/O口時，是一個準雙向口。同P1口一樣，P2口內(nèi)部也接有固定的上拉電阻。當P1口用作輸入口時，也應(yīng)先用軟件使輸出鎖存器置1，使FET截止，處于高阻狀態(tài)，然后再通過緩沖器進行輸入操作。在電路結(jié)構(gòu)上，P1口的輸出驅(qū)動部分與P0口不同，內(nèi)部有上拉負載電阻與電源相連，與場效應(yīng)管FET共同組成輸出驅(qū)動電路。在有外部擴展存儲器時，P0口必須作地址/數(shù)據(jù)總線用，這時就不能在把它作為通用的I/O口使用了。因此，在輸入數(shù)據(jù)時，應(yīng)先把P0口置1，使兩個輸出FET均關(guān)斷，使引腳置“1”，成為高阻狀態(tài)，這樣才能正確的插入數(shù)據(jù)。因此，對某些I/O指令可讀取鎖存器的內(nèi)容，而另外一些指令則是讀取引腳上的信息。在CPU的“寫鎖存器”信號驅(qū)動下，將內(nèi)部總線上的數(shù)據(jù)寫入鎖存器中。在具有片外擴展的系統(tǒng)中，P2口作為高8位地址線，P0口雙向總線，分別送出低8位地址和數(shù)據(jù)的輸入/輸出。每個端口都包含一個鎖存器、一個輸出驅(qū)動器和一個輸入緩沖器。 并行輸入/輸出端口結(jié)構(gòu)MCS—51單片機內(nèi)有四個8位并行I/O端口，分別記作P0、PP2和P3。MCS—51的指令周期含1—4個機器周期不等，其中多數(shù)為單周期指令，還有2周期和4周期指令。MCS—51的一個機器周期含有6個時鐘周期。為便于管理，常把一個指令的執(zhí)行過程劃分為若干個階段，每一個階段完成一個基本操作，例如，取指令、存儲器讀/寫等。時鐘周期是計算機中最基本的時間單位，在一個時鐘周期內(nèi)，CPU完成一個最基本的動作。指為單片機提供定時信號的振蕩源的周期，若為內(nèi)部產(chǎn)生方式時，為石英晶體的振蕩周期。計算機在執(zhí)行指令時，一條指令經(jīng)譯碼后產(chǎn)生若干個基本的微操作，這些微操作所對應(yīng)的脈沖信號在時間上的先后次序稱為計算機的時序。（4）P3口（10—17）—8位帶有內(nèi)部上拉電阻的準雙向I/O口。在對片內(nèi)EPROM編程、校驗時，它接受高位地址。（3）P2口（21—28）—8位具有內(nèi)部上拉電阻的準雙向I/O口。在片內(nèi)EPROM編程及校驗時，他接受低8位地址。P0口能以吸收電流的方式驅(qū)動9個LSTTL負載。在外接存儲器時，P0口作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線復用口，通過分時操作，先傳送低8位地址，利用ALE信號的下降沿使地址鎖存，然后作為8位雙向數(shù)據(jù)總線使用，用來傳送8位數(shù)據(jù)。PSEN同樣能驅(qū)動8個LSTTL負載。在選取外部程序存儲器指令（或常數(shù)）時，每個機器周期產(chǎn)生兩次PSEN有效信號。ALE端能驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LSTTL負載。但要注意，每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖，以1/6（晶振頻率為6M）的振蕩頻率輸出。（3）ALE/PROG（30）—當訪問外部存儲器時，ALE（地址鎖存器允許）輸出用來鎖存P0口輸出的低8位地址。若使用片內(nèi)無ROM/EPROM的8031時，EA必須接地，CPU全部訪問外部程序存儲器。做為Vpd功能使用時，當VCC處于掉電情況下，此引腳可接上備用電源，只為片內(nèi)RAM供電，保持信息不丟失。在振蕩器工作時，此引腳上出現(xiàn)兩個機器周期的高電平使單片機復位。在采用外部振蕩器時用于輸入外部振蕩器信號。XTAL1（19）—片內(nèi)反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器，當采用外部振蕩器時接低電平。 MCS—51單片機引腳功能圖41為采用雙列直插式封裝的MCS—51系列單片機的引腳圖。%，所以U2有效值為：U2=220/=200 V 公式（41）由于變壓器副邊電壓經(jīng)電容濾波時的直流電壓為U3=U/，所以U3有效值為：U3=5/= V 公式（42）流經(jīng)二極管的平均電流為：IDI=1/2*I1=*= A 公式（43）二極管承受的最大反向電壓為：URMI=*U2=256 V 公式（44）URMI=*U3= V 公式（45）因此選用2CZ56B整流二極管線圈電阻為RL=UL/IL=220/=8406 Ω，RLC=（3—5）T/2，T=1/f= S，所以取RLC=4*T/2=2T= S 公式（46）得濾波電容為C=（47）則電容器承受的最高電壓為UCM=*200*=308 V 公式（48）選用標稱值為400V/560 μF的電解電容器同理，選用160V /10000 μF的電解電容器 單片機原理 MCS—51單片機因為單片機控制系統(tǒng)基于MCS—51系列的8051單片機，故就不詳盡介紹。交流電網(wǎng)電壓為220 V，交流電源頻率f=50 HZ。 系統(tǒng)模塊之五—各檔直流電源因步進電動機的驅(qū)動電壓為直流+220 V，而單片機電壓為直流+5 V，又因系統(tǒng)控制步進電動機功率不是很大，故采用單相橋式整流、電容濾波電路。從系統(tǒng)原理圖中看出，上電時，剛接通電源，電容相當于瞬間短路，+5 V立即加到RST/VPD端，該高電平使8051全機自動復位，即上電復位；若運行過程中需要程序從頭執(zhí)行，只需按動按鈕A即可。當8051的ALE及PSEN兩引腳輸出高電平，RST引腳為高電平時，單片機復位。當開關(guān)置0（1）時，系統(tǒng)響應(yīng)中斷。兩個中斷分別為外部中斷0和外部中斷1?，F(xiàn)只將8155的一些控制字描述如下：8155控制字口：4000H8155 A口（字形）：4001H8155 B口（字位）：4002H8155 C口（鍵入口）：4003H8155控制寄存器狀態(tài)為01000011，即控制字為43H[9]。 系統(tǒng)模塊之三—人機接口電路因系統(tǒng)功能的需要，I/O口用8155可編程接口芯片進行了擴展。步進電動機的保護電路有過電流保護和短路保護，低電壓保護和過電壓保護；過熱保護；輸入信號異常保護等。該數(shù)據(jù)輸出端既可作為零狀態(tài)輸出線。例如，四相八拍時零狀態(tài)存儲內(nèi)容為FEH（A），改為存儲EEH。EPROM2716的管腳0E和CE分別為輸出容許和片選端，接地使之處于選通狀態(tài)，地址A4作為方式控制端，當A4=0時，選通0000H—000FH空間，為四相八拍狀態(tài)；當A4=1時，選通010H—01FH空間，為雙四拍狀態(tài)。當為高電平時，LS191為計數(shù)狀態(tài)；當為低電平時，LS191停止計數(shù)，而把數(shù)據(jù)端內(nèi)容裝入計數(shù)器。LS191第五個腳為加、減速輸入控制端，用該控制端作為方向輸入的控制信號，當?shù)碗娖綍r執(zhí)行加法計數(shù)，既是正轉(zhuǎn)狀態(tài)；當為高電平時，執(zhí)行減法計數(shù)，既是反轉(zhuǎn)狀態(tài)。存儲器的內(nèi)容從數(shù)據(jù)線讀出，用低四位數(shù)據(jù)線（D0—D3）作為四相驅(qū)動器各相輸入線。系統(tǒng)時鐘脈沖從計數(shù)器74LS191的CP端引入，控制器發(fā)出的時鐘脈沖經(jīng)過LS14兩級施密特反向器，對時鐘進行整形，有一定的防干擾作用。 系統(tǒng)模塊之一—四相混合式步進電動機環(huán)形分配器本環(huán)形分配器有程序存儲器EPROM2716，計數(shù)器74LS191及施密特反相器LS14等組成。步進電動機的運轉(zhuǎn)是由脈沖信號控制的。步進電動機具有快速起動和停止的特點。第四章 硬件設(shè)計 單片機控制步進機系統(tǒng)原理圖及說明原理圖見設(shè)計說明書附圖。軟件陷阱是在程序存儲器的未使用的區(qū)域中，加上若干條空操作和無條件跳轉(zhuǎn)指令，無條件跳轉(zhuǎn)指令指向程序“跑飛”處理子程序的入口地址。在程序中對未用的中斷都編寫出相應(yīng)的錯誤處理程序，若因干擾觸發(fā)了這些中斷，則執(zhí)行完簡單的出錯處理程序后可以正常返回。為此可以在程序中插入一些單字節(jié)約定空操作指令NOP，失控的程序遲到該指令后得到調(diào)整而轉(zhuǎn)入正常。通?？梢圆扇∫韵乱恍┐胧阂?、程序中插入空操作指令實現(xiàn)指令冗余。、應(yīng)根據(jù)實際情況接到電源端、地端或已使用端。 硬件抗干擾措施根據(jù)干擾的產(chǎn)生及傳輸特點，在硬件上可以選取以下措施：。第二，要將整個系統(tǒng)軟件根據(jù)功能劃分為若干個相對獨立的模塊。第一，要正確地使用中斷。 軟件的可靠性設(shè)計在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，軟件就是系統(tǒng)的監(jiān)控程序。第三，在設(shè)計中應(yīng)考慮環(huán)境條件對硬件參數(shù)的影響，溫度、濕度、電源及各種干擾等。對于電阻和電容，要考慮其標稱值和誤差、額定功率、頻率特性及耐壓值等；對于CMOS集成電路，應(yīng)注意輸入電壓不