【正文】 O D/IP2.0P2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.3P2.4P2.5R/W ED0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7CS1CS2RSTBVEEBL+BLGNDVDDVL RSR/W\EN D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 BL+BLP2.0P2.1P2.2P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P 1. 0P 1. 1P 1. 2P 1. 3P 1. 4P 1. 5P 1. 6P 1. 7R E S E TP 3. 0P 3. 1P 3. 2P 3. 3P 3. 4P 3. 5P 3. 6P 3. 7X2X1G N DRESETP 3. 0P 3. 1V D DP 0. 0P 0. 1P 0. 2P 0. 3P 0. 4P 0. 5P 0. 6P 0. 7\ E \ A / V PA L EP S E NP 2. 7P 2. 6P 2. 5P 2. 4P 2. 3P 2. 2P 2. 1P 2. 0 圖 43 LED 顯示控制原理圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機(jī)的自動(dòng)伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 圖 44 步進(jìn)電機(jī)控制原理圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機(jī)的自動(dòng)伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 第五章 系統(tǒng)仿真與調(diào)試 仿真軟件的概述 本設(shè)計(jì)的仿真軟件采用 Proteus 軟件 和 Keil uVision2 軟件相結(jié)合的方法。本系統(tǒng)的主要功能是：繪制、修改和編輯電路原理圖；更新和修改電路圖零件庫；查看和編輯有關(guān)電路圖和零件庫的各種報(bào)表。其版本隨著操作平臺(tái)的不斷升級(jí)而升級(jí)，其特點(diǎn)是： (1)集成度高。 圖 42 是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主程序，他首先發(fā)出連續(xù)的脈沖信號(hào)， 電機(jī)根據(jù)脈沖信號(hào)的順序，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)， 從而實(shí)現(xiàn)伸縮門的開和關(guān)。 60 度，室外屏視角大于177。三基色屏分為全彩色 (full color),由紅色，黃綠色 (波長(zhǎng) 570nm)，藍(lán)色構(gòu)成及真彩色 (nature color),由紅色，純綠色 (波長(zhǎng) 525nm),藍(lán)色構(gòu)成。單色是指顯示屏只有一種顏色的發(fā)光材料，多為單紅色。每種基色具有的亮度等級(jí)稱為灰度級(jí)，灰度級(jí)越高，色彩再現(xiàn)越逼真。屏幕的分辨率越高，可以顯示的內(nèi)容越多 ，畫面越細(xì)膩，但是，分辨率越高，造價(jià)也就越昂貴。 LED 顯示屏橫向像素點(diǎn)數(shù)乘以縱向像素點(diǎn)數(shù)，即為屏體分辨率。它具有光電轉(zhuǎn)換效率高、驅(qū)動(dòng)電壓低，易于與計(jì)算機(jī)接口、使用壽命長(zhǎng)的特性，屏幕的大小可按需要無縫拼接，使 LED 成為制作平板顯示器的首選器件。 改變線圈激 磁的順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，每送一次激磁信號(hào)后要經(jīng)過一小段的時(shí)間延長(zhǎng)，這是為了讓步進(jìn)電機(jī)有足夠的時(shí)間建立磁場(chǎng)及轉(zhuǎn)動(dòng)。 若加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)時(shí)，轉(zhuǎn)子則會(huì)以一定的步數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)沒走一步，就要加一個(gè)脈沖信號(hào)，也稱激磁信號(hào)。還有的每步為 18176。需要走 200 步才能完成。本課題選得是 4 相 5 線的步進(jìn)電機(jī)，如圖 35 所示 圖 35 四相步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)，顧名思義，就是一步步走的電機(jī)，所謂“步”指的是轉(zhuǎn)動(dòng)角度，一般為 176。 M M0：工作方式選擇位。 GATE：門控信號(hào)位。 C/T— ：計(jì)數(shù)器或定時(shí)器選擇位。 TMOD 用于設(shè)置定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的工作模式，其各位的定義如表 33 所示。產(chǎn)生中斷時(shí)，硬件置位； CPU響應(yīng)中斷時(shí)，硬件清零。 1— 啟動(dòng)計(jì)數(shù)； 0— 停止計(jì)數(shù)。 TCON 中高 4 位用于控制定時(shí) /計(jì)數(shù)器的啟停以及產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出中斷標(biāo)志，其各位的定義如下表 32 所示。當(dāng)晶振為 12MHz 時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率為 500kHz，假如外部脈沖頻率高于此頻率，計(jì)數(shù)將出錯(cuò)。假如外部信號(hào)是周期性連續(xù)脈沖信號(hào)，則每過一個(gè)振蕩周期，計(jì)數(shù)器進(jìn)行一次加 1 計(jì)數(shù)。s 計(jì)數(shù)值加 1。 當(dāng) T/C 以定時(shí)器方式工作時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)加 1，計(jì)數(shù)頻率 = fosc / 12。 STC51 系列單片機(jī)中有至少有 2 個(gè)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 — T/C0 和 T/C1，它們既可以編程為定時(shí)器使用，也可編程為 計(jì)數(shù)器使用。 0000H0002H,只有三個(gè)存儲(chǔ)單元， 3 個(gè)存儲(chǔ)單元在我們的程序存放時(shí)是存放不了實(shí)際意義的程序的，通常我們?cè)趯?shí)際編寫程序時(shí)是在這里安排一條 ORG 指令，通過 ORG 指令跳轉(zhuǎn)到從 0033H 開始的用戶 ROM 區(qū)域，再來安排我們的程序語言。因此以上地址單元不能用于存放程序的其他內(nèi)容，只能存放中斷服務(wù)程序。 可見以上的 40 個(gè)單元是專門用于存放中斷處理程序的地址單元，中斷響應(yīng)后，按中斷的類型，自動(dòng)轉(zhuǎn)到各自的中斷區(qū)去執(zhí)行程序。 001BH— 0022H 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 中斷地址區(qū)。 000BH— 0012H 定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 中斷地址區(qū)。 其中一組特殊是 0000H— 0002H 單元，系統(tǒng)復(fù)位后， PC 為 0000H,單片機(jī)從0000H 單元開始執(zhí)行程序，如果程序不是從 0000H 單元開始，則應(yīng)在這三個(gè)單元中存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，讓 CPU直接去執(zhí)行用戶指定的程序。 STC89C51 片內(nèi)有 4kB 的程序存儲(chǔ)單元，其地址為 0000H— 0FFFH,單片機(jī)啟動(dòng)復(fù)位后，程序計(jì)數(shù)器的內(nèi)容為 0000H,所以系統(tǒng)將從 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 七個(gè)具有特殊含義的單元是： 0000H—— 系統(tǒng)復(fù)位， PC 指向此處； 0003H—— 外部中斷 0 入口 000BH—— T0 溢出中斷入口 0013H—— 外中斷 1 入口 001BH—— T1 溢出中斷入口 0023H—— 串口中斷入口 002BH—— T2 溢出中斷入口 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM物理上分為兩大區(qū)： 00H~ 7FH即 128B內(nèi) RAM和 SFR區(qū)。地址長(zhǎng)度： 16 位。 STC89C51 單片機(jī)在物理結(jié)構(gòu)上有四個(gè)存儲(chǔ)空間： 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 片外程序存儲(chǔ)器 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 程序內(nèi)存 ROM 的尋址范圍： 0000H~ FFFFH 容量 64KB。具有有位尋址功能，有較強(qiáng)的布爾處理能力。 ：對(duì)應(yīng)的行置 0，而列則采用掃描的方法來實(shí)現(xiàn)。其圖片如 22 所示。） ，八拍 （ AABBBCCCDDDAA。四相步進(jìn)電機(jī)可以在不同的通電方式下運(yùn)行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍 （ ABCDA。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個(gè)步距角）。 步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5V— DC12V。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。 STC89C51RC 單片機(jī)為很多 嵌入式控制系統(tǒng)性高且價(jià)廉的方案。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。 圖 21 自動(dòng)伸縮門系統(tǒng)整體框圖 器件的選擇 本課題設(shè)計(jì)所用到的的單片機(jī)是較為常見的 —— STC89C51RC，它 是一種帶4K 字節(jié) FLASH 存儲(chǔ)器 （ FPEROM— Flash Programmable and Erasable Read Only Memory） 的低電壓、高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 當(dāng)伸縮門的 兩側(cè)有人要進(jìn)出時(shí)，操控員按下啟動(dòng)按鈕，將脈沖 信號(hào)傳給主控器 單片機(jī) ，主控器判斷后通知 電機(jī) 運(yùn)行，同時(shí)監(jiān)控 電機(jī)的 轉(zhuǎn)數(shù)，以便通知 在非緊急情況下， 電機(jī) 能夠勻速 運(yùn)行 ；緊急情況下，電機(jī)能夠加速運(yùn)行。 （ 2）熟悉所需軟件的用法；通過仿真調(diào)試使得電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，電機(jī)正轉(zhuǎn)代表開門，電機(jī)反轉(zhuǎn)代表關(guān)門，而且電機(jī)能夠根據(jù)實(shí)際情況來進(jìn)行加減速控制，此外，自動(dòng)伸縮門的門頭上的點(diǎn)陣 LED 屏能夠根據(jù)不同的 C 語言程序來顯示不同的信息。具有一 定的使用和參考價(jià)值。 為了使 自動(dòng)伸縮 門能夠更好的為 人們和各種企業(yè)單位 服務(wù) , 需要 得到一種電路簡(jiǎn)單，軟件功能完善，控制系統(tǒng)可靠，性價(jià)比較高的 自動(dòng)伸縮門 系統(tǒng)，本 課題 研究 的 一種 基于單片機(jī)的 自動(dòng) 伸縮 門控制系統(tǒng) ,該系統(tǒng)以 STC89C51RC作為控制核心，步進(jìn) 電機(jī)、 LED 顯示屏 相結(jié)合的系統(tǒng)。自動(dòng) 伸縮 門控制系統(tǒng)成為 學(xué)校 、 公司 等人流密集地疏導(dǎo)人流、控制出入的首選。 數(shù)據(jù)處理 完成必要的數(shù)據(jù)采集、分 析處理、計(jì)算、顯不、記錄等。 監(jiān)控。 在電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)中，微機(jī)主要完成下列工作： 實(shí)時(shí)控制。 電動(dòng)機(jī)調(diào)速及其位置伺服控制。 復(fù)雜的電機(jī)微機(jī)控制主要用于以下兩個(gè)方而： 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等自動(dòng)化設(shè)備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)，其中電動(dòng)機(jī)都是由微機(jī)控制的。但矢量控制比較復(fù)雜，用傳統(tǒng)的模擬電路或數(shù)字電路根難做到，而應(yīng)用微機(jī)控制 。交流電動(dòng)機(jī)采用正弦脈寬調(diào)制方式進(jìn)行變額調(diào)速是比較理想的， 但若要用普通的模擬電路或數(shù)字電路完成這任務(wù)，電器相當(dāng)復(fù)雜．用微機(jī)控制就簡(jiǎn)單多了。 但帶有機(jī)械按向器，有機(jī)械磨損及換向火化等問題；交流電動(dòng)機(jī)，不論是異步電動(dòng)機(jī)還是同步電動(dòng)機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單 。 通過微機(jī)控制，電機(jī)的性能有很大的提高。 按一定的規(guī)律控制各類電機(jī)的動(dòng)作。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機(jī)來控制各類電機(jī)．完成備種新穎的、高性能的控制策略，是電機(jī)的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，是電機(jī)的性能更符合使用要求，還可以制造山便于控制納新型電機(jī)，使電機(jī)山現(xiàn)新的而貌。 隨著大 規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的性能越來越高，價(jià)格也越來越便宜。作為數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，伺服系統(tǒng)將電力電子器件、控制、驅(qū)動(dòng)及保護(hù)等集為一體，并隨著數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)、特種電機(jī)材料技術(shù)、微電子技術(shù)及現(xiàn)代控制技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷了從步進(jìn)到直流，進(jìn)而到交流的發(fā)展歷無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機(jī)的自動(dòng)伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 程。這類系統(tǒng)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)角，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械 能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)要求。還有一類控制叫復(fù)雜控制，是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。 電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。據(jù)資料顯示，在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來自電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展 電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范 圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。因此，單片機(jī)的學(xué)習(xí)、開發(fā)與應(yīng)用將造就一批計(jì)算機(jī)應(yīng)用與智能化控制的科學(xué)家、工程師 。導(dǎo)彈的導(dǎo)航裝置，飛機(jī)上各種儀表的控制，計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動(dòng)化過程的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理，廣泛使用的各種智能 IC 卡，民用豪華轎車的安全保障系統(tǒng)，錄像機(jī)、攝像機(jī)、全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制，以及程控玩具、電子寵物等等，這些都離不開單片機(jī)。 處理功能強(qiáng)，速度快。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，實(shí)現(xiàn)模塊化 。 單片機(jī)的硬件特性 ： 單片機(jī)集成度高。一個(gè)可視化高級(jí)語言編寫的小程序里面即使只有一個(gè)按鈕，也會(huì)達(dá)到幾十 K 的尺寸！對(duì) 于家用 PC 的硬盤來講沒什么，可是對(duì)于單片機(jī)來講是不能接受的。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。 它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場(chǎng)控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用 PC）的主要區(qū)別。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、 VCD等等的家電里面都可以看到它的身影 ?；谶@一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn) 在還在廣泛