【正文】 圖 單片機(jī)端口分配及功能 其中 P 0 口用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1－ 5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 5．每對(duì) Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè) ALE ／ PROG 編程脈沖。 3．激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 編程方法： 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 16 編程前 ，須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)， AT89S51 編程方法如下： 1．在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。編程方法可通過傳統(tǒng)的 EPROM 編程器使用高電壓（ +12V）和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程。 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒 有 特殊要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF 177。對(duì)外接電容 Cl、 C2 雖然沒 十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。這個(gè)放大器與作為反饋 元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器 。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ： AT89S51 的具 128 字節(jié)的內(nèi)部 RAM，這 128 字節(jié)可利用直接或間接尋址方式訪問，堆棧操作可利用間接尋址方式進(jìn)行， 128 字節(jié)均可設(shè)置為堆棧區(qū)空間。在 AT89S51，假如 EA 接至 Vcc（電源 +），程序首先執(zhí)行地址從 0000H－ 0FFFH （ 4KB）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為 1000H－ FFFFH （ 60KB）的外部程序存儲(chǔ)器。 178。 178。 178。 178。 如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為0000H－ FFFFH）， EA 端必須保持低電平（接地）。 178。 PSEN：程序儲(chǔ)存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng) AT89S51 由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次 PSEN 有 效，即輸出兩個(gè)脈沖。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 無效。如 必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。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。 ALE ／ PROG：當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 DISRT0 位缺 為 RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)， RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 具體功能如表 所示 表 P3 口的 引 腳及功能 端口引腳 第二功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） INT0（外部中斷 0） INT1（外部中斷 1） T0（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 0 外部輸入） 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14 T1（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 1 外部輸入） WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） 178。作輸入端時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流 （ IIL ）。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 178。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行 MOVXRi 指令）時(shí)， P2 口線上 的內(nèi)容 （也即特殊功能寄存器（ SFR）區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （ IIL ）。 178。對(duì)端口寫“ l”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。 178。在 F1ash 編程時(shí)， P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口寫“ l”可作為高阻抗輸入端用。 GND：地 178。 178。掉電方式保存 RAM 的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所 有 部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位 。同時(shí)， AT89S51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種 軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電標(biāo)識(shí)和快速編程特性 178。 中 斷可從空閑模喚醒系統(tǒng) 178。全雙 工串行 UART 通道 178。 2 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器 178。 8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 178。三級(jí)程序加密鎖 178。 － 的工作電壓范圍 178。 4k 字節(jié)在系統(tǒng)編程（ ISP） Flash 閃速存儲(chǔ)器 178。 主要性能參數(shù) 178。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 11 AT89S51 簡介 AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能 CMOS8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 4kbytes 的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲(chǔ)器 ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù) 生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) 8051 指令系統(tǒng)及引腳。然后是基于我的設(shè)計(jì)方案，比較簡單的但有條理的描述了系統(tǒng)的各個(gè)部分的組成以及其對(duì)應(yīng)的基本功能。采用了中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳的及時(shí)的控制。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊主要是檢測(cè)通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電流，然后通過運(yùn)放將檢測(cè)到的信號(hào)放大，最后將放大后的信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片 ADC0804處理后送給單片機(jī)。 串口下載模塊主要是負(fù)責(zé)實(shí)行計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間的通信，將在計(jì)算機(jī)里面編寫好的程序下載到 單片機(jī)芯片當(dāng)中。與此同時(shí)，單片機(jī)將會(huì)把電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以及電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流通過數(shù)碼管顯示出來。具體框圖如圖 所示： 獨(dú) 立 按 鍵 控 制 模 塊計(jì) 算 機(jī)串 口 通 信 模塊單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 模塊步 進(jìn)電 機(jī)數(shù) 碼 管 顯示 模 塊驅(qū) 動(dòng) 電 流 檢 測(cè) 模 塊 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 10 圖 系統(tǒng)總體框圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的 控制核心，它主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖，通過單片機(jī)的軟件 編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小與單片機(jī)輸出的脈沖數(shù)成正比步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與輸出的脈沖頻率成正比，而步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的的方向與輸出的脈沖順序有關(guān)。 、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制； 12V，電流為 的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 9 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)的方案簡述與設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89S51 來作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298 及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 (8) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度是步進(jìn)角的 3%~5%，且步距誤差不會(huì)長期積累。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。 (5) 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候具有自鎖功能。 (3) 改變驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖的順序，可以方便的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自 身陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)概述 8 阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。 兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種，其中我們?cè)趫D 和圖 中展示的都叫做兩相四拍工作模式，而下面的 圖展示的就是兩相八拍工作模式 [8] [9]。在每交換半步的過程中，由于其中一個(gè)繞組沒有通陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)概述 7 電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。見圖 。例如，一個(gè) 90176。 圖 兩相電機(jī)的雙相通電步進(jìn)順序 步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式 電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。 兩相步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對(duì)直。在第 4 步中，兩相定子的 b 相和 A 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step4 位置。 在第 2 步中，兩相定子的 A 相關(guān)閉，而 B 和 a 相（此時(shí)的 a 相通電極性與第 1 步 A 相反）同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step2 位置。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見圖 所示。 圖 兩相電機(jī)的單相通電步進(jìn)順序 兩相電機(jī)的 雙 相通電步進(jìn)順序 圖 中顯示的步進(jìn)順序稱為“單相激勵(lì)”步進(jìn)。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按 90176。在第陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)概述 5 3 步中， B 相關(guān)閉 、 A 相通電，但極性與第 1 步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn) 90176。在第 1 步中，兩相定子的 A 相通電，因異性相吸，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。通過改變定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 通過電磁感應(yīng)定律 我們很容易知道 激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，見圖 所示。 電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子 繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 目的更注重整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) [7]。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。目 前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī) [7]。 陜西航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)概述 3 第 2 章 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上 講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。市場(chǎng)上有很多現(xiàn)成的步進(jìn)電機(jī)控制機(jī)構(gòu)，但價(jià)格都偏高。 由于步進(jìn)電機(jī)具有控制方便、體積小等特點(diǎn)，所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化儀表、繪圖機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。 1． 3 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用前景 目前，隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)以及電動(dòng)機(jī)本體的發(fā)展和變化，傳統(tǒng)電機(jī)分類間的界面越來越模糊。 70 年代中期至 80 年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動(dòng)機(jī)不斷被開發(fā)。 70 年代初期，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)和研究有所突破。從 50 年代后期到 60 年代后期，主要是高等院校和科