【正文】 機(jī)電樞直流輸出電源線在傳輸途中任意極性連接，容忍了的反接差錯(cuò)，使電路中的接線在使用時(shí)大為方便并具有安全保證。 *本系統(tǒng)在工作、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。 *典型的 MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。 AT89C51 是一種帶有 4KB Flash 可編程、電可擦除只讀存儲(chǔ)器（ E2PROM）的低壓、高性能 8 位 CMOS 微型計(jì)算機(jī)。基于以上特點(diǎn)，在需要 I/O 線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。 RS485 接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機(jī)電一 體化產(chǎn)品等眾多領(lǐng)域。在這里，我將采用型號(hào)為 SN75LBC176，它的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32，采用半雙工通訊。 X5045 的片內(nèi)存儲(chǔ)器容量為 4K bit（或 512字節(jié)）。隨著計(jì) 算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域，以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開(kāi)關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（ Pulse width modulation,簡(jiǎn)稱 PWM） 控制方式已成為絕對(duì)主流。 以下簡(jiǎn)單介紹利用單片機(jī)和脈寬調(diào)制控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速控制的實(shí)例。按照發(fā)出不同的控制命令，使二維步進(jìn)電機(jī)分別作正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，快轉(zhuǎn)，慢轉(zhuǎn)和停止等動(dòng)作，還可自 成系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行。 接口電路實(shí)現(xiàn)上位機(jī)串行口信號(hào)與單片機(jī) 信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的正常通信。在脫離工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的控制時(shí)，還要保證系統(tǒng)能按一定程序自動(dòng)運(yùn)行。該系統(tǒng)對(duì)以單片機(jī)AT89C51 為主的控制系統(tǒng)進(jìn)行了硬件設(shè)計(jì)，并在此設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上給出相應(yīng)的原理圖和硬件開(kāi)發(fā)板。硬件設(shè)計(jì)主要解決的是設(shè)計(jì)一個(gè)典型的單片機(jī)系統(tǒng)，它主要包含：主回路，負(fù)載回路，無(wú)極性輸入等。在本章中將介紹與本論題相關(guān)的發(fā)展 狀況和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出本課題所研究的主要工作，并簡(jiǎn)單介紹了論文的安排。本章將針對(duì) ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行原理和應(yīng)用的介紹。在本章中，將系統(tǒng)的介紹系統(tǒng)工作模式、參數(shù)設(shè)定三鍵輸入（復(fù)用）， SPI 串行總線的 E2PROM 系統(tǒng)參數(shù)存儲(chǔ)（采用 X5045），RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口（采用 SN75LBC176），常規(guī)可靠性接地技術(shù)（硬件狗）的主要功能和特點(diǎn)。此章節(jié)對(duì)電路的顯示部分作了介紹，包括顯示驅(qū)動(dòng)芯片的選擇，典型參數(shù)的 計(jì)算（電阻、開(kāi)關(guān)頻率、速率、 耐壓等）。本章節(jié)根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中不同負(fù)載對(duì)象的特點(diǎn)及變化規(guī)律，設(shè)定具體參數(shù)并計(jì)算確定電路負(fù)載元件的大小和型號(hào)。單片機(jī)的應(yīng)用有利于產(chǎn)品的 小型化、多功能化和智能化，有利于提高勞動(dòng)效率等。通過(guò)在單塊芯片上組合通用的 CPU 和 Flash 存儲(chǔ)器，使AT89C51 成為一種功能很強(qiáng)的微型計(jì)算機(jī)?；谝陨咸攸c(diǎn)，在需要 I/O 線不多的控制場(chǎng)合，選用它作為核心控制芯片，可使電路極大的簡(jiǎn)化，而且程序的編寫及固化也相當(dāng)方便、靈活。 具有四種工作模式的全 雙工串行口 全靜態(tài)工作： 0Hz～ 24Hz， 33Hz 32 條可編程 I/O 線 5 個(gè)中斷源 /2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí) 片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器 供電電壓（ ～ V） 作為輸出口用時(shí)，每位驅(qū)動(dòng)八個(gè) TTL 輸入（吸收電流方式）。在訪問(wèn)外部 RAM和 ROM 時(shí)，是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低 8 位） /數(shù)據(jù)總線。在 Flash 編程時(shí)， P0 口接受指令字節(jié)；在校驗(yàn)程序時(shí)，輸出指令字節(jié)。 2. P1（ P10～ P17）：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電位，可作輸入口。 3. P2（ P10～ P27）：是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電位，可作輸入口。在訪問(wèn) 8 為地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口引腳上的內(nèi)容（即 SFR 區(qū)中 的內(nèi)容）在整個(gè)訪問(wèn)期間不變。 4. P3（ P30～ P37）： 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。對(duì)端口寫 1時(shí)，通過(guò)內(nèi)部上拉電阻把其拉到高電西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 9 位，可作輸入口。在對(duì) Flash 編程和程序校驗(yàn)時(shí)，還接收一些控制信號(hào)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍以不變的頻率（振蕩器頻率的 1/6）周期性出現(xiàn)正脈沖信號(hào)。注意：每訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE 脈沖。 ：程序存儲(chǔ)允許（ ）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。但在此期間內(nèi)，每訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 信號(hào)將不出現(xiàn)。要使 CPU只訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（ 0000H～ FFFFH），則 端必須保持低電平（接 GND）。 本模擬負(fù)載對(duì)單片機(jī)型號(hào)的選取 本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能： *本系統(tǒng)在工作、參數(shù)設(shè)定的兩種模式下實(shí)現(xiàn)三鍵輸入（復(fù)用）。在這里，需從單片機(jī)引出三個(gè) I/O口。 RS485 接口在不同的使用場(chǎng)合，對(duì)芯片的要求也不同。這一部分，將使用單片機(jī)的 TXD、 RXD 和一個(gè) I/O 口。這部分占用一個(gè) I/O口。由于采用的是 SPI 總線類型，故至少有 SI、 SCK、 SO 三根線與單片機(jī)的 I/O 口相連，還有寫保護(hù)和位選端的連接。這種方案將用到單片機(jī)的 12 位 I/O 口（ 8個(gè)段選、 4 個(gè)位選）。 在工作模式下，三個(gè)鍵起開(kāi)關(guān)、顯示轉(zhuǎn)換、照明等功用； 在參數(shù)設(shè)定模式下，利用按鍵設(shè)定電流值的大小，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 具體實(shí)現(xiàn)要靠軟件編程。 可編程看門狗定時(shí)器（可設(shè)定看門狗定時(shí)器，典型時(shí)間為 200ms、 600ms、 或禁止）； SPI 接口方式，最高可達(dá) 1MHz 串行時(shí)鐘頻率； 防止偶然性寫保護(hù)（包括上電掉電保護(hù)電路、寫使能鎖存器、寫保護(hù)引腳）； 所有引腳 ESD防靜電保護(hù)可達(dá) 200V； X5045 在系統(tǒng)控制中與單片機(jī)的接口 系統(tǒng)控制器中 X5045 與單片機(jī) AT89C51 硬件接口如圖所示： X5045 與 AT89C51 硬件接口 X5045 有 512 8 串行 E2PROM，通過(guò) X5045 的 、 SCK、 SI、 SO 等引腳控制對(duì)X5045 的讀寫。設(shè)置修改確認(rèn)的參數(shù)，先放在 AT89C51西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 13 的 RAM 中，一項(xiàng)一項(xiàng)設(shè) 置后，單片機(jī)將引腳 （ X5045 的 ）置低、 ( )電平置高并向 X5045 發(fā)出 WERN 指令 ,置位寫使能鎖存器 ,然后將存放在 AT89C51 的 RAM 中設(shè)置修改確認(rèn)的幾項(xiàng)參數(shù)寫入 X5045 的 3 個(gè)區(qū)域。之后單片機(jī)向 X5045 發(fā)出 WRDI 指令以禁止寫操作，并使 為低 (從硬件上禁止寫操作 )。在 8 位數(shù)據(jù)被發(fā)送之后， 必須為高電平。 X5045 提供了多種數(shù)據(jù)保護(hù)功能，初在軟件中設(shè)置寫保護(hù)外（單片機(jī)向 X5045 發(fā)出 WRDI 指令），接口電路中還將 下拉（置低），僅在寫操作前將 引腳電平置高。 X5045 集 E2PROM、可編程看門狗定時(shí)器、低 Vcc 復(fù)位加上電復(fù)位 3 項(xiàng)功能為一體。 RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)通訊口 串行通信接口標(biāo)準(zhǔn) 串行通信接口是指設(shè)備之間的接口。 串行擴(kuò)展接口是設(shè)備內(nèi)部器件之間的互接接口。 但是 RS— 232 的關(guān)鍵之處是一種基于單端非對(duì)稱電路的接口，即一根信號(hào)線與一根地線，這種結(jié)構(gòu)對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有抑制能力，它與差模信號(hào)疊加在一起，在傳輸電纜上產(chǎn)生較大的壓降損耗，壓縮了有用信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。為了避免這些缺陷，有推出了技 術(shù)性能更加先進(jìn)的 RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)。 RS— 485 標(biāo)準(zhǔn)器件的數(shù)據(jù)傳輸速率目前有 32Mb/s， 20Mb/s， 12 Mb/s，10 Mb/s， Mb/s 和數(shù)百 Kb/s 等規(guī)格。 光電耦合器是限制接口通信速率的主要因素。 SN75LBC176 芯片的隔離 1 問(wèn)題的提出 在使用 RS— 485 總線時(shí)，如果簡(jiǎn)單地按常規(guī)方式設(shè)計(jì)電路，在實(shí)際工程中可能有通信數(shù)據(jù)收發(fā)的可靠性問(wèn)題。針對(duì)此種問(wèn)題，我對(duì) 485 總線的硬件采取了具體的改進(jìn)措施。其中為了實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在 AT89C51 的異步通信口與 SN75LBC176 之間采用光電耦合器隔離。限制通信波特率提高的“瓶頸”，并不是現(xiàn)場(chǎng)的導(dǎo)線，而是在與 單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)隔離的光電耦合電路上?？梢詢?yōu)化普通光電耦合電路參數(shù)的設(shè)計(jì)，使之能工作在最佳狀態(tài)。 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 16 常用光電耦合器主要參數(shù) 型號(hào) 電流傳輸比 CTR 飽和壓降 VCE(V) 工作電流 IF(mA) 開(kāi)關(guān)時(shí)間 （μ s） Min(%) VCE(V) IF(mA) TIL111/114 16 16 5 TIL112/115 10 50 2 TIL116/125/154 20 10 10 10 5 TIL117/126/155 50 10 10 10 5 TIL124/153 10 10 10 10 2 在這里，我采用的是 TIL117，根據(jù)電流傳輸比 CTR=I2/I1，估算出光電耦 合器的上拉電阻 R 的值。 在本設(shè)計(jì)中，使用的是 TIL117 光電耦合器，它的最小電流傳輸比為 50%。 假設(shè)光電耦合器導(dǎo)通電流 i1=5mA，那么 R3=(+5V )/i1=（ ） /≈ 600Ω ∵ CTR=50%=i2/i1 ∴ i2= R4=（ +） /i2≈ ()/≈ 。 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 17 4 顯示部分系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) LED 顯示器 LED（ Light Emitting Diode）是發(fā)光二極管的縮寫。 LED 的選擇 器件分類 7 段 LED 顯示器由 7 條發(fā)光二極管組成顯示字段，這 7 段發(fā)光管分別稱為 a、 b、 c、d、 e、 f、 g、還有一個(gè)圓形發(fā)光二極管 dp，用以顯示小數(shù)點(diǎn)。 LED 顯示器中的發(fā)光二極管共有兩種連接方法： ? 共陽(yáng)極接法 把發(fā)光二極管的陽(yáng)極連在一起構(gòu)成公共陽(yáng)極。這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平的則不點(diǎn)亮。使用時(shí)公共陰極接地，這樣陽(yáng)極端輸入高電平的段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平的則不點(diǎn)亮。因此提供給 LED 顯示器的字型代碼正好一個(gè)字節(jié)。 LED 顯示的基本原理 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 18 用單片機(jī)驅(qū)動(dòng) LED 數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，按譯碼方式可分為硬件譯碼和軟件譯碼。就是將 N 位共陰極 LED 顯示器的陰極連在一起接地，每一位LED 的 8 位段選線與一個(gè) 8 位并行口相連。靜態(tài)顯示是顯示驅(qū)動(dòng)電路具有輸出鎖存功能，單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)送出后不再控制 LED，直到下次顯示再送一次新的顯示數(shù)據(jù)。 這兩種顯示方式各有利弊：靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)顯示穩(wěn)定、所需驅(qū)動(dòng)電流較小，占用CPU時(shí)間少。 動(dòng)態(tài)掃描顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種顯示方式。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是掃描方式一位一位地輪流點(diǎn)亮LED 顯示器的各個(gè)位。只要恰當(dāng)?shù)剡x擇 LED刷新時(shí)間（ ≤ 20ms），會(huì)給人一種視覺(jué)暫停效應(yīng)，似乎 N 位 LED 都在同時(shí)顯示，就不會(huì)有閃爍感了。所以，本設(shè) 計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示方案。 作用 在單片機(jī)系統(tǒng)中， LED 數(shù)碼管顯示是反映系統(tǒng)輸出和操縱輸入的有效器件。 西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 技術(shù)方案 單片機(jī)對(duì) LED 數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方法可以分為串行和并行兩種，分別適用于不同的使用場(chǎng)合，兩者硬件電路的差別也很大。 （ 2）并行驅(qū)動(dòng) 在一般情況下，單片機(jī)使用并行驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行 LED 的顯示。 LED 并行驅(qū)動(dòng)的電路原理圖如下所示： （ 3）驅(qū)動(dòng)電路的選擇 以上分別介紹了串行和并行的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。 顯示器的驅(qū)動(dòng) 硬件譯碼就是顯示的段碼完全由硬件 完成， CPU 只要送出標(biāo)準(zhǔn)的 BCD 碼即可，硬件接西安工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文