【正文】 可以提高控制精度。圖22 四相步進電動機三種工作方式下的工作波形圖3 XY數(shù)控工作臺硬件電路分析 控制系統(tǒng)微控制器AT89C52 AT89C52單片機的主要工作特性? 8031CPU（8051的內(nèi)核）；? 8KB的快速擦寫Flash存儲器，用于程序存儲器，可擦寫次數(shù)為1000次；? 256字節(jié)的RAM，其中高128字節(jié)地址被特殊功能寄存器SFR占用；? 32跟可編程I/O端口：P0、PPP3；? 2個可編程16位定時器：P3口的第二功能；? 具有6個中斷源、5個中斷矢量、二級優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)；? 1個數(shù)據(jù)指針DPTR；? 1個可編程的全雙工串行通信：P3口的第二功能；? 具有“空閑”和“掉電”兩種低功耗工作方式；? 可編程的3級程序鎖定位；? 工作電源的電壓為（5177。? ，[4] 丁明亮,:基于Keil C與Proteus[M].北京:北京航空航天大學出版社,2009,第2頁.?？煞譃樗拇蟛糠郑簝?nèi)核CPU部分、存儲器部分、I/O接口部分和特殊功能部分（如定時器/計數(shù)器、外中斷控制模塊等）。運算器的功能是進行算術(shù)邏輯運算、位處理操作和數(shù)據(jù)的傳送，主要包括：算術(shù)/邏輯運算單元（ALU）運算器的核心部件，用來完成基本的算術(shù)運算、邏輯運算和位處理操作。程序狀態(tài)字PSW各位的狀態(tài)標志定義如圖32和表31所示；圖31 AT89C52單片機原理結(jié)構(gòu)圖圖32 PSW各位的狀態(tài)標志表31 PSW各位的定義狀態(tài)標志定義含義CY高位進位標志若當前執(zhí)行指令的運算結(jié)果產(chǎn)生進位或借位，該標志被置成CY=1；否則CY=0。F0用戶標志位用戶標識位。RSRS0工作寄存器組選擇位工作寄存器組選擇位。保留位保留位，無意義。用來指示累加其中內(nèi)容的奇偶性，該位始終跟蹤指示累加器中1的個數(shù)，則P=0；否則P=?？刂破饔沙绦蛴嫈?shù)器PC、指令寄存器IR、指令譯碼器ID、堆棧指針SP、數(shù)據(jù)指針DPTR、定時及控制邏輯電路等組成。根據(jù)不同的指令協(xié)調(diào)單片機各個單元有序工作。本次設計選用最小系統(tǒng)設計單片機，即不擴展，AT89C52的存儲器結(jié)構(gòu)較為簡單：只有單片機自身提供的8KB Flash程序存儲器ROM和256字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器RAM。虛線框內(nèi)左側(cè)為片內(nèi)自帶的數(shù)據(jù)存儲器RAM，此256字節(jié)單元（00H~FFH）的低128字節(jié)（00H~7FH）單元為用戶使用去，高128字節(jié)（80H~FFH）單元為特殊功能寄存器SFR區(qū)。工作寄存器又分為4組，在當前的運行程序中只有某一組是被激活的，誰被激活由程序狀態(tài)寄存器PSW的RSRS0兩位決定，如表32所列。在程序設計中，可直接用寄存器名作為寄存器的符號地址使用。P0~P3口同RAM統(tǒng)一編址，可以當作特殊功能寄存器SFR來尋址。AT89C52單片機的并行I/O接口有以下應用特性：P0、PPP3作為通用I/O口使用時，輸入操作是讀引腳狀態(tài)；輸出操作是對口的鎖存器的寫入操作，鎖存器的狀態(tài)立即反映到引腳上。P0、PPP3作為通用的輸入口時，必須使電路中的鎖存器寫入高電平“1”，使場效應管（FET）VF1截止，以避免鎖存器輸出為“0”時場效應管VF1導通使引腳狀態(tài)始終被鉗位在“0”狀態(tài)。無論是P0、P2口的總線復用功能，還是P3口的第二功能復用，單片機會自動選擇，不需要指令選擇。包括端口鎖存器的“讀—改—寫”操作和讀引腳的操作。I/O口的驅(qū)動特性。（4）AT89C52單片機的特殊功能部分AT89C52單片機內(nèi)部集成有定時器/計數(shù)器、串行通信控制器、外部中斷控制器等特殊功能部件，從而使AT89C52單片機具有定時/計數(shù)功能、全雙工串行通信功能、實現(xiàn)對外部事件實時響應的中斷處理功能。AT89C52單片機內(nèi)部設有兩個16位的可編程定時器/計數(shù)器，即定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器1，以及一個可編程定時器/計數(shù)器2。表34 控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0表35 方式控制寄存器TMODT/C1T/C0D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/M1M0GATEC/M1M0表36 特殊功能寄存器標志位的功能特殊功能寄存器標志位定義和功能計數(shù)寄存器TH1T1計數(shù)器高8位寄存器TH0T0計數(shù)器高8位寄存器TL1T1計數(shù)器低8位寄存器TL0T0計數(shù)器低8位寄存器控制寄存器 TCONTF1T/C1的溢出標志，溢出時由硬件置1，進入中斷后又由硬件自動清0TR1T/C1的啟動和停止位，由軟件控制。TF0T/C0的溢出標志，溢出時由硬件置1，進入中斷后又由硬件自動清0TR0T/C0的啟動和停止位，由軟件控制。方式控制寄存器TMODGATE當GATE位置1時，T/C0受到雙重控制；只有為高電平且TR0位置1時T/C0才開始工作；當GATE位清0時，T/C0僅受到TR0的控制。M0用來選擇操作模式（） 操作模式M1 M0操作模式計數(shù)器配置0 0模式013位計數(shù)器0 1模式116位計數(shù)器1 0模式2自動重裝載的8位計數(shù)器1 1模式3T0分為兩個8位計數(shù)器，T1停止計數(shù)AT89C52有6個固定的可屏蔽中斷源，它們分別是兩個外部中斷（）和（），三個片內(nèi)定時器/計數(shù)器溢出中斷TF0、TF1和TF2，一個片內(nèi)串行口中斷TI或RI。6個中斷源的符號、名稱及產(chǎn)生的條件如下：：外部中斷0，低電平或下降沿引起。T0：定時器/計數(shù)器0中斷，由T0計滿回零引起。TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接受后引起中斷。下面將對本次設計中使用到的中斷控制其專用寄存器進行分析，由于上述已對定時器/計數(shù)器0、1控制寄存器TCON做了分析，在此不做重復介紹；中斷允許控制寄存器IE見表38，中斷優(yōu)先級控制寄存器IP見表39，其相應標志位的功能及編程時的使用方法見表310；表311為中斷服務程序的入口地址。當CPU檢測到INT1低電平或下降沿且IT1=1時，由內(nèi)部硬件置位IE1標志位（IE1=1），向CPU請求中斷，當CPU響應中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動將IE1清0。當CPU檢測到INT0低電平或下降沿且IT0=1時，由內(nèi)部硬件置位IE0標志位（IE0=1），向CPU請求中斷，當CPU響應中斷并轉(zhuǎn)向該中斷服務程序執(zhí)行時，由硬件內(nèi)部自動將IE0清0。IT0用軟件置位/復位IT0來選擇外部中斷INT0是下降沿觸發(fā)還是電平觸發(fā)中斷請求。EA=1，CPU開中斷，它是CPU是否響應中斷的前提；EA=0，無論哪個中斷源有請求，CPU都不予以響應。ES串行口中斷控制位，ES=1，允許串行口發(fā)送/接受中斷；ES=0，禁止串行口中斷。EX1外部中斷1控制位，EX1=1，允許中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。EX0外部中斷0控制位，EX0=1，允許中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷。PS串行口中斷優(yōu)先級控制位。PT1=1設定定時器T1為高優(yōu)先級中斷；PT1=0為低優(yōu)先級中斷PX1外部中斷1優(yōu)先級控制位。PT0T0中斷優(yōu)先級控制位。PX0外部中斷0優(yōu)先級控制位。表311 中斷服務程序的入口地址符號名稱中斷引起原因C51對應中斷源的編號INT0外部中斷00INT1外部中斷11T0定時器0中斷定時器/計數(shù)器0計數(shù)回零溢出2T1定時器1中斷定時器/計數(shù)器1計數(shù)回零溢出3TI/RI串行口中斷串行通信完成一幀發(fā)送或接收引起中斷4INT2定時器2中斷定時器/計數(shù)器2計數(shù)回零溢出5 AT89C52單片機的各引腳功能AT89C52單片機的引腳圖如圖35所示,由于上述分析中以對I/O進行的系統(tǒng)性的介紹，下面只對其第二功能做具體的補充，詳細見表312。當振蕩器工作時，RST引腳出項兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。一般情況下，ALE 仍以時鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時鐘或用于定時目的。對Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次信號。欲使CPU 僅訪問外部程序存儲器（地址為0000H—FFFFH），端必須保持低電平（接地）。如端為高電平（接Vcc端），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。本次設計因為接高電平。XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。8255A的24條I/O線可編程分為兩組，有3種工作方式，其中，方式0是最為簡單和常用的一種，該方式下端口A、B、C僅作簡單的出入/輸出使用。 8255A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)8255A內(nèi)部由PA、PB、PC這3個8位可編程雙向I/O口，A組控制器和B組控制器，數(shù)據(jù)緩沖器及讀/寫控制邏輯4部分電路組成，其結(jié)構(gòu)如圖36[5] 梁景凱,[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006,第108頁.所示。A口由一個8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖/鎖存器組成，B口和C口各由一個8位數(shù)據(jù)輸出緩沖/鎖存器和一個8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器(無輸入數(shù)據(jù)緩沖器，故B口不能在模式2下工作)組成。A組控制器控制A口和C口上半部（PC4~PC7），B組控制器控制B口和C口下半部（PC0~PC3）。讀/寫控制邏輯：接收CPU送來的讀/寫信號和選口地址，用于控制對8255A的讀/寫。圖37 8255A引腳圖① 數(shù)據(jù)總線（8條）：D0~D7，用于傳送CPU和8255A間的數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)字。 RESRT：復位線，高電平有效。 ：片選線，低電平有效。若為低電平（必為高電平），則所選8255A處于讀狀態(tài)；若為低電平（必為高電平），則所選8255A處于寫狀態(tài)。 A0、A1：地址輸入線，用于選中PA、PB、PC口和控制寄存器中哪一個工作。表312 8255A控制線功能A1A0功能00010讀端口A數(shù)據(jù)01010讀端口B數(shù)據(jù)10010讀端口C數(shù)據(jù)00100寫數(shù)據(jù)到端口A01100寫數(shù)據(jù)到端口B10100寫數(shù)據(jù)到端口C11100寫命令到控制寄存器————1數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)11010非法條件——110數(shù)據(jù)總線呈高阻狀態(tài)③ 并行I/O總線（24條）：這些總線用于和外設相連，共分3組。 PA7~PA0：雙向I/O總線。PB7為最高位，用于傳送I/O數(shù)據(jù)，可以設定為輸入或輸出方式。 PC7~PC0：雙向數(shù)據(jù)/控制總線。④ 電源線（2條）：Vcc為+5V電源線，GND為地線。方式0：基本輸入/輸出方式。PC口分成兩部分：上半口（PC4~PC7）、下半口（PC0~PC3），兩部分可分別設置傳動方向。方式1：選通輸入/輸出方式。這種聯(lián)絡信號時由8155A內(nèi)部規(guī)定的，不是由使用者指定的。PC口的低4位服務于B口，稱B組。只有PA口可工作于此方式，這時PA口既可輸入又可輸出，PC口的PC3~PC7用作輸入/輸出的同步控制信號。 8255A控制字8255A方式控制字如圖38，分為兩種類型控制字：?？刂葡到y(tǒng)硬件資源的分配如表41所列。~四行四列矩陣式鍵盤行掃描輸入輸出線~四行四列矩陣式鍵盤列掃描輸入輸出線8255A連接8255A片選端限位信號輸入口，低地平時請求外部中斷0可編程控制器8255A寫選通信號端口可編程控制器8255A讀選通信號端口D0~D7連接AT89C52的P0口，負責數(shù)據(jù)的輸入與輸出PA口連接8位8端數(shù)碼管的段驅(qū)動端口PB口連接8位8端數(shù)碼管的位選端口PC0~PC3向X向步進電動機輸入脈沖數(shù)和脈沖相序PC4~PC7向Y向步進電動機輸入脈沖數(shù)和脈沖相序 電路模塊圖分析 XY向步進電機控制電路分析圖42 X/Y向步進電機控制電路模擬圖圖42為X/Y向步進電機控制電路模擬圖，從圖從我們可以看到仿真選用的是6線制的四相八拍步進電機，通過8255A的PC0~PC3口分別向X向步進電機輸入脈沖信號，PC4~PC7則分別向Y向步進電機輸入脈沖信號。表42 X向步進電動機正轉(zhuǎn)時PC口各引腳輸出電平與Y向電機相位關系X向步進電機相位可編程控制器8255A的PC口各引腳的電平PC口輸出的16進制數(shù)PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A100000000x01AB110000000x03B010000000x02BC011000000x06C001000000x04CD001100000x0cD000100000x08DA100100000x09表43 Y向步進電動機正轉(zhuǎn)時PC口各引腳輸出電平與Y向電機相位關系Y向步進電機相位可編程控制器8255A的PC口各引腳的電平PC口輸出的16進制數(shù)PC0PC1PC2PC3PC4PC5PC6PC7A00001000