【正文】 量使用。單片機包括 CPU、 4KB 容量的 ROM（ 8031 無）、 128 B容量的 RAM、 2 個 16 位定時 /計數(shù)器、 4 個 8 位并行口、全雙工串口行口。 單片機可靠性高，可工作到 10^6 ~10^7 小時無故障 。 目前單片機滲透到我們生活的各個領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個領(lǐng)域沒有單片機無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 7 的蹤跡。更不用說自動控制領(lǐng)域的機器人、智能儀表、醫(yī)療器械以及各種智能機械了。 單片機廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、醫(yī)用設(shè)備、航空航天、專用設(shè)備的智能化管理及過程控制等領(lǐng)域 。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、 商務(wù) 和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費電子產(chǎn)品（如電冰箱、 空調(diào) 、 DVD 等）中，都大量使用著各種各樣的電動機。同樣，我國生產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動機的。電氣時代，電動機的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電動機的簡單控制應(yīng)用比較多。這類控制可通過繼電器，可編程控制器和開關(guān)元件來實現(xiàn)。伺 服系統(tǒng)是以機械運動的驅(qū)動設(shè)備，電動機為控制對象，以控制器為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動自動控制系統(tǒng)。具體在數(shù)控機床中，伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的位移、速度指令，經(jīng)變換、放大與調(diào)整后，由電動機和機械傳動機構(gòu)驅(qū)動機床坐標軸、主軸等，帶動工作臺及刀架，通過軸的聯(lián)動使刀具相對工件產(chǎn)生各種復(fù)雜的機械運動，從而加工出用戶所要求的復(fù)雜形狀的工件。 目前，伺服技術(shù)正朝著交流化、數(shù)字化的方向迅速發(fā)展。此外電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。 比較簡單的電機微機控制，例如在適當(dāng)?shù)臅r候讓電機啟動、制動或反轉(zhuǎn)之類，只要讓微機控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了：在各種機床設(shè)備及生廣流水線中，現(xiàn)在已普遍采用 微機的可編程控制器 。 至于復(fù)雜的控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機按指定的指令準確工作。例如傳統(tǒng)的直流電集合變流電機各有憂缺點，直流電動機的調(diào)速性能好 。 工作也比直流電動機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，他們的速度不能方便而又經(jīng)濟的調(diào)節(jié)。若要進一步調(diào)節(jié)精度及動態(tài)性能，可采用矢量控制方案，它的調(diào)速性能將與直流電動機相當(dāng)。 則能方便的實現(xiàn)。為了提高性能．在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號處理芯片 (Digital Signal Processor 簡稱 DSP)，指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩 陣運算的指令。用以保證正常工作時發(fā)電機電壓穩(wěn)定， 發(fā)生 故障后盡可能保持穩(wěn)定，達到優(yōu)化控制的目的。用于鼓風(fēng)機或水泵的調(diào)速節(jié)能、 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 9 數(shù)控機床、微型計算機磁盤驅(qū)動器、機器人等控制系統(tǒng)。根據(jù)給定的要求駛控制規(guī)律，對發(fā)電機的電壓，電動機的轉(zhuǎn)速等物理量實現(xiàn)在線實時控制。完成事故報警、事故處理、系統(tǒng)診斷及管理等。 課題研究的 意義和目的 隨著電子科技的不斷發(fā)展 , 各種智能控制系統(tǒng)進入人們的生活。 另外 自動 伸縮 門 還具有良好的機動性 。充分發(fā)揮了單片機的性能。 課題研究的要求 （ 1）了解各種元器件的原理及其在電路中的作用，繪制出電路原理圖和硬件仿真圖。 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 10 第二章 自動伸縮門系統(tǒng)方案 設(shè)計思想和整體框圖 本 設(shè)計主要應(yīng)用單片機程序?qū)?步進減速 電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)進行控制，從而對門進行開、關(guān)的控制。下圖 21 是自動 伸縮 門系統(tǒng)整體框圖。 STC89C51RC是一種帶 2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器單機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除 1000 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 STC89C51RC 是一種高效微控制器，STC89C51RC 是它的一種精簡版本。外形 如圖 1 所示 ， 芯片 管腳 如圖 2 所示： 單片機 指定開關(guān) 電動機 負載 信號 發(fā)生器 LED 顯示屏 正、反轉(zhuǎn)負反饋 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 1 STC89C51RC 圖 2 STC89C51RC 的結(jié)構(gòu)圖 本課題所先用的是 28BYJ48 步進電機 ,它 是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。您可以通過控制脈沖個來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目 的。當(dāng)對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。當(dāng)通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。） ，雙（雙相繞組通電）四拍 （ ABBCCDDAAB。） 。 圖 22 28BYJ48 步進電機 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 12 此外，本課題還選擇了 8*8LED 點陣屏 ，它 共需要 64 個發(fā)光二極管組成，且每個發(fā)光二極管是放置在行線和列線的交叉點上，當(dāng)對應(yīng)的某一列置 1 電平，某一行置 0電平，則相應(yīng)的二極管就亮；因此要實現(xiàn)一根柱形的亮法， 對應(yīng)的一列為一根豎柱，或者對應(yīng)的一行為一根橫柱，因此實現(xiàn)柱的亮的方法如下所述： ：對應(yīng)的列置 1，而行則采用掃描的方法來實現(xiàn)。 其實物圖如圖 23所示 圖 23 點陣實物圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 13 第三章 自動伸縮門的硬件設(shè)計 控制器單元的硬件設(shè)計 控制器單元硬件圖如圖 31 所示 圖 31 控制器硬件圖 一片 STC89C51 單片機芯片內(nèi)包含一個 8 位 CPU、振蕩器和時鐘電路、至少 128字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器，可尋址外部程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器個 64k字節(jié)，21 個特殊功能寄存器， 4 個并行 I/O 接口， 2 個 16 位定時 /計數(shù)器 ,至少 5 個中斷源，提供兩級中斷 優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷服務(wù)程序嵌套。各功能單元（包括 IO 端口和定時器 /計數(shù)器等）都由特殊功能寄存器（ SFR）集中管理。 EA = 1,尋址內(nèi)部 ROM； EA = 0,尋址外部 ROM。作用：存放程序及程序無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 14 運行時所需的常數(shù)。作用：作數(shù)據(jù)緩沖器用。但在程序存儲中有些 特殊的單元，這在使用中應(yīng)加以注意。 另一組特殊單元是 0003H— 002AH,這 40 個單元各有用途，它們被均勻地分為五段，它們的定義如下： 0003H— 000AH 外部中斷 0 中斷地址區(qū)。 0013H— 001AH 外部中斷 1 中斷地址區(qū)。 0023H— 002AH 串行中斷地址區(qū)。從上面可以看出，每個中斷服務(wù)程序只有 8 個字節(jié)單元，用 8 個字節(jié)來存放一個中斷服務(wù)程序顯然是不可能的。但是通常情況下，我們是在中斷響應(yīng)的地址區(qū)安放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，指向程序存儲器的其它真正存放中斷服務(wù)程序的空間去執(zhí)行，這樣中斷響應(yīng)后，無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 15 CPU讀到這條轉(zhuǎn)移指 令，便轉(zhuǎn)向其他地方去繼續(xù)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。從 0033 開始的用戶 ROM 區(qū)域用戶可以通過 ORG 指令任意安排，但在應(yīng)用中應(yīng)注意，不要超過了實際的存儲空間，不然程序就會找不到。若是內(nèi)部晶振驅(qū)動時鐘，則是定時器；若是對外部輸入的脈沖信號計數(shù)，則是計數(shù)器。如晶振頻率為 12MHz 時，計數(shù)頻率為 1MHz，每隔 1181。 當(dāng) T/C 以計數(shù)器方式工作時，計數(shù)脈沖來自外部輸入管腳 T0 () 或 T1 () ，當(dāng)外部脈沖信號負跳變時計數(shù)值加 1。因計算機識別輸入信號的負跳變需兩個機器周期，所以可計數(shù)外部 脈沖的最高頻率為 fosc / 24。 和 T/C 有關(guān)的特殊功能寄存器有 TH0、 TL0、 TH TL TCON 和 TMOD，其中 TH0 和 TL0 為 T/C0 的計數(shù)寄存器， TH1 和 TL1 為 T/C1 的計數(shù)寄存器。 表 32 定時器 /計數(shù)器控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF0 TR0 TF1 TR1 IE1 IT1 IE0 IT0 TR0、 TR1： T/C0、 T/C1 啟動控制位，需軟件控制。 TF0、 TF1： T/C0、 T/C1 計數(shù)溢出中斷請求標志位。 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 16 TCON 上電復(fù)位時清零。 表 33 定時器 /計數(shù)器方式控制寄存器 TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T— M1 M0 GATE C/T— M1 M0 T/C1 T/C0 其中高 4 位對應(yīng)于 T/C1，低 4 位對應(yīng)于 T/C0。 0— 定時器； 1— 計數(shù)器。 0— T/C 的啟停僅受 TR0 或 TR1 的控制； 1— T/C 的啟停受到雙重控制，即 TR0 和 或 TR1 和 同時為 1 才能啟動 T/C0 或 TC1。 定時器定時時間和計數(shù)初值之間的關(guān)系： 定時時間 = (滿計數(shù)值 ? 計數(shù)初值 ) ? 機器周期 機器周期 = 12 / fosc 滿計數(shù)值： 16 位計數(shù)： 216 = 65536 8 位計數(shù)： 28 = 256 電機驅(qū)動模塊 步進電機驅(qū)動模塊圖 34 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 17 圖 34 電機驅(qū)動模塊圖 步進電機按繞在定子的線圈配置分類可為 2 相、 4 相、 5 相等；按外部引線可分為 三線式、五線式、六線式等，但其控制方法均相同，均以脈沖信號進行驅(qū)動。若轉(zhuǎn)一圈 360176。有的每步為 176。轉(zhuǎn)一圈只需 20 步。無脈沖信號輸入時，轉(zhuǎn)子保持靜止?fàn)顟B(tài)。如果加入連續(xù)的脈沖信號，步進電機就連續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度與脈沖頻率成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈轉(zhuǎn)子 A相 D 相 B 相 C 相 無錫科技職業(yè)學(xué)院 基于單片機的自動伸縮門控制系統(tǒng)設(shè)計 18 沖的順序來控制。 當(dāng) 電 機繞 組通 電時 序 為 ABBCCDDA 時 為 正 轉(zhuǎn) ， 通電 時序 為DACABCAB 時為反轉(zhuǎn)，使用和控制步進電機時，必須使用環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其框圖如下圖 36 所示： 圖 36 系統(tǒng)框圖 LED 顯示屏模塊 LED 顯示屏是利用發(fā)光二極管（ LED）作為發(fā)光體制作的平板顯示 器。 將 LED 模塊或集束管按照實際需要大小拼裝排列成矩陣，配以專用顯示電路，直流穩(wěn)壓電源，軟件，框架及外裝飾等，即構(gòu)成一 LED 顯示屏。屏幕的分辨率是指屏幕具有的像素點的數(shù)量，目前主要比例是 4:3 和 16:9，電腦的主要工作模式有