【正文】 ? 圖中，鎖存器 74HC574（ U13）接收并鎖存單片機P0口輸出的環(huán)形脈沖信號，其片選輸入端 /OC接地，鎖存輸入端 CLK接 ELITEIII開發(fā)板上地址譯碼器（ U12）的 /Y5（ LCKMOTOR），鎖存器輸出的環(huán)形脈沖信號經(jīng)驅(qū)動芯片 ULN2021（ U14）將電流放大后，通過開發(fā)板上的電機接口驅(qū)動步進電機。本書以四相步進電機為例，介紹簡單步進電機控制程序（正、反轉(zhuǎn)程序）的設(shè)計。在四相四拍方式下，脈沖序列可為 ABCDA或 ABBCCDDAAB；在四相八拍方式下，脈沖序列為 AABBBCCCDDDAA。 ? 2. 設(shè)計思路 ? 根據(jù)步進電機的工作特點（低速時可以正常啟動并運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲），為了使步進電機正常啟動并防止失步現(xiàn)象的發(fā)生，步機電機應(yīng)在一個較低的轉(zhuǎn)速下啟動，然后再現(xiàn)逐漸加速到需要的轉(zhuǎn)速。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 因此，控制步進電機正、反轉(zhuǎn)的程序應(yīng)具備如下功能： ? ① 正轉(zhuǎn)加速后勻速 ? ② 正轉(zhuǎn)減速后停止 ? ③ 反向加速后勻速 ? ④ 反向減速后停止。 ? 3. 正、反轉(zhuǎn)步進電機控制程序設(shè)計 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計 所謂 A/D 轉(zhuǎn)換就是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而 A/D轉(zhuǎn)換器（ ADC）就是一種將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電子器件。 A/D轉(zhuǎn)換在控制系統(tǒng)中有廣泛的用途。 ? 1．逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器原理 ? 逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器是一種比較常見的 A/D轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換的時間為微秒級。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 逐次逼近法的轉(zhuǎn)換過程為：初始化時，首先將逐次逼近寄存器各位清零。然后，置逐次逼近寄存器的次高位為 1，將寄存器的新數(shù)字量送 D/A轉(zhuǎn)換器，輸出的 VO再與 Vi進行比較，同樣若 VOVi，該位“ 1”被保留，否則被清除。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，將逐次逼近寄存器中的數(shù)字量送入緩沖寄存器，即得到數(shù)字量的輸出，整個操作過程由控制邏輯電路控制執(zhí)行。雙積分法 A/D轉(zhuǎn)換器原理如圖 631所示。時間Ｔ到后，開關(guān)再接通與 Vi極性相反的基準(zhǔn)電壓 VREF，將 VREF輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為 0V時停止積分。計數(shù)器在反向積分時間內(nèi)所計的數(shù)值，就是輸入模擬電壓 Vi所對應(yīng)的數(shù)字量，即實現(xiàn)了 A/D轉(zhuǎn)換。例如， 12位 ADC的分辨率就是 12位，或者說分辨率為滿刻度 FS的 1/212。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? ⑵ 量化誤差 ? 利用 ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，并用數(shù)字量近似的表示模擬量的過程稱為量化。實際上，要準(zhǔn)確表示模擬量， ADC的位數(shù)需很大甚至無窮大。 ? ⑶ 偏移誤差 ? 偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。 ? ⑷ 滿刻度誤差 ? 滿刻度誤差又稱為增益誤差。 ? ⑸ 線性度 ? 線性度有時又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。對于 ADC而言，可以在每一個階梯的水平中點進行測量，它包括了所有的誤差。而完成一次 A/D轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。ELITEIII開發(fā)板上使用的并行接口 A/D轉(zhuǎn)換器為 ADC0804。 ADC0804的轉(zhuǎn)換時序是：當(dāng)片選 /CS=0時，允許進行 A/D 轉(zhuǎn)換。 CPU檢測到 /INTR的有效信號后，使 /RD有效，以讀取 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? ADC0804引腳功能及應(yīng)用特性為： ? ① /CS、 /RD、 /WR（引腳 3）：數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn) TTL 邏輯電平。 ADC0801～ 0805 片內(nèi)帶有時鐘電路，只要在外部 CLKI和 CLKR兩端外接一對電阻電容即可產(chǎn)生 A/D 轉(zhuǎn)換所需要的時鐘，其振蕩頻率為fCLK≈1/。當(dāng)該引腳跳轉(zhuǎn)為低電平時，表示本次轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，此信號可作為微處理器的中斷或查詢信號。 ? ⑤ AGND和 DGND（引腳 10）：為避免數(shù)字電路對模擬電路的干擾， A/D 轉(zhuǎn)換器一般都有兩個接地端 ──模擬地 AGND 和數(shù)字地 DGND，使數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號回路，以防止寄生耦合造成的干擾。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? ADC0804的工作時序如圖 633所示。當(dāng) ADC0804的 /CS變?yōu)橛行У牡碗娖胶?，?/WR上升沿到來時 ADC0804開始 A/D轉(zhuǎn)換的準(zhǔn)備工作，經(jīng) 18個時鐘周期的準(zhǔn)備后，開始 A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)CPU接收到 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號后，發(fā)出低電平有效的讀信號/RD， ADC0804收到 /RD后，經(jīng) 135ns的延時，將 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線（ DB0～ DB7）上。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 圖中， ADC0804的 DB0～ DB7接到單片機 P0口的～ ，向單片機 P0口輸出 A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。時鐘信號由外接的 RC電路提供，參考電壓 VREF/2接電源 VCC， A/D轉(zhuǎn)換的模塊輸出電壓采用差模輸入方式， Vin接地、 Vin+接模擬電壓的輸入。為了電路設(shè)計的簡便，本電路的模擬地（ AGND）與數(shù)字地（ DGND）未分開，都接到電路的共用地。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 單片機串行通信 在較大型的控制系統(tǒng)中，單片機常常要與遠端的設(shè)備或 PC機進行通信，以控制遠端的設(shè)備或者和 PC機交換數(shù)據(jù)。本章將介紹串行通信的一般知識， 80C51單片機的UART串行接口的結(jié)構(gòu)、原理以及單片機串行通信的實現(xiàn)方法 ?；镜耐ㄐ欧绞接胁⑿型ㄐ藕痛型ㄐ艃煞N方式。其優(yōu)點是有較高的傳輸速率，缺點是傳輸線較多，長距離傳送時接收方的各位接收信號困難，接收電路復(fù)雜、成本高，因此傳輸距離受到限制。其優(yōu)點是傳輸線路少，長距離傳輸時成本低，特別適用于遠距離通信，缺點是傳輸速度較慢。 ? (1) 異步通信方式 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 異步通信是指發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送與接受過程。示意圖如圖 637所示： ? 異步通信的數(shù)據(jù)傳送一般以字符為單位，字符與字符間的傳送是完全異步的，位與位之間的傳送基本上是同步的，相鄰兩字符間的間隔是任意長。 ? 異步通信的數(shù)據(jù)格式（字符格式）描述如下圖 638所示。 ? (2) 同步通信方式 ? 同步通信方式要求發(fā)收雙方具有同頻同相的同步時鐘信號，使雙方達到完全同步。此時，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，即保持位同步的關(guān)系，也保持字符同步的關(guān)系。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 發(fā)送方對接收方的同步可以通過外同步和自同步兩種方法來實現(xiàn)，如下圖 639所示。其幀格式有 8位、 10位和 11位三種，能夠設(shè)置各種波特率，使用方便、靈活。輸入數(shù)據(jù)首先逐位進入移位寄存器，將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，再送入接收寄存器。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? (1) 數(shù)據(jù)緩沖寄存器 SBUF ? 兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器寄存器 SBUF，它們占用同一地址 99H。 ? (2) 狀態(tài)控制寄存器 SCON ? SCON 是一個特殊功能寄存器，用以設(shè)定串行口的工作方式、接收 /發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志，既可按字節(jié)尋址也可按位尋址，字節(jié)地址位 98H，位地址為 98H～ 9FH。當(dāng) SM2=1且 RB=1，則 RI置 1，產(chǎn)生中斷請求，將接收到的 8位數(shù)據(jù)送入 SBUF。 ? ③ REN=1時，允許接收； REN=0時，禁止接收。 ? ⑥ 方式 0中，發(fā)送完 8位數(shù)據(jù)后，由硬件置 TI=1，其他方式中，在發(fā)送停止位之初就由硬件置 TI=1。 ? (3) 串行口初始化設(shè)置 在串行口工作之前，應(yīng)對其進行初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時器 串行口控制和終端控制。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接受數(shù)據(jù)的速率(波特率 )要有約定。 ? T1溢出率 =fosc/[12 (256－ TH1)] //fosc為單片機的頻率 () 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 單片機與 PC機的通信 單片機和 PC機的串行通信一般采用 RS232C、 RS422或 RS485總線標(biāo)準(zhǔn)接口。這里介紹采用 RS232C接口與單片機通信的方法。RS232C標(biāo)準(zhǔn)是 1969年由美國 EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會 )與BELL等公司一起開發(fā)公布的一種串行通信協(xié)議，它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0～ 20kb/s范圍內(nèi)的通信。 ? 1．單片機與 PC機的通信電路 ? RS232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的邏輯電平使用 3V～ 15V表示邏輯“ 1”，使用 +3V～ +15V表示邏輯“ 0”，與 TTL等數(shù)字電路的邏輯電平不兼容，因此單片機和 PC機之間相互連接時必須先進行邏輯電平的轉(zhuǎn)換。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 2．單片機與 PC機的通信程序設(shè)計 ? (1) 查詢方式串行通信 ? 單片機以查詢方式接收 PC機發(fā)送數(shù)據(jù)的程序流程如圖 642所示（ P1接發(fā)光二極管）。 void main() { TMOD=0x20。 TR1=1。 //設(shè)置波特率 9600 SCON=0x50。 a=SBUF。 } } } 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? (2) 中斷方式串行通信 ? 查詢方式雖然可以實現(xiàn)單片機與 PC機的串行通信，但程序需停在此處不斷查詢標(biāo)志位 RI的狀態(tài)，占用了 CPU的資源。一個以串口中斷的方式實現(xiàn) PC機與單片機之間進行字符串傳輸?shù)闹袛喾?wù)子程序流程如圖 643所示。在這種方式中通常采用一個主機和多個從機的方式。利用單片機的串行口，可以實現(xiàn)單片機與單片機的串行通信。當(dāng)兩個單片機的距離較遠時，采用RS232或者 RS422標(biāo)準(zhǔn)總線接口進行雙機通信，可使通信距離增加到 15m～ 120m。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 2．串行多機通信 在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會遇到多個單片機協(xié)調(diào)工作的情況，這就需要構(gòu)建一個點對多點的分布式多機通信系統(tǒng)， 80C51的方式 2和方式 3可以被用于多機通信。 ? (1) 硬件連接 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? 單片機構(gòu)成的多機系統(tǒng)常采用總線型主從式結(jié)構(gòu)。AT89C52單片機的串行口方式 2和方式 3就適于這種主從式的通信結(jié)構(gòu)。在實際的多機應(yīng)用系統(tǒng)中，常采用 RS485串行標(biāo)準(zhǔn)總線進行數(shù)據(jù)傳輸，示意圖如下圖 645所示。這主要是靠主、從機之間正確地設(shè)置與判斷多機通信控制位 SM2和發(fā)送接收的第 9位數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。 ? ② 主機置 TB8=1，發(fā)送一地址幀，其中 8位是地址，第 9位為地址幀 /數(shù)據(jù)幀的區(qū)分標(biāo)志，該位置 1表示該幀為地址幀。對于地址相符的從機，使自己的 SM2位置 0（以接收主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀），并把本機地址發(fā)回主機作為應(yīng)答；對于地址不符的從機，仍保持 SM2=1，對主機隨后發(fā)來的數(shù)據(jù)幀不予理睬。 ? ⑤ 從機接收數(shù)據(jù)結(jié)束后，要發(fā)送一幀校驗和，并置第 9位（ TB8）為 1，作為從機數(shù)據(jù)傳送結(jié)束的標(biāo)志。若接收幀的 RB8=0，則存數(shù)據(jù)到緩沖區(qū)，并準(zhǔn)備接收下幀信息。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? I2C總線技術(shù) 近年來，芯片間的串行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)被大量采用，串行擴展接口和串行擴展總線的設(shè)置大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 目前，單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用的串行總線主要采用 I2C總線、 SPI總線、1Wire總線和 SMBUS等幾種方式。 ? I2C總線 I2C總線是 PHLIPS公司推出的一種串行總線，是具備多主機系統(tǒng)所需的包括總線裁決和高低速器件同步功能的高能串行總線。所有連接到 I2C總線上的設(shè)備，其串行數(shù)據(jù)都接到總線的 SDA線上，而各設(shè)備的時鐘均接到總線的 SCL線上， I2C總線的基本結(jié)構(gòu)如圖 646所示。主機與其他器件間進行數(shù)據(jù)傳送時，數(shù)據(jù)由主機發(fā)送到其他器件，這時主機稱為發(fā)送器，接受數(shù)據(jù)的器件則為接收器。 第 6章 ELITEIII開發(fā)應(yīng)用實例 ? (2) 起始和停止條件 ? I2C總線的協(xié)議規(guī)定： SCL線為高電平期間， SDA線由高電平向低電平的變化表示起始信號。起始和終止信號都是由主機發(fā)出的，在起始信號產(chǎn)生后，總線就處于被占用的狀態(tài)；在終止信號產(chǎn)生后，總線就處于空閑狀