【正文】 以及我們生活中廣泛使用的各種智能ＩＣ卡、電子寵物等，這些都離不開單片機。在單片機產(chǎn)生后，我們就將控制這些東西變?yōu)橹悄芑耍覀冎恍枰趩纹瑱C外圍接一點簡單的接口電路，核心部分只是由人為的寫入程序來完成。所以，它的魔力不僅是在現(xiàn)在，在將來將會有更多的人來接受它、使用它。特別是沿海地區(qū)的玩具廠等生產(chǎn)產(chǎn)品多數(shù)用到單片機，并不斷地輻射向內(nèi)地。 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 14 頁 共 49 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 5 章 單片機的工作原理 單片機的基本組成 它由 CPU 、存儲器（包括 RAM 和 ROM ）、 I/O 接口、定時 / 計數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。在訪問片外存儲器時，它分時作 低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。驗證程序時，要求外接上拉電阻。 （ 18 腳） : P1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。 P1 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。 （ 2128 腳）： P2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。在對 EPROM 編程和程序驗證時，由它輸 入 高 8 位 地 址 。P3. 0 P3. 7 （ 1017 腳）： P3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口。 P3 能驅(qū)動 4 個 LSTTL 負載。若設(shè)最大計數(shù)值為 M ，各操作模式下的 M 值為： 模式 0 ： M=2 13 =8192 ┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 16 頁 共 49 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 模式 1 ： M=2 16 =65536 模式 2 ： M=2 8 =256 模式 3 ： M=256 ，定時器 T0 分成 2 個獨立的 8 位計數(shù)器，所以 TH0 、 TL0 的 M 均為 256 。而式中的計數(shù)值與定時器的工作方式有關(guān)。 其計數(shù)初值： X=M 計數(shù)值 例如：某工序要求對外部脈沖信號計 100 次， X=M100 定時工作方式 定時工作方式時，因為計數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機器周期進行計數(shù)，故計數(shù)脈沖頻率為 f cont =f osc 1/12 (.11) 計數(shù)周期 T=1/f cont =12/f osc 定時工作方式的計數(shù)初值 X 等于： X=M 計數(shù)值 =Mt/T=M （ f osc t ） /12 () 式中： f osc 為振蕩器的振蕩頻率， t 為要求定時的時間。由 TMOD 的 D6 位和 D2 位選擇，其中 D6 位選擇 T1 的工作方式， D2 位選擇 T0 的工作方式。并有四種操作模式： 1 、模式 0 ： 13 位計數(shù)器， TLi 只用低 5 位。 3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計數(shù)器， THi 的值在計數(shù)中不變， TLi 溢出 時， THi 中的值自動裝入 TLi 中。 MCS51 有 5 個中斷源，可分為 2 個中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級： 外部中斷 0 ；定時器 0 中斷； 外部中斷 1 ；定時器 1 中斷 ； 串行口中斷 ；定時器 2 中斷 （ 1 ）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進行中； （ 2 ）現(xiàn)在的機器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷； （ 3 ）正在執(zhí)行的 是中斷返回指令 RET1 或是訪問專用寄存器 IE 或 IP 的指令，換而言之，在 RETI 或者讀寫 IE 或 IP 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。 串行口工作方式及幀格式 MCS51 單片機串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式： 方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計算機的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。該方式是以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。第 9 個數(shù)據(jù)即 D8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 SCON 中的 SM2 位的配合，可使 MCS51 單片機串行口適用于多機通信。 方式 3 ：方式 3 與方式 2 完全類似，唯一的區(qū)別是方式 3 的小組特率是可變的。所以方式 3 也適合于多┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 49 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 機通信。在自動控制裝置中作為執(zhí)行元件。步進電動機多用于數(shù)字式計算機的外部設(shè)備，以及打印機、繪圖機和磁盤等裝置。步進電動機的運行性能決定于電機與驅(qū)動電源間的良好配合。機電式步進電動機由鐵心、線圈、齒輪機構(gòu)等組成。 磁電式步進電動機 主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式 3 種形式。 A 相繞組通電時，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場方向 。永磁式步進電動機消耗功率較小，步矩角較大。 反應(yīng)式步進電動機在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對位置變化引起磁路磁阻的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 ～ 15176。 步進電機依其構(gòu)造上的差異可分為三大類： 1） 可變磁阻式（ VR 型） 。其步進角通常為 15176。 永久磁鐵式（ PM 型）： 轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁┊ 吉林師范大學(xué)應(yīng)用工程學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 49 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 化方向為輻向磁化，無激磁時有保持轉(zhuǎn)矩。 、 90176。 、 176。 、 18176。 3） 混和式（ HB 型）： 轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù) 極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進電機及永久磁鐵式步進電機的優(yōu)點，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進角度小。以 5 相步進電機為例：其定位基本單位（分辨率）為 176。 （半步級），是非常小的；停止定位精度誤差皆在 177。176。（步進電機的定位精度是取決于電機本身的機械加工精度） 位置及速度控制：步進電機在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進而得到靈活 的角度控制（位置控制），并可得到與該脈沖信號周波數(shù)（頻率）成比例的回轉(zhuǎn)速度。 動作靈敏：步進電機因為加速性能優(yōu)越所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻 度、高精度之定位控制的場合下使用。 (1)激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩：當(dāng)運轉(zhuǎn)脈沖速度等于 0 Hz 時，曲線與 Y 軸交接的點即稱為激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩。 (2)脫出轉(zhuǎn)矩：又稱最大轉(zhuǎn)矩，為電機于運轉(zhuǎn)時所能帶動的最大負荷。 (4)最大自起動頻率：電機在無載的狀態(tài)下可以做到瞬時的起動而不失步的速度謂之最大自起動頻率。所以欲使步進電機動作的必要系統(tǒng)組成有： ：給予角度（位置移動量）、動作速度及運轉(zhuǎn)方向之脈沖信號的電機驅(qū)動指令。 ：提供轉(zhuǎn)矩動力輸出來帶動負載。 步進電機的速度、位置控制 速度控制： 步進電機的運轉(zhuǎn)速度會與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時，步進電機的轉(zhuǎn)速也會跟著加快；脈波速度愈慢時，電機的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。 步進電機分割數(shù) /圈 說明： 為一般電機的速度單位，即 rev / min，為每分鐘電機所轉(zhuǎn)的圈數(shù)； PPS 為步進、伺服電機的速 度單位，即 pulse per second，為每秒所送出的脈沖數(shù)。 /圈，又代表要讓電機轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。 時（即 1000 分割 /圈） （ 1）電機的運轉(zhuǎn)速度 600RPM 時，即相當(dāng)于脈沖速度 10000PPS。位置控制： 步進電機不需要位置傳感器（ SENSOR），就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動量，并將負載順利、正確的送達指定位置點上。脈沖數(shù)（ PULSE）與移動量間的關(guān)系式如下： 位置移動量（ 176。 ） 輸入脈沖數(shù) 實例：二相全步級角 176。 ，剛好為 5 圈。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。 當(dāng)開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。依次類推， A、B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。 基于 AT89C2051 的步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)電路 。使步進電機隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。AT89C2051 選用頻率 22MHz 的晶振，選用較高晶振的目的是為了在方式 2下盡量減小 AT89C2051 對上位機脈沖 信號周期的影響。 D1D4 為續(xù)流二極管，使電機繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管 (D1D4)而衰減掉，從而保護了功率管 TIP122不受損壞。與續(xù)流二極管串聯(lián)的 200Ω 電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。上位機 (PC 機或單片機 )與驅(qū)動器僅以 2 條線相連。 方式 3 為撥碼開關(guān)控制方式：通過 K1~K5 的不同組合，直接控制步進電機。 在程序的編制中，要特別注意步進電機在換 向時的處理。其中 20H 單元的各位為步進電機正轉(zhuǎn)標(biāo)志位 。在正轉(zhuǎn)時，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值 。這樣，當(dāng)步進電機換向時，就可以上一次的位置作為起點反向運動，避免了電機換向時產(chǎn)生錯步。其特點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便。 MC33033 的另一個特點是內(nèi)含三個集電極開路的頂部驅(qū)動器和為 MOSFET 驅(qū)動電源而設(shè)計的三個高電流推拉式底部驅(qū)動器，并具有電機過流檢測和保護功能。 /120176。 /240176。 如果在傳感器的輸入端加上某個輸入碼，如 100，則當(dāng)控制器的正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)引腳為邏輯 1時，輸入碼使左上角 Q 和右下角 Q 產(chǎn)生驅(qū)動 。 在通常情況下，控制器在 PWM 頻率為 25kHz 時就能正常工作，電機速度的控制可以通過調(diào)節(jié)誤差放大器的同相輸入電壓來實現(xiàn)，同時它也為 PWM 提供基準(zhǔn)和限幅電平。過流保護電路能夠防止電機啟動和改變轉(zhuǎn)向時損壞器件，可以保證整個 電路的安全 [4～ 6]。 將邏輯運算電路得出的停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)作為三個輸入信號，其中 ,優(yōu)先級高低順序是停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)(正常情況下三個信號中有且僅有一個有效 )。低電平時，停止信號接入到 MC33033 的 19 端 (使能端 )，如果它為高電平時，芯片將停止正常工作，此時就能實現(xiàn)電機的停轉(zhuǎn)。 下面將具體分析電路是如何實現(xiàn)調(diào)速的。 當(dāng)電機控制部分被輸入反轉(zhuǎn)信號時， MC33033 芯片的 3 端是低電平信號，在經(jīng)過 4011 與非門后得出高電平， U2A 光電隔離可以導(dǎo)通， U2B 光電隔離不會導(dǎo)通，此時， L1 發(fā)光二極管會發(fā)光，表示反轉(zhuǎn)，高電平將通過 RP二級管 D1 進入到 MC33033 的 9 端，其電壓可以通過滑動變阻器RP2 來調(diào)整，控制 Q3 的輸出脈沖，從而調(diào)整電動機反轉(zhuǎn)時的端電壓，實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)調(diào)速