两相步进电机控制系统毕业设计(编辑修改稿)

两相步进电机控制系统毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

2 是美国 ATMEL 公司生产的 AT89S 系列中的增强型产品，采用了该公司的技术领先的 Flash 存储器，是低功耗、高性能、采用 CMOS 工艺制造的 8 位单片机。 片内含 8KB 字节的可系统编程的 Flash 只读程序存储器。 它的 Flash 程序存储器既可在线编程（ ISP）也可用传统方法进行编程及通用 8 位微处理器于单片芯片中，功能强大。 其主要特性参数及功能特性如下： 1． 与 MCS51 产品指令系 统完全兼容； 2． 可在线 ISP 编程的 8KB 平片内 Flash 存储器； 3． ~ 的工作电压范围； 4． 振荡器和时钟电路的全静态工作频率为 0Hz~30MHz； 5． 双数据指针 DPTR0 和 DPTR1； 6． 256B 的片内数据存储器； 7． 可编程的 32 根 I/O 接口线； 8． 3 个可编程定时 /计数器； 9． 具有 8 个中断源、 6 个中断矢量、 2 级优先权的中断系统； 10． 1 个可编程的全双工的 UART 串行通信口； 11． 可在 “空闲 ”和 “掉电 ”两种低功耗模式运行； 12． 8 位字长的 CPU； 13． 1 个看门狗定时器 WDT； 14． 可编程的 3 级程序锁定位； 15． 具 有断电标志位 POF； AT89S52 单片机的封装形式有三种，分别为： PDIP、 TQEP 和 PLCC，本设计采用 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 9 页 PDIP 封装形式的 AT89S52 单片机，其引脚排列如图 所示。 图 PDIP 封装的 AT89S52 引脚排列图 该芯片各引脚的名称、序列号及简要功能说明如表 所示。 表 采用 PDIP 封装形式的 AT89S52 单片机各引脚及功能说明 序号 引脚名称 引脚序号 功能说明 1 P0口 32~39 8 位并 行双向的 I/O 口，访问外部存储器时，可作为低 8 位地址线 /数据总线复用 2 P1口 1~8 用户使用的通用 I/O 口，准双向 8 位，编程和校验时作为低 8位地址线， 和 引脚另有第二功能 3 P2口 21~28 通用 8 位、准双向 I/O 口，访问外部存储器时，可作为高 8 位地址线 4 P3口 10~17 8 位、准双向 I/O 口，还提供了一些第二功能 5 EA /VPP 31 访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择 信号 6 RST 9 复位信号输入端，高电平有效 7 ALE/PROG 30 低 8 位地址锁存信号 /编程脉冲输入 8 PSEN 29 外部程序存储器读选通信号，低电平有效 9 VCC 40 电源电压的输入引脚， ~ 10 XTAL2 XTAL1 18~19 芯片内震荡器反相放大器的输出端和输入端 11 GND 20 电源接地 引脚 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 10 页 P0 口 39~32 引脚： P0 口是 8 位并行、双向、漏极开路型输出的 I/O 口，也即地址I/O 数据总线复用口。 作为输出口用时，可以能驱动 8 个 TTL 逻辑门电路，该口内无上拉电阻，由两个 MOS 管串接，既可以断开漏极输出又可以处于高阻态，因此称为双向、漏极开路 I/O 口。 对外程序存储器和数据存储器进行访问时，该口作为低 8 位地址线和数据总线复用。 在对片内 F1ash 存储器编程时，该口作为接收指令的字节代码，而在程序校验时需，要求外接 10kΩ 的上拉电阻。 该口作为通用 I/O 口使用时，需要外接上拉电阻。 作为输入口使 用时，需对每个引脚写入 1 成为高阻抗输入口，这时该口为准双向I/O 口。 P1 口 1~8 引脚： Pl 是一个具有内部上拉电阻的 8 位、双向 I/O 口， Pl 口的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 TTL 逻辑门电路，当编程和校验程序时定义为，该口定义为低 8 位的地址线。 将每个引脚置成高电平 1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作为输入口。 引脚 同时还是定时 /计数器 T2 的外部计数输入，引脚 同时还是定时 /计数器 T2 捕获 /重装操作的控制信号。 P2 口 21~28 引脚： P2 是一个带内部上拉电阻的 8 位、准双向 I/O 口， P2 的输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。 将每个引脚置成高电平 1，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时。 在访问外部程序存储器或 16 位地址的外部数据存储器（例如执行 MOVX@DPTR 指令）时， P2 口送出高 8 位地址数据。 在访问 8 位地址的外部数据存储器（如执行 MOVX@Ri 指令）时， P2 口线上的内容（也即特殊功能寄存器（ SFR）区 P2 寄存器的内容），在整个访问期间不改变。 Flash 编程或校验时， P2 亦接收高字节地址和一些控制信号。 P3 口 10~17： P3 口是一组带有内部上拉电阻 的 8 位、双向 I/O 口。 P3 口输出缓冲级可驱动 4 个 TTL 逻辑门电路。 将该口的各引脚置成 1 时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。 作输入端时，被外部拉低的 P3 口将用上拉电阻输出电流（ IIL）。 P3 口除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它还具有的第二功能，其具体第二功能如表 所示。 此外 P3 口还能接收一些用于 Flash 闪速存储器编程和程序校验的控制信号。 RST 复位端口 9 引脚：该引脚为复位信号输入端，高电平有效。 当振荡器工作时，RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机系统复位。 当定时监视器 WDT（看门狗）溢出，将使该引脚输出高电平并持续 98 个振荡周期。 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 11 页 表 P3 口的引脚的第二功能 端口引脚 第二功能 说 明 RXD 串行数据接收 TXD 串行数据发送 INT0 外部中断 0 请求 1INT 外部中断 1 请求 T0 定时器 0 外部事件计数输入 T1 定时器 1 外部事件计数输入 WR 外部 RAM 写选通 RD 外部 RAM 读选通 ALE/PROG 端口 30 引脚：低字节地址锁存允许信号 /编程脉冲输入端。 当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节地址到外接地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时复用。 在非访问外围器件期间， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的正脉冲信号，因此它可对外输出时钟信号或用于定时目的。 如若在对 F1ash 存储器编程期间，该引脚还用作编程脉冲输入（ PROG ）。 如果有必要，可通过对特殊功能寄存器（ SFR）区中的 8EH 单元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。 该位置位后，只一条 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才会被激活。 此外，该引脚会被微弱信号拉高，单片机执行外部程序时，应设置 ALE 无效。 PSEN ：程序储存允许（ PSEN ）输出是外部程序存储器的读选通信号，当 AT89S52的 CPU 读取外部程序存储器取指令代码（或数据）时，被读取的指令代码被送到 P0 口。 每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 当访问外部数据存储器，没有两次有效的 PSEN 信号。 EA /VPP 端口 31 引脚： EA 为访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。 EA为低电平（接地）时，对程序存储器的操作限定在外部程序存储器进行，地址为0000H~FFFFH。 EA 端为高电平（接电源电压 VCC）时， CPU 首先从芯片内部程序存储器（地址为 0000H~FFFFH）的 0000H 单元开始读取存储的指令代码，如果芯片外部有扩展的程序存储器，则 CPU 在执行完芯片内部程序存储器种的程序后，自动转向去执行外部程序存储器中的程序。 VPP 为片内 Flash 存储器的编程电压。 对片内 Flash 存 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 12 页 储器进行编程时，该引脚接编程电压 VPP（ 5V 或 12V），对编程程序进行校验时，该引脚接电源电压 VCC。 XTAL1 端口 19 引脚：芯片内振荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 XTAL2 端 口 18 引脚：芯片内振荡器反相放大器的输出端。 存储器结构： AT89S52 单片机的存储器结构分为程序存储器和数据存储器，各自又有芯片内和扩展部分，因此 AT89S52 单片机的存储器结构共分为 4 部分，即片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。 程序存储器：如果 EA 引脚接地（ GND），全部程序均执行外部存储器。 在 AT89S52，假如 EA 接至电源电压（ VCC），程序首先执行地址从 0000H－ 0FFFH（ 4KB）内部程序存储器，再执行地址为 1000H－ FFFFH（ 60KB）的外部程序存储器。 数据存储器： AT89S51 的具 128 字节的内部 RAM，这 128 字节可利用直接或间接寻址方式访问，堆栈操作可利用间接寻址方式进行， 128 字节均可设置为堆栈区空间。 晶体振荡器特性： AT89S52 一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1 和 XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端。 这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起 构成自激振荡器。 此外，外接石英晶体（或陶瓷谐振器）及电容 Cl、 C2 接在放大器的反馈回路构成并联振荡电路。 对外接电容 Cl、 C2 虽然没十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性。 如果使用石英晶体，我们推荐电容使用 30pF177。 10pF，而如使用陶瓷谐振器建议选择 40pF177。 10pF。 当然，用户也可以采用外部时钟。 这种情况下，外部时钟脉冲接到 XTAL1 端，即内部时钟发生器的输入端， XTAL2 则悬空。 由于外部时钟信号是通过一个 2 分频触发器后作为内部时钟信号的， 所以对外部时钟信号的占空比没有特殊要求，但最小高电平持续时间和最大的低电平持续时间应符合产品技术条件的要求。 Flash 闪速存储器的并行编程： AT89S52 单片机内部 8KB 字节的可快速编程的 Flash存储阵列。 编程方法可通过传统的 EPROM 编程器使用高电压（ +12V）和协调的控制信号进行编程。 编程方法： AT89S52 的代码是逐一字节进行编程的。 编程前，须设置好地址、数据及控制信号， AT89S52 编程方法如下：首先在地址线上加上要编程单元的地址信号，其次在数据线上加上要写入的数据字节，进而激活相应的控制信号 ，再者将 EA/Vpp 端加 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 13 页 上 +12V 编程电压，此外在每对 Flash 存储阵列写入一个字节或每写入一个程序加密位，加上 ALE/PROG 编程脉冲。 每个字节写入周期是自身定时的，大多数约为 50μs。 改变编程单元的地址和写入的数据，重复以上步骤，直到全部文件编程结束。 单片机最小系统设计 采用 AT89S52 单片机构成了控制系统的核心，其基本模块就主要包括复位电路和晶体震荡电路。 在本设计当中，单片机的 P0 口、 P1 口、 P2 口、 P3 口全部参与系统工作，单片机最小系统的接线如图 所示。 图 单片机 最小系统图 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 14 页 单片机 I/O 口分配及实现的功能  P0 口的全部端口主要用于负责处理 LGM12641BS1R 液晶显示器的读写数据 /命令。  P1 口的全部端口主要用于外接矩阵键盘电路并由此通过程序的设定进行键盘的扫描。  P2 口的全部端口主要用于负责处理输出脉冲给控制电机驱动芯片 ULN2020A 从而让其工作。  P3 口的部分端口用于 LGM12641BS1R 液晶显示器的控制使能端以控制实现液晶显示器的读写操作功能，既与 LGM12641BS1R 液晶显示器的的使能位端口相接。 部分用于串口通信模块的连接，以实 现单片机与上位机的双向通信和程序的下载。 步进电机简介 步进电机作为执行元件，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。 当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定方向转动一个固定的角度，因此可以通过控制脉冲数来控制角位移，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。 总体上说，步进电机有如下优点：可以用数字信号直接进行开环控制，控制简单；在需要更高控制精度时可进行闭环控制；位。