基于c51单片机的步进电机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)

基于c51单片机的步进电机控制系统设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

） 在系统扩展时， ALE 的下降沿将 P0 口输出的低 8 位地址锁存在外接的地址锁存器中，以实现低字节地址和数据的分时传送。 此外 ALE 端连续输出正脉冲，频率为振荡器频率的 1/6，可用作对外输出的时钟，或用于定时目的。 但是要注意的是：每当访问 RAM 时要丢失一个 ALE 脉冲。 在编程期间，该引脚还用于输入编程脉冲 (PROG )。 如果需要的话 ,通过对专用寄存器 (SFR)区中 8EH 单元的 D0 位置数 ,可禁止 ALE 操作 .该位置数后，只有在执行一条 MOVX 或 MOVC 指令期间，ALE 才会被激活 .另外，该引脚会被微弱拉高 ,单片机执行外部程序时，该设定禁止 ALE 位无效。 ● PSEN ：片外程序存储器读选通信号允许，低电平有效。 在片外程序存储器取指期间，当 PSEN 有效时，程序存储器的内容被送CCV RST AT89C51 200 22 F 1K 5V 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 14 至 0P 口（数据总线）；在访问外部 RAM 时， PSEN 无效。 ● EA /Vpp：外部程序 存储器访问允许信号 EA（ External Access Enable）。 当 EA信号接地时，对 ROM 的读操作限定在外部程序存储器，地址为0000H~FFFFH；当 EA接 Vcc 时，对 ROM 的读操作从内部程序存储器开始，并可延续至外部程序存储器。 在编程时，该引脚可接编程电压（ AT89C51 的 Vpp 为 5V 或 12V）。 在编程校验时，该引脚可接 Vcc。 输入 /输出引脚 — ,— ,— ,— ● P0 端口 (— )： 8 位、漏极开路的双向 I/O口。 当使用片外存储器及外扩 I/O 口时， P0 口作为低字节地址 /数据复用线。 在编程时， P0 口可用于接收指令代码字节；在程序校验时， P0口可输出指令字节（这时需要加外部上拉电阻）。 P0 口也可作通用 I/O 口使用，但需加上拉电阻，变为准双向口。 当作为普通输入时，应将输出锁存器置 1。 P0 口可驱动 8 个 TTL 负载。 ● P1 端口 (— )： 8 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 P1 口是为用户准备的 I/O双向口。 在编程 和校验时，可用作输入低8 位地址。 用作输入时，应先将输出锁存器置 1。 P1 口可驱动 4 个 TTL负载。 ● P2 端口 (— )： 8 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 当使用片外存储器或外扩 I/O口时， P2 口输出高 8 位地址。 在编程 /校验时， P2 口可接收高字节地址和某些控制信号。 P2 口也可作普通 I/O 口使用。 用作输入时，应先将输出锁存器置 1。 P2 口可驱动 4个 TTL负载。 ● P3 端口 (— )： 8 位、准双向 I/O 口，具有内部上拉电阻。 P3 口可作为普通 I/O 口。 用作输入时，应先将输出锁存器 置 1。 在编程 /校验时， P3口接收某些控制信号。 它可驱动 4 个 TTL 负载。 在 AT89C51 中， P3 端口还用于一些复用功能。 复用功能如表 31 所示。 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 15 表 31 P3 各端口引脚与复用功能表 端口引脚 复用功能 RXD(串性输入口 ) TXD(串性输出口 ) 0INT (外部中断 0) 1INT (外部中断 1) T0(定时器 0 的外部输入 ) T1(定时器 1 的外部输入 ) WR (外部数据寄存器写选通 ) RD (外部数据寄存器读选通 ) 步进电机的驱动电路 步进电 动 机的驱动电 路 有多种，但最为常用的就是单电压驱动、双电压驱动、 高低压驱动、 斩波驱动、细分控制驱动等。 单电压驱动是步进电机控制中最为简单的一种驱动电路， 电动机绕组在工作时只用一个电压源对绕组供电。 它的最大特点是结构简单，因它的工作效率低，特别是在高频下更显的突出。 它的外接电阻 R要消耗相当一部分的热量，这样就会影响 电路的稳定性所以此种驱动方式一般只用在小功率的步进电机的驱动电路中。 双电压驱动是电路一般采用两种电源电压来驱动，在低频段使用较低的电压驱动，在高频段使用较高的电压驱动。 这种驱动方法保证了低频段仍然具有单电压驱动的特点，在高频段具有良好的高频性能，但仍没摆脱单电压驱动的弱点，在限流电阻上仍然会产生损耗和发热。 高低压驱动不论电动机工作的频率如何，在绕组通电的开始用高压供电，使绕组中电流迅速上升，而后用低压来维持绕组中的电流。 这种 驱动电路的缺点是在高低压连接处电流出现谷点，这样必然引起 转矩在谷点处下降。 不宜于电机 的正常运行。 对于斩波电路驱动则可以克服这种缺点，并且还可以提高步进电机的效率。 所以从提高效率来看这是一种很好的驱动电路，它可以用较高的电源电压，同时无需外接电阻来限定期额定电流和减少时间常数。 但由于其波形顶部呈现锯齿形波动，扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 16 所以会产生较大的电磁噪声。 细分驱动是用脉冲电压来供电的，对于一个电压脉冲，转子就可以转动一步，一般会根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕阻会轮流切换，固可以使步进电机的转子旋转。 细分控制的电路一般分为两类，一类是采用线性模拟功率放大器的方法获得阶梯形电流，这种方法简单，但效率低。 别一种 是用单片机采用数 字 脉宽调制的方法获得阶梯电流，这种方法需要复杂的计算可使细分后的步距角一致。 LED 显示电路 在控制系统中，显示装置是一个重要组成部分，主要用来显示生产过程的工艺状况与运行结果，以便于现场工作人员的正确操作。 LED 数码管由于具有结构简单、体积小、功耗低、配置灵活、显示清晰、可靠性高的优点，目前被广泛采用。 LED 显示器的结构原理 发光二极管 LED 是利用 PN结把电能转换成光能的固体发光器件，根据制造材料的不同，可以发出红、黄、绿、白等不同色彩的可见光束。 LED 的伏安特性类似 于普通二极管，正向压降为 2V 左右，工作电流一般在 10mv~20mv 之间较为合适。 图 35 8 段 LED 显示器的结构原理 （ a） 段排列；（ b）共阴极；（ c）共阳极 GND c d f a GND e dp b g 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 17 一个 8段 LED 显示器的结构与工作原理如图 35所示。 它是由 8个发光二极管组成，各段依次记为 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp，其中 dp 表示小数点（不带小数点的称为 7 段 LED）。 8 段 LED 显 示器有共阴极和共阳极两种结构，分别如图 35（ b）、（ c）所示。 共阴极 LED 的所有发光管的阴极并接成公共端 COM，而共阳极 LED 的所有发光管的阳极并接成公共端 COM。 当共阴极 LED 的 COM 端接地，则某个发光二极管的阳极加上高电平时，则该管有电流流过因而点亮发光；当共阳极 LED 的 COM 端接高电平，则某个发光二极管的阴极加上低电平时，则该管有电流流过因而点亮发光。 8 段 LED 通过不同段点亮时的组合，可以显示 0~ A~F 等十六进制数。 显然，将 CPU 的数据线与 LED 各段引脚相连，控制输出的数据就可以使 LED 显示不同的字符。 通常把控制 LED 数码管发光显示字符的 8位字节数据称为段选码、字符译码或字模，当段引脚 dp~a 与 CPU 数据位D7~D0一一 对应相连时，共阴极 8 段 LED 显示器的段选码如表 42 所列。 以显示字符“ 3”的段选码为例，“ 3”的段选码是十六进制的 4FH，也就是二进制的 01001111。 结合图 35（ a）（ b），即意味着 CPU 输出的数据位 D7~D0 为 01001111，则使 LED 显示器的 dp、 f、 e段接地， g、 d、 c、 b、a 段接高电平，当 COM 端接地时，显示器就显示出数字“ 3”。 如此，通过不同的段选码 ，即可显示出不同的相应字符。 表 32 8 段 LED 显示器的段选码 显示字符 共阴极段选码 共阳极段选码 显示字符 共阴极段选码 共阳极段选码 0 3FH C0H 8 7FH 80H 1 06H F9H 9 6FH 90H 2 5BH A4H A 77H 88H 3 4FH B0H B 7CH 83H 4 66H 99H C 39H C6H 5 6DH 92H D 5EH A1H 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 18 6 7DH 82H E 79H 86H 7 07H F8H F 71H 8EH 数码管共阳极的段选码恰好与共 阴极的段选码相反，如共阳极数码管“ 3”的段选码 B0H（ 10110000）是共阴极数码管“ 3”的段选码 4FH（ 01001111）的反码。 需要注意的是，表 32 只是基于段引脚 dp~a 与数据位 D7~D0 对应相连这一模式的，如果对应连线改变，则段选码也随之改变。 LED 显示接口 LED 静态显示：静态显示虽然占用 CPU 机时少，显示稳定可靠。 占用 I/O 口资源多，线路复杂、硬件成本高；又因为同时显示，所以功耗大，为了简化硬件电路，降低成本，在单片机应用系统中常采用动态显示的方法，解决多位 LED 显示的问题。 动态显示的硬件接口简单，只需一个公共的七段码输出口（字形口），一个选择显示位的数位选择口（字位口），显示时，从左到右轮流点亮每位显示器，只要保证稍描周期不超过一定的限度（一般在 20ms 以下）由于视觉的暂留，则可达到“同时”显示各位不同的数字或字符的目的。 动态显示的优点是硬件成本低，接口电路简单，但它要求 CPU 频繁地为显示服务。 LED 动态显示就是将所有显示位的段选线并联在一起，由一个 8 位 I/O 口控制，而位选线则由其它的 I/O 口控制。 8 位动态显示电路只需要两个 8 位的口。 一个控制段选码，另一个控制位选线。 由 于所有位的段选码由同一个口控制，因此要使每位显示不同的字符，必须采用扫描方式。 即每一时刻位选只选通一个显示位，同时段选控制口输出显示字符对应的段选码，使该位显示相应的字符，显示一定时间后，再选通其它显示位。 如此循环，使每个显示器件显示该位应显示的字符。 通过程序控制，不断显示输出相应的段选码和位选码，由于人的视觉暂留效应，就可以获得视觉稳定的显示状态。 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 19 可编程键盘 /显示控制器 ZLG7290 电路工作原理 ZLG7290 概述 1. I/O 控制及数据缓冲器 数据缓冲器是双向缓冲器，连接内、外总线， 用于传送单片机和ZLG7290 之间的命令或数据。 I/O 控制线是单片机对 8279 进行控制的引线， CS 是 8279 的片选信号，当 CS=0 时， ZLG7290 才被允许读出或写入信息。 WR、 RD为来自单片机的读、写控制信号。 A0 用于区别信息特性： A0=1 时，表示数据缓冲器输入为指令、输出为状态字； A0=0 时，输入、输出皆为数据。 2. 控制与定时寄存器及定时控制 控制与定时寄存器用来寄存键盘及显示的工作方式，以及有 单片机编程的其它操作方式。 这些寄存器一旦接受并锁存送来的命令，就通过译码产生相应的信号，从而完成相应的控制功能。 定时控制包含基本计数器。 其中计数器是一个可编程的 N 级计数器。 N 可以为 2～ 31 之间的数据，由软件编程，以便从外界时钟 CLK 分频得到内部所需要的 100kHZ 的时钟。 然后再经过分频，为键盘扫描提供适当的逐行扫描频率和显示扫描时间。 3. 扫描计数器 扫描计数器有两种工作方式。 按编码方式工作时，计数器作二进制计数。 4 位计数状态从扫描线 SL0～ SL3 输出，经外部译码器译码后，为键盘和显示器提供扫描线（ 16 条）； 按译码方式工作时，扫描计数器的最低二位被译码后，从 SL0～ SL3 输出。 因此， SL0～ SL3 提供了 4 中取 1的扫描译码。 扬州大学本科毕业设计（论文） 毕业设计用纸 20 4. 回复缓冲器、键盘去抖动及控制 来自 RS0～ RS7的 8根回复线的回复信号，由回复缓冲器缓冲并锁存。 在键盘工作方式中，回复线作为行列式键盘的行列输入线。 在逐行列扫描时，回复线用来搜寻每一行列中闭合的键，当某一键闭合时，去抖电路被置位，延时等待 10ms 后，再检验该键是否继续闭合，并将该键的地址和附加的移位、控制状态一起形成键盘数据被送入 ZLG7290 内部FIFO（先进先出）存储器。 键盘数 据格式如下： D7 D6 D5 D4 D3。