974723789毕业设计（论文）串行显示的步进电机单片机控制系统设计

1、i摘 要 单片机是把主要的计算机功能部件都集成在一块芯片上的微型计算机。它是一种集微处理器和多种接口于一体的微控制器，被广泛应用在智能产品和工业自动化上，而 51 单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。我的设计就是以 mcs51 系列中的 8751h 为核心，与键盘、显示器连接，通过调节脉冲信号频率，进而实现对步进电动机转速的控制。步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用。其控制方法也多种多样。8751h为核心的微机控制调速器很好解决了各种控制技术问题。整个系统结构 简单。通过改变软件设计，可灵活地实现各种控制功能。我选择的控制方法：对单片机8751h进行编程

2、,实现对四相步进电机的控制,以达到精确定位的目的。使8751h单片机并行口p1口高四位p1.7p1.4 分别与驱动电路的接口a、b、c、d 相连,并使驱动电路的4 个输出引脚分别与步进电机的4 、3 、2 、1四个励磁线圈的引脚相连。通过对单片机进行编程,使数据从p1口的高四位输出经驱动电路放大后控制步进电机,使其按照单片机编写的程序按步骤的进行正序旋转或逆序旋转。设计时考虑到cpu在执行指令时可能受到干扰的冲击,导致程序”跑飞”或者进入”死循环”,因此,设计了看门狗电路,使用的是maxim公司生产的微处理系统监控集成芯片maxi813。本文还详细地给出了相关的硬件框图和软件流程图，并编制了该

3、汇编语言程序。关键字：关键字：8751h；步进电动机；单片机控制；步进电动机；单片机控制； iiabstractthe single chip microcomputer is the microcomputer,which intergrates the main computer function part on a chip.it is a microcontroller which is a collection of microprocessor and many kinds of interfaces in a body, which is widely applied in th

4、e intelligent product and in the industrial automation, but 51 scm is the most typical and the most repesentative one kind in scm. this design takes mcs-51series 8751h as a core, connects with the keyboard and the monitor, adjusts the pulse signal frequency, then realizes the stepping motor speed co

5、ntrol.the stepping motor is a kind of motor easy to control.it is used widely for its property.there are many ways to control the stepping motor. the microcomputer control speed regulator taking 8751h as a core solves the diversifyed kind of controltechnic. the whole system structure is simple. dive

6、rsified kind of control function is realized flexibly by changing software design. my design method is programming with scm 8751h, realizing the control of the stepping motor in order to achieve the accurate orientation.connect the high four bits p1.7p1.4 of 8751hs parallel p1 with driver circuit in

7、terface four input pins a,b,c,d repectively, and connect the output pins of the driver circuit with the four input exciting coil pins of the stepping motor. programming to scm makes the data output of the high four bits to control the stepping motor after amplified by the driver circuit, which makes

8、 the stepping motor rotate clockwise and anticlockwise. the possible impacts during the cpu operation which leads the “running out”,or “death cycle”of program are taken into consideration.therefore,the”watchdog”circuit is designed using microprocessor integrated chip maxi813 produced by united state

9、s maxim. this article in detail has given the related hardware diagram and the software fiow chart,and has established this assembly language procedure.the keyword :8751h；stepping motor； scm controliii目 录摘 要.iabstract.ii第 1 章 引言 .1第 2 章 概述 .3第 3 章 主要器件介绍 .63.1 单片机(8751)系统简介.63.1.1 cpu 结构.73.1.2 i/o

10、接口线.93.1.3 定时器/计数器 t0、t1 .103.1.4 存储器 .133.1.5 地址锁存器 74ls373.153.2 8255 芯片介绍.153.2.1 8255 内部结构 .153.2.2 引脚功能 .163.2.3 工作方式 .17第 4 章 步进电动机 .194.1 步进电动机的结构.194.2 步进电动机的工作原理.194.3 步进电动机的工作方式.204.4 步进电动机的驱动.21第 5 章 硬件设计 .235.1 步进电动机的单片机控制.235.1.1 步进电动机的通电顺序状态表.245.2 键盘和显示设计.245.2.1 键盘 .245.2.2 显示 .255.3

11、 电源电路设计.265.4 抗干扰设计.27iv5.5 看门狗电路.285.5.1 max813l 功能简介.295.5.2 看门狗电路各引脚功能.29第 6 章 软件设计 .316.1 汇编语言程序设计.316.2 主程序.336.3 键盘扫描程序.356.4 显示程序.39第 7 章 结论 .41参 考 文 献 .42致 谢 .43附 录 .44沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 引言步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角） 。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达

12、到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即电机加一个脉冲信号，电机 则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在 速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机 械、电机、电子及计算机等许多专业知识。本次设计的步进电

13、机控制系统是以8751为核心的单片机系统。单片机是70年代中期发展起来的一种大规模集成电路芯片，是集cpu、ram、rom、i/o接口和中断系统于同一矽片的器件。80年代以来，单片机发展迅速，出现了许多高性能新型机种。在国内由于单片机功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，因而得到广泛应用，成为传统工业技术改造和新产品更新换代的理想机种。数字单片机的技术进步反映在内部结构、功率消耗、外部电压等级以及制造工艺上。在这几方面，较为典型地说明了数字单片机的水平。在目前，用户对单片机的需要越来越多，但是，要求也越来越高。下面分别就这三个方面说明单片机的技术进步状况。1.内部结构的进步单片机在内部已集

14、成了越来越多的部件，这些部件包括一般常用的电路，例如：定时器，比较器，a/d转换器，d /a转换器，串行通信接口，watchdog电路，lcd控制器等。 2.功耗、封装及电源电压的进步 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）2 现在新的单片机的功耗越来越小，特别是很多单片机都设置了多种工作方式，这些工作方式包括等待，暂停，睡眠，空闲，节电等工作方式。philips公司的单片机p87lpc762是一个很典型的例子，在空闲时，其功耗为1.5 ma，而在节电方式中，其功耗只有0.5ma。而在功耗上最令人惊叹的是ti公司的单片机msp430系列，它是一个 16位的系列，有超低功耗工作方式。它的低功耗方式有

15、lpm1、lpm3、lpm4三种。当电源为3v时，如果工作于 lmp1方式，即使外围电路处于活动，由于cpu不活动，振荡器处于14mhz，这时功耗只有50?a。在lpm3 时，振荡器处于32khz，这时功耗只有1.37a。在lpm4时，cpu、外围及振荡器32khz都不活动，则功耗只有0.17a。 3.工艺上的进步 现在的单片机基本上采用cmos技术，但已经大多数采用了0.65m以上的光刻工艺，有个别的公司，如motorola公司则已采用0.35m甚至是0.25m技术。这些技术的进步大大地提高了单片机的内部密度和可靠性。 本次我们所设计的单片机控制系统。使用的是八位的单片机8751h，串行的显

16、示输入并且使用了8255作为端口扩展芯片。显示系统使用的是五个74ls164串联在一起，并且使用一个三极管来控制数码管的电源，只有当需要显示的内容全部输入到显示器中后三极管才点亮数码管，否则熄灭数码管，这样可以消除数码管的闪烁现象。这种显示系统可以连接十几个数码管而没有闪烁现象。串行的显示系统节约了8751h的引脚，为整个控制系统扩展其他功能留有余地。该系统的输入信号由连接在8255上的二乘八键盘提供。8255是通过地址锁存器74ls373连接到单片机的。除此之外，为了防止程序“跑飞”加入了看门狗电路。这个控制系统驱动一个四相步进电机，它不仅可以控制步进电机的起动、转向、转速，而且功耗小，可靠

17、性高，通用性好，因此在当今工业上得到广泛的应用。 在我的这篇文章中首先说明了这次设计的主要内容，包括：步进电机的型号何以写参数，如何控制。然后是简单的介绍了一些单片机和步进电机的基本原理。最后是详细的讲解我的这次设计的硬件部分的结构和功能，软件部分的流程。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）3第 2 章 概述我的设计就是以 mcs51 系列中的 8751h 为核心，与键盘、显示器连接，通过调节脉冲信号频率，进而实现对步进电动机转速的控制。下表列出了我选用的步进电机的一些典型参数：表 2-135by48l01 型步机电机参数型号 步距角 相数 电压 电流 电阻 最大静转距 定位转距 转动惯量35b

18、y48l01 7.5 4 12 0.2 60 550 120 7.9 有了这些参数，可以设计出控制电路，因其工作电压为 12v，最大电流为0.26a，通过 p1.4p1.7 来控制各线圈的接通与切断。开机时，p1.4p1.7 均为高电平，依次将 p1.4p1.7 切换为低电平即可驱动步进电机运行，注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向，只要改变各线圈接通的顺序。图 2-135by48l01 型步进电机的接线图步进电机的驱动过程： 要求：开机后，电机不转，按下启动键，电机旋转，速度为 25 转/分，按下加 1 键，速度

19、增加，按下减 1 键，速度降低，最高速度为 100 转/分，最低转带为 25 转/分，按下停止键，电机停转。速度值要求在数码管上显示出来 按沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）4上面的分析，改变转速，只要改变 p1.4p1.7 轮流变低电平的时间即可达到要求，这个时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。这里以定时的方式来实现。下面首先计算一下定时时间。 按要求，最低转速为 25 转/分，而上述步进电机的步距角为 7.5,即每 48 个脉冲为 1 周，即在最低转速时，要求为 1200 脉冲/分，相当于 50ms/脉冲。而在最高转速时，要求为 100 转/分，即 48000 脉冲/分，相

20、当于 12.5ms/脉冲。可以列出下表速度 单步时间(us) th1 tl1 实际定时（us）表 2-2 步进电机转速与定时器定时常数关系25 50000 76 0 49996.826 48077 82 236 48074.1827 46296 89 86 46292.6128 44643 95 73 44640.155 100 12500 211 0 12499.2 表中不仅计算出了 th1 和 tl1，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。表中 th1和 tl1 是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的晶振是 11.0592m。有

21、了上述表格，程序就不难实现了。本程序主要由键盘程序、显示器程序、步进电机驱动程序三部份组成，主程序首先初始化各变量，将显示器的高 3 位消隐，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序，否则直接转下一步。下一步是将当前的转速值转换为 bcd 码，送入显示缓冲区。 步进电机的驱动工作是在中断服务程序中实现的，由前述分析，每次的定时时间到达以后，需要将 p1.4p1.7 依次接通，程度中用了一个变量来实现这一功能，在主程序初始化时，该变量被赋予初值 11110111b，进入到定时中断以后，将该变量取出送 acc 累加器，并在累加器中进行左移，这样

22、，该数值就变为 1110 1111，然后将该数与 p1 相“与”，此时，p1.4 即输出低电平，第二次进入中断时，先将该数取反，成为 00010000，然后将该数与 p1 相“或”，这样，p1.4 即输出高电平，关断了相应的线圈，然后将该数重新取出，并作左移沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）5即 11101111 右移成为 11011111，将该数与 p1 相“与”，这样 p1.5 即输出低电平，依次类推，p1.7p1.4 即循环输出低电平。当这一数据变为 01111111 后，需要作适当的改动，将数据重新变回 11110111，进行第二次循环。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）6第 3 章

23、主要器件介绍 单片微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是一种非常活跃和颇具生命力的机种。单片微型机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器cpu、存储器和i/o接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便称为一个单片机控制系统。3.1 单片机(8751)系统简介8751 是美国 intel 公司生产的八位高档单片机系列,它是 mcs-51 系列单片机中的一种,是在 mcs-48 系列基础上发展而成的,也是我国目前应用最广的一种单片机系列。8031 单片机的内部主要由 cpu、片内 ram

24、、4 个标准 i/o 口、定时器/计数器和中断系统等组成。片内无 rom 存储器,128b ram 位可读写数据存储器,主要放置需频繁处理的数据，4 个并行 i/o 口 p1、p2、p3 与特殊功能寄存器是统一编址的。为了更好地使用单片机,我们必须首先了解其引脚功能。图 2-1 是 8031 的引脚布图,它是标准的 40 线双列直插式封装的集成电路1。 图 3-1 8751 引脚图沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）71.电源引脚：vcc 电源线（+5v）,vss：接地线。2. 时钟引脚：xtal1、xtal2 为片内振荡电路输入线。3.psen：片外 rom 选通线，是外部程序存储器的读选通信

25、号。4.ale/ptog：地址所存允许/编程线，配合 p0 口引脚的第二功能使用。5.ea/vpp：允许访问片外存储器/编程电源线，可以控制 8031 使用片内rom 还是使用片外 rom。若/ea=1，则允许使用片内 rom；若/ea =0，则允许使用片外 rom。但 8031 无片内 rom 则/ea 使终接地。6.rst/vpd：复位备用电源线，第一功能是使 8031 处于复位状态，第二功能是当电源电压过低时，用于保证片内 ram 中信息不丢失2。3.1.1 cpu 结构cpu 是单片机的核心部件，它由运算器，控制器和专用寄存器组三部分电路组成，数据处理和系统操作控制都是由 cpu 完成

26、的，单片机主要功能指标也是它决定的。1.算术逻辑单元 alu8751 的 alu 是一个性能极强的运算器，它可以进行加、减、乘、除四则运算，也可以进行与、或、非、异或等逻辑运算，还具有数据传送、移位、判断和程序转移等功能。8751alu 由一个加法器、两个八位暂存器和一个布尔处理器组成。2.定时控制部件定时控制部件起着控制器的作用，由定时控制逻辑、指令寄存器 ir 和振荡器 osc 等电路组成。指令系统 ir 用于存放从程序寄存器中取出的指令码，定时控制逻辑用于对 ir 中指令码译码，并在 osc 配合下产生指令的时序脉冲，以完成相应指令的执行。3.专用寄存器组专用寄存器组主要用于指示当前要执

27、行指令的内存地址、存放操作数和指示指令执行后的状态等等。专用寄存器组主要包括程序计数器 pc、累加器 a、程序状态寄存器 psw、堆栈指示器 sp、数据指针 dptr 和通用寄存器 b 等。程序计数器 pc（program counter）程序计数器 pc 是一个二进制 16 位的程序地址寄存器，其内容为将要执行的指令地址，寻址范围达 64kb，pc 有自动加 1 功能，从而实现程序的顺序执沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）8行。 8751程序计数器pc有16个触发器组成，故它的编码范围为：0000hffffh，共64k。也就是说，8751对程序计数器的寻址范围为64kb。累加器a（accum

28、ulator）累加器a为8位寄存器（简称a） ，是最常用的专用寄存器，功能较多，地位重要；它即可用于存放操作数，也可用来存放运算的中间结果。通用寄存器b（general purpose register） b寄存器是一个8位寄存器，主要用语乘除运算，乘法运算前，b中放乘数，乘法操作后，乘积的高8位存于b中。除法运算前，b中放除数，除法操作后，余数存放于b中。此外，b寄存器也可作为一般的数据寄存器使用。程序状态字psw（program status word） psw是一个八位标志寄存器，用来存放指令执行后的有关状态，其中，psw7为最高位，psw0为最低位。表3-1 程序状态字pswpsw7p

29、sw6psw5psw4psw3psw2psw1psw0cyacf0rs1rs0ovpcy（psw7）进位标志位cy是psw中最常用的标志位。在进行加减运算时，如果操作结果最高位有进位或错位，则cy有硬件置“1”；否则置“0”在进行位操作时，cy作位累加器使用，其作用相当于字节操作的累加器a。ac辅助进位位 加减运算中当有低4位向高4位进位或错位时，ac由硬件置“1”；否则ac位被清0。f0用户标志位这是一个供用户定义的标志位，用户在需要时可通过指令将其操作置位或复位，以控制程序执行流向。rs1和rs0寄存器选择位用于设定通用寄存器的组号。通用寄存器共有四组，其对应的关系为：沈阳工业大学本科生毕

30、业设计（论文）9这两个选择位的状态是由用户通过指令设置，用以切换选用的当前通用寄存器组 r0r7。单片机上电或复位后rs1rs0为cpu自动选用0组寄存器为当前通用寄存器组。 表3-2 rs1、rs0对工作寄存器的选择rs1、rs0r0r7的组号r0-r7的物理地址00000h07h01108h0fh10210h17hov（overflow）溢出标志位：指示运算过程中是否发生了溢出，由机器执行指令过程中自动形成。p（parity）奇偶标志位p标志表明累加器a中的个数的奇偶性，在每个指令周期有硬件根据a的内容对p位自动置位或复位。若p=1，则累加器a中1的个数为奇数；若p=0，则累加器a中1的个

31、数为偶数。sp（stack pointor） 堆栈指针sp是一个八位寄存器，能自动加1或减1，专门用来存放堆栈的栈顶地址。计算机中的堆栈是一种能按“先进后出”或“后进先出”的规律存取数据的ram区域。8751片内ram共有128个字节，地址范围为00h7fh。堆栈有栈顶和栈底之分，栈底有栈底地址标识，栈顶由栈底地址指示。栈底地址是固定不变的。它决定了堆栈在ram中的物理位置；栈顶地址始终在sp中，即由sp指示，是可以改变的。因此，当堆栈中空无数据时，栈顶地址必定和栈底地址重合，即sp中一定是栈底地址。这就是说，sp就好象是一个地址指针，始终指示着堆栈中最上面的那个数据。dptr（data po

32、intor）数据指针dptr 是一个 16 位的寄存器，由两个八位寄存器 dph 和 dpl 拼装而成。其中，dph 为 dptr 的高八位，dpl 为 dptr 的低八位。dptr 可以用来存放片内 rom 的地址，也可以用来存放片外 ram 和片外 rom 的地址3。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）103.1.2 i/o 接口线1.p0口：这组引脚共有八条。为 p0口所专用，其中 p0。7为最高位，p0。0为最低位。p0口作为通 i/o 口使用，用于传送 cpu 的输入/输出数据，p0在访问片外存储器时先是用于传送片外存储器的低 8 位地址，然后传送 cpu 对片外存储器的读写数据。2.

33、p1口： p1.7 p1.0 这八条引脚和 p 0的 8 条引脚步类似，p1.7 为最高位，p 1.0为最低位。当 p1 口为通用 i/o 使用时，p1.7 p1.0 的功能和 p0 口的第一功能相同，也用于传递用户的输入/输出数据。这组引脚的第一功能和上述两组引脚的第一功能相同，即它可以作为通用/口使用。它的第二功能和 p0 口引脚第二功能相配合，用于输出片外存储器的高 8 位地址。3.p3口：这组引脚的第一功能和其于三个断口的第一功能相同,第二功能起控制作用4，如表 3-3 所列。 表 3-3 第二功能端口地址兼用功能p3.0rsd (串行输入口)p3.1txd (串行输出口)p3.2 i

34、nt0 (外部中断 0 输入)p3.3 int1（外部中断 1 输入）p3.4t0 (定时器 0 的外部输入)p3.5t1 (定时器 1 的外部输入)p3.6 wr (外部 ram 写选通信号)p3.7 rd (外部 ram 读选通信号)3.1.3 定时器/计数器 t0、t11.定时器/计数器 t0、t18751 有两个 16 位的定时器/计数器，它们可以分为定时器模式和计数器模式两种。在这两种模式下，又可以单独设定为方式 0，方式 1，方式 2，方式 3工作。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）11定时器模式下的定时时间或计数器模式下的计数值均可由 cpu 通过程序设定，但是都不能超过各自的最

35、大值。最大定时时间或最大计数值和定时器/计数器位数的设定有关，而位数设定又取决于工作方式的设定5。 定时器/计数器是一个二进制的加 1 计数器，当计数器满回零时能自动产生溢出中断请求，表示定时时间已到或计数已经终止。 mcs-51 对内部定时器/计数器的控制主要是通过 tcon 和 tmod 两个特殊功能寄存器实现的。2.定时器控制寄存器 tcon定时器控制寄存器 tcon 是一个 8 位寄存器。tr0 和 tr1 分别用于控制内部定时器/计数器 t0 和 t1 的启动和停止，tf0 和 tf1 用于标志 t0 和 t1 计数器是否产生了溢出中断请求。t0 和 t1 计数器和溢出中断请求还受中

36、断允许寄存器 ie 中 ea，et0 和 et1 状态的控制。3.定时器方式寄存器 tmod时器方式寄存器 tmod 的地址为 89h，cpu 可以通过字节传送指令来设定 tmod 中各位状态，但不能用位寻址指令改变。m1 和 m0 为方式控制位，c/t 为定时器/计数器的模式控制位，gate 为门控位。表 3-4 定时器方式寄存器 tmodgatec/tm1m2gatec/tm1m0t1t0定时器/计数器可以设定为 13 位，16 位，8 位重装和两个独立 8 位计数器等四种工作方式，这由 tmod 中 m1，m0（d1，d0）两位状态设定。t0 的定时器/计数器模式由 tmod 中的 c/

37、t 状态决定：若 c/t=0，则 t0或（t1）设定为定时器模式计数脉冲由单片机主脉冲经 12 分频后送来若 c/t=1，则 t0或（t1）为计数器模式，计数脉冲从单片 t0（或 t1）输入引脚步上送来。cpu在每个机器周期对 t0（或 t1）检测一次，但只有在前一次检测为 1 和后一次检测为 0 时才会使计数器加 1。因此，计数器不是由外部时钟负边沿触发的，而是在两次检测到负跳变存在时才进行计数的。由于两次检测需要个 24 时钟脉冲，故 t0（或 t1）线上输入脉冲的“0”或“1”的持续时间不能少于一个机器周期。通常，t0或 t1输入线上的计数脉冲总小于 100khz。沈阳工业大学本科生毕业

38、设计（论文）12计数器 t0的计满回零时能自动使 tcon 中的 tf0 置位，以表示计数器 t0产生了溢出中断请求，若此时中断是开放的即：( ea=1 和 et0=1） ，则计数器 t0的溢出中断请求使可为 cpu 响应5。4.工作方式：8751 单片机有 t0 和 t1 两个内部定时器/计数器。每个定时器/计数器都属于特殊功能寄存器，t0 由 8 高位 th0 和低 8 位 tl0 组成，t1 由高 8 位 th1和低 8 位 tl1 组成。因此，t0 和 t1 均可通过字节传送指令为它们分别设置初值。定时器/计时器的功能是和它们的工作方式有关的。5.mcs-51 对内部定时器/计时器的初

39、始化mcs-51 内部定时器/计数器是可编程的，其工作方式和工作过程均可由mcs-51 通过程序对它进行设定和控制。因此，mcs-51 在定时器计数器工作前必须先对它进行初始化。初始化步骤：根据题目要素先给定时器方式寄存器 tmod 送一个方式控制字，以设定定时器/计数器的响应工作方式。根据实际需要给定时器/计数器选送定时器初值或计数器初值，以确实需要定时器的时间和需要计数的初值。根据需要给中断允许寄存器 ie 选送中断控制字和给中断优先级 ip 选送中断优先级字，以开放相应中断优先级。给定时器控制寄存器 tcon 送命令字，以启动或禁止定时器/计数器的行。6.计数器初值的计算定时器/计数器在

40、计数器模式下工作时必须给计数器选送计数器初值，这个计数器初值是送到 th（th0/th1）和 tl（tl0/tl1）中的。定时器/计数器的计数器是在计数初值基础上以加法计算的，并能在计数器从“1”全变为全“0”时自动产生定时溢出中断请求。因此，我们可以把计数器计满为零所需要的计数设定为 c，计数初值设定为 tc，由此便可得到如下的计算通式： tc=m-c (3-1) 式中 m 为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式 0 时 m 为沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）13213，在方式 1 时 m 为 216，在方式 2 和方式 3 时 m 为 28。7.定时器初值的计算 在定时器模式下，

41、计数器由单片机主脉冲经分频后计数。因此，定时器定时时间的计算公式为： t=（m-tc）t计数 (3-2) 上式也可写成： tc=m-t/t计数 (3-3) 式中 m 为模值，和定时器和工作方式有关；t计数是单片机时钟周期tclk12 倍；tc 为定时器的定时初值。 在式中，若设 tc=0，则定时器定时时间为最大。由于 m 值和定时器工作方式有关，因此不同工作方式下定时器的最大定时时间也不一样。要使单片机正常工作除了需要供电电源，还需要时钟触发和复位电路。复位电路在看门狗电路中提到，先介绍一下时钟电路。 图 3-2 时钟电路本次设计使用的时钟电路，如图 3-2，外接晶振的频率为 6.0mhz，因

42、此，采用 6.0mhz 的晶振符合系统要求，且能保证足够的速度和稳定的可靠性。外部晶振与电容 c1、c2 构成并联谐振电路，接在 8031 的 xtal1 和xtal2 引脚上，对外界的电容没有严格要求，但对时钟频率有微调作用，一般选 30pf 左右。xtal1xtal2vss外部晶振沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）143.1.4 存储器半导体存储器是重要的记忆元件，常用于存储程序、常数、原始数据、中间数据和最终结果。存储器可分为内存储器和外存储器两大类。rom 为程序存储器，主要存放 cpu 进行操作的指令代码；ram 为数据存储器，主要放置需频繁处理的数据。 mcs51的存储器有片内和片

43、外之分。片内存储器集成在芯片内部；片外存储器又称为外部存储器，是专门的存储器芯片，需要通过印刷电路板上的 三总线和mcs51连接的。片内和片外存储器中，又有rom和ram之分。1.rom 存储器8031 内部无 rom 存储器，只有 8751 才有 4kb rom，地址范围为0000h0fffh。无论 8031 还是 8751，都可以外接外部 rom，但片内和片外之和不能超过 64kb。8751 有 64kb rom 的寻址区，其中 0000h0fffh 的4kb 地址区可以为片内 rom 和片外 rom 公用，1000hffffh 的 60kb 地址区为片外 rom 所专用。2.片内 ram

44、 存储器ram 存储器主要用来存放数据，故又称为数据存储器。mcs51 的 ram存储器有片内和片外之分；片内 ram 共 128 个字节，地址范围为 00h7fh；片外 ram 共有 64kb，地址范围为 0000hffffh.。片内 ram 共有128 个字节，分为工作寄存器区、位寻址区和便笺区。工作寄存器区（00h17h）这32个ram单元共分为四组，8个寄存单元，各组都以r0r7寄存单元编号，用于存放操作数及中间结果等。到底哪一组是当前寄存器组，由rs1，rs0的状态组合决定。位寻址区（20h2fh） 这16个ram单元具有双重功能，既可作为一般ram单元使用，进行字节操作，也可以对单

45、元中的每一位进行操作。便笺区（30h7fh）便笺区共有80个ram单元，按字节存取，一般用于存放用户数据及堆栈区使用6。3.特殊器功能寄存sfr（special function register）特殊功能寄存器是指有特殊用途的寄存器集合，它是ram的高128单元，沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）15其单元地址为80hffh。8031或8751有21个。每个sfr占用一个ram单元。 在 21 个 sfr 寄存器中，用户可以通过直接寻址指令对它们进行字节存取，也可以对带有“*”号的 11 个寄存器进行位寻址。在字节型寻址指令中，直接地址的表示方法有两种：一种是使用物理地址，另一种是采用物理标

46、号。在 sfr中，可以位寻址的寄存器有 11 个，共有位地址 88 个。3.1.5 地址锁存器 74ls373 74ls373 是三态缓冲锁存器,用于锁存 8031p0 口的低 8 位地址。当 ale 端口为高电平时，选通该芯片，当 ale 端口下降沿时把 p0 口上的地址锁存到该芯片上。3.2 8255 芯片介绍3.2.1 8255 内部结构8255 是 intel 公共司研制的通用 i/o 接口芯片，芯片内具有 ram 并行 i/o口和计数器等部件。8255 与 mcs51 单片机接口简单，是单片机应用系统中广泛使用的芯片。现对各部分电路分述如下：1.cpu 接口电路它由数据总线缓冲器和读

47、/写控制逻辑组成。由它来实现 8255 和系统总线的接口。 数据总线接口缓冲器：它是一个 8 位、双向、三态的缓冲器，与 8 位数据总线 d7-d0 相连接。由读/写控制逻辑对三态门进行控制。这个接口是 8255与 cpu 数据总线的接口。cpu 向 8255 写入控制字，或从 8255 读出状态信息、数据或将数据写入 8255 都通过这个接口缓冲器传送。读/写控制逻辑：它有 6 根控制线，接受 cpu 来的控制信号。由控制信号的不同组合，实现对 8255 内部操作的控制。这 6 根线是：resrt：复位线，用来使 8255 复位；cs：片选线，决定 8255 是否被选中；d，a1，a0：两根

48、地址线。由地址 a1 ，a0 的不同编码，决定选中 8255内部的哪个寄存器，即片内寻址；rd，wd：读、写控制信号线。用来决定数据的传送方向，是从 8255 读出送到 cpu，还是由 cpu 写入 8255。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）162.内部控制逻辑包括 a 组控制逻辑和 b 组控制逻辑两部分。他们从 cpu 接受控制字，根据控制字来控制 8255 的工作电路，控制字寄存器共 8 位：d7-d3 这 5 位在 a组控制逻辑内，用来控制口 a 和口和口 c 高 4 位的工作方式；d2-d0 这 3 位在b 组控制逻辑内，用来控制口 b 和口 c 的底 4 位的工作方式。它还可以接受

49、来自 cpu 的命令字，对口 c 的每一位实现按位置位或复位的控制。3.输入/输出接口电路通常系统利用它来和外部设备相连接。它包括 24 根输入/输出线、输入缓冲器和输出锁存器，以及相应的控制逻辑。8255 总共有 3 个 8 位的输入/输出端口，即口 a、口 b、口 c。a，b，c3 个端口都可以设定为输入或输出端口，但 3 个端口功能有些区别。端口 a 和端口 b 各自有一个 8 为数据输出锁存/缓冲器、一个 8 位的输入缓冲器、 （口 c 输入没有锁存） 。在与外设进行数据传送时，把 a，b，c3 个断口分为两组：由端口 a 和 c的高 4 位组成 a 组，称为 a 通道；由端口 b 和

50、 c 的低 4 位组成 b 组，称为 b通道。在与不需要联络线控制的外设连接时，a，b，c3 个端口都可以作为数据输入台或输出口。在与需要联络线控制的外设连接时，端口 c 可以分成两部分，这两部分分别与断口 a 和 b 配合使用，可以输出控制信息或接收选通信息。3.2.2 引脚功能8255 有 40 跟引脚，是双列直插式封装的大规模集成电路芯片。40 跟引脚分为与外设连接的引脚和与 cpu 连接的引脚。1.与外设连接的引脚 8255 与外设连接的引脚共有 3 组，分别是 p1、p2、p3 口。每组 8 根线，共 24 根。全为双向、三态引脚。2.与 cpu 连接的引脚8255 与 cpu 连接

51、的引脚有 8 根数据引脚 d7-d0，它们全部是双响、三态引脚，用来与数据总线连接；另外，它还有 6 根输入控制引脚，用来接收 cpu送来的地址和控制信息，这些引脚分别是：resrt：复位输入信号，高电平有效。当 resrt 有效时，将所有内部寄存器清零（包括控制寄存器） ，对应的 pa、pb、pc 口共 24 根引脚为高阻状态。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）17cs：芯片选中信号、读入、低电平有效。只有当他为低电平时 8255 才被cpu 选中。a0 和 a1：芯片内部的选中信号。当片选信号有效时，再由 a0，a1 的编码决定是口 a、口 b、口 c，还是控制寄存器。rd：读信号、输入低

52、电平有效。当它为低电平时，由 cpu 读出 8255 的数据或状态信息。wr：写信号、输入，低电平有效。当它为低电平时由 cpu 将数据或命令写到 8255 上。3.2.3 工作方式8255 的 a 组具有 0、1、2 三种工作方式，而 b 组只有 0、1 两种工作方式。8255 的工作方式由控制寄存器的内容决定。我们先来介绍各种工作方式的含义。1.方式 0 方式 0 是一种基本的输入方式，这种方式通常不用联络信号也不使用中断来控制数据的传送。a，b，c 三个口都可以由编程来设定为输入或输出，但每个口不能同时又是输入又是输出。当 8255 在工作方式 0 时，它具有如下工能。具有两个 8 位端

53、口，即口 a 和 b。两个 4 位端口，即口 c 的高 4 位和低4 位。输出具有锁存能力，但输入不锁存。cpu 与外设采用无条件输入/输出传送数据时不需要联络线也不需要查询状态。当 8255 的 a 通道和 b 通道都设定为方式 0 时，cpu 可以分为高 4 位和低 4 位两个部分。cpu 访问时，两个部分不能单独进行读写，而是作为一个整体。2.方式 1当外设和 cpu 交换数据采用中断方式驱动时，8255 为工作方式 1。此时它有两个数据通道：通道 a。它包括一个 8 位数据端口（端口 a）和一个 5 位的控制端口沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）18（端口 c 的 pc7-pc30）

54、。通道 b。它包括一个 8 位数据端口（端口 b）和一个 3 位的控制端口（端口 c 的 pc2-pc0） 。当选择方式 1 时，端口 a 和 b 既可以作为输入端口，也可以作为输出端口，数据的输入和输出都被锁存；端口 c 的引脚分别作为控制信号、状态信号和中断信号等引脚。3.方式 2 只有 a 通道有工作方式 2。它是一种双向传送数据的结构，可以采用联络和中断来控制数据的传送。方式 2 的基本功能端口 a 是一个 8 位的双向端口。端口 c 的 pc7-pc3 引脚起联络的作用7。沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）19第 4 章 步进电动机 步进电动机是一种将电脉冲转换为角位移的执行机构，常

55、用在开环数字控制系统中。它可以把电脉冲转换成角位移,即给一个脉冲信号,步进电动机就转动一个角位移。步进电动机的特点：1.步进电动机的角位移与输入脉冲严格成正比,因此,当它转一转后,没有累计误差,具有良好的跟随性。2.由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单，廉价,又非常可靠,同时它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。3.步进电动机的动态响应快,易于起停、正反转及变速。4.速度可在相当宽的范围内平滑调节,低速下仍能保证获得大转矩,因此,一般可以不用减速器而直接驱动负载。5.步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行。它不能直接使用交流电源和直流电源。6.步进电动机存在振动和失步

56、现象,必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。7.步进电动机自身的噪声和振动较大,带惯性负载的能力较差。4.1 步进电动机的结构1.步进电动机的结构和分类 步进电动机根据作用原理和结构,基本上可分成下面两大类型：电磁型步进电动机。定子和转子之间仅靠电磁作用就可以产生步进作用的电动机。2.在单片机应用系统中,都是使用第二类步进电动机。在第二类步进电动机中，根据转子的结构形式,可以分成永磁转子电动机或反应式转子电动机它们也简称为永磁式步进电动机或反应式步进电动机。4.2 步进电动机的工作原理 四相反应式步进电动机定、转子的基本结构。定子上有 8 个等分的磁极 a-沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）

57、20a,b-b,c-c,d-d,相对两个磁极组成一相，相邻两个磁极夹角为 45 ，当某相有电流通过时，相对两个磁极形成 n 和 s 极。转子上没有绕组，而由 12 个均匀分布的矩形小齿组成，相邻齿夹角为 30 当某相通电时，相应的磁极与转子即形成磁路，在磁场的作用下，定转子的齿将沿减小磁阻的方向运动。而相邻磁极下的齿就与转子上的齿错开 3.75 （m 为电机绕组相数） 。如断开前一相而使此相通电，转子就要向前转过 3.75 齿距而迫使该相定子上的齿与转子的齿对齐。可见对齿是促使步进电动机旋转的根本原因。4.3 步进电动机的工作方式 步进电动机可工作于单相通电方式，也可工作于双相通电方式和单相、

58、双相交叉通电方式。选用不同的工作方式，可使步进电动机具有不同的工作性能，诸如减小步距，提高定位精度和工作稳定性等。我们以四相步进电动机为例，它有三种方式。1.四相单四拍工作方式（简称单四拍）其通电次序为 abcda 或者 adcba。 2.四相双四拍工作方式（简称双四拍）其通电次序为abbccddaab 或者 dacdbcabda。 3.四相八拍工作方式,其通电次序为 aabbbcccddda 或者 aadddcccbbbaa。 步进电动机除了四相外,还有五相、六相等几种，而其中每一种均可工作于上述三种方式之一。 由于步进电动机的转子有一定的惯性以及所带负载的惯性，故步进电动机在工作过程中不能

59、立即启动和立即停止。在启动时应慢慢地加速到一个预定速度，在停止时应提前减速，否则将会产生失步现象。其次，步进电动机的工作频率也有一定的限制，否则会因其速度跟不上也会产生失步现象。 综上所述，步进电动机的控制方法可归纳为两点：第一，按预定的工作方式分配各个绕组的通电脉冲；第二，控制步进电动机的速度，使它始终遵循匀速的运动规律工作。 若按照常规的方法，即用分立元件组成脉冲分配器和加减速电路来实现这两个功能，则电路复杂，可靠性较差。若用微型计算机来实现，只要用一个并行输入输出接口电路，就可组成具有六相 a、b、c、d、e、f 的步进电动机通沈阳工业大学本科生毕业设计（论文）21用接口电路，如图所示，

60、此接口电路可选用并行 i/o 接口芯片，也可以一片缓冲器和一片锁存器芯片来组成。其中 a 口接步进电动机驱动器，向步进电动机提供各相的激磁电流；b 口用来检测步进电动机的类型及工作方式选择，开关的状态可根据需要来设置。4.4 步进电动机的驱动通过前面的原理介绍，我们知道了步进电动机是使用脉冲电源式作的，步进电动机的驱动方式有多种，下面介绍 4 种驱动：1.单电压驱动 单电压驱动是步进电动机控制中最简单的一种驱动电路在本质上是一个简单的反相器。单电压驱动电路的最大特点是结构简单,但它的缺点是工作效率低,在高频工作状态时其效率尤其差。所以单电压驱动电路一般只用于小功率步进电动机的驱动。2.双电压驱