步进电机运动控制系统方案设计书

1、摘要随着数字电子计算机的广泛应用，单片机的应用也已深入到了社会领域的各个方面。为此选本次毕业设计课题为：基于P89C668 单片机的步进电机运动控制系统的研发， P89C668单片机属于 Philips的增强型 8051 系列。本设计是利用单片机来控制步进电机的运转，通过键扫描，程序的控制来实现步进电机的起、停，正、反转，加、减速的运动状态。本次设计应用到的开发工具是： Protel DXP2004 和 uVision2 ，本系统是应用汇编语言进行控制的。正文中首先简单描述了课题背景，开发环境和需要完成的功能；接着介绍了系统方案设计，其中包括硬件选型和开发工具两部分，论述了本次毕业设计所应用的

2、各种设备的功能及其工作过程，此部分为系统的硬件设计做作准备；最后详细介绍了系统硬件的设计，附有相应的电路图，并给出了系统的硬件设计总图。在正文中还简单描述了增强型8051 单片机的电路接口的硬件调试。关键词：单片机，步进电机，8051ABSTRACTAlongwiththedigitalcomputerwidespreadapplication,themonolithicintegratedcircuitapplicationalsothoroughlyarrivedsocialdomaineachaspect,Forthisanthologygraduationprojecttopic is

3、: Based on the P89C668 Single chipMicrocomputer.SteppingMotormovement controlsystemresearchanddevelopment,theP89C668 Single chip Microcomputerbelongs to Philips the enhancement8051series.ThisdesigniscontrolsaSteppingMotor revolutionusingSinglechipMicrocomputer,throughthekeyscanning,theprocedurecontr

4、olrealizesSteppingMotor stops,thereverse,addsthestateofmotionwhich,decelerates,Thisdesignappliesthedevelopmentkitis ProterDXP2004 and Vision2,thissystemcarries on the control using the assembly language.In the main text first simply described the topic background,thefunctionwhichthedevelopmentenviro

5、nmentandneeds tocomplete。 Then introduced thesystemplan design,includingthehardwareshapinganditsthe work processwhichthisgraduationprojectapplies,thispartforsystemhardwaredesign,attachesthecorrespondingcircuitdiagram,and hasproducedthesystemhardwaredesignassemblydrawing.Alsosimplydescribedtheenhance

6、ment 8051SinglechipMicrocomputerelectriccircuitconnections hardware debugging in the main text.Keyword: Single chip Microcomputer, Stepping Motor,8051前言本次毕业设计的课题是基于P89C668 的步进电机运动控制系统设计，在设计阶段，对三极管，二极管，电阻，电容，发光二极管，P89C 系列单片机，光电隔离器，步进电动机驱动器等元器件有了比较好的了解，并拟定了相应的总系统设计。在本次设计过程中，掌握了基本的集成电路的基本分类方法和功能查找方法，以及

7、工作特性，掌握了实验开发板的基本使用方法，掌握了固件开发集成环境 Vision的基本使用方法，对Protel DXP2004的使用有了很好的掌握，学会了实验开发板的在线调试方法等，本设计可分为硬件设计，软件设计两个主要的部分。其中，硬件部分，是对单片机做选型和处理步进电动机的选用。对 8031 和 P89C668两种单片机做了分析比较，确定了使用：P89C668单片机。软件部分结合本设计的特点和自己的实际情况，用汇编语言完成软件部分的程序设计，并结合硬件进行了调试。设计本身就是一项辛苦又有趣，而且可以调动积极性的活动。通过这次设计，使我学到了很多新的知识，使我把以前学习的有关电子、控制以及单片

8、机等课程的知识加以综合的运用。这次设计让我认识很深。第一章绪论1.1课题背景步进电动机是一种能完成增量运动的电磁机械，它将输入的数字脉冲信号转换成电机转轴的输出角度。在开环方式下，步进电机的输出步数总是和输入指令的脉冲数相等，每个脉冲都使电机转轴前进一个步进角，并依靠它特有的定位转矩将转轴准确地锁定在相应的步距位置。但是，在开环控制方式下，步进电动机的速度控制有着较大难度：在高速运行时，电机易丢失输入脉冲，造成失步；在低速时，步进电动机的转速响应有较大波动，运行不平稳；特别是当电机负载变化时，电机的转速波动更大，调整更不容易。当输入脉冲频率很低时，步进电机转子就处于步进运行状态，由于步进电机具

9、备快速启动和停止的能力，它的步距角和转速仅与脉冲频率有关而不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件的影响，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累正是因为上述优点，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件同时随着近年来大规模集成电路的发展以及各种单片机的迅速发展和普及，利用单片机与集成电路来控制步进电机不但灵活、方便、易于实现，而且它还具有成本低的特点步进电动机是本次毕业设计需要设计的一个很重要的元件，而单片机在本次毕业设计中也是一个需要解决的十分重要的元件。现在对单片机的发展情况作相应的介绍：1976年，首例 4 位 8048 微控制器问世， 1980 年，首例 8 位 MCS一

10、 51 微控制器问世，掀起第一次嵌入式浪潮，各个微电子公司竞相研制自己的微控制器。 20 年来传统微控制器的更新，归纳如下几个方面：1 微控制器的 CPU仍以 CISC(复杂指令集系统 ) 为主，但向 RISC(简单指令集系统 ) 演化。2 提升指令执行速度提高 8 位的振荡器频率或减少每机器周期包含的振荡周期数，都可以提高指令的执行速度，如 Philips 公司把 12MHz的 805l 从每机器周期所含振荡器周期数由 12 改为 6，获得 2 倍速，因此，提升 8 位微控制器工作频率已经受到普遍的重视。3 集成大容量片上 FLASH存储器，实现 ISP、IAP近几年， 8 位微控制器竞相采

11、用FLASH存储器，已成趋势，因为它集成密度高、价格便宜、技术先进、可以取代PROM、 EPROM、 0TP 和 EEPROM等。Philips公司推出的兼容于8051 的 P89C668单片机是具有32KB64KB FLASH的芯片，由于片上集成了 1KB 的引导和擦除烧录用 ROM固件，所以能够更好地支持 ISP 和 IAP，顺便指出， P89C668还增加了片上 RAM，最多到 8KB。4 普遍使用混合信号集成技术用 CMOS工艺将数字和模拟电路集成于一个片上的技术已经成熟，有力的削减了片外的附加器件，提高了性能并缩短了产品上市时间。5 增加可联网的外设接口目前，大量的独立键盘，小型掌上

12、电脑也使用了MCS一 51 系列的 83C51。因此要求将内嵌8 位微控制器地设备接入Internet地呼声渐高。6 追求低电压、低功率、低价位、 PLC(少腿芯片 )降低工作电压无疑可以成平方地降低功率，所以开始出现多电压供电的微控制器， CPU部分工作于 15V25V，而 I 0 口工作于 33V5V。为实现低功耗，应尽可能将片外器件集成于一个片上，这样便于一同暂停，一同休眠或部分运行。当代 ( 即第二代 ) 嵌入式微控制器，主流情况如下：1 DSP与 MPU相结合，协助解决网络与多媒体所需实时处理的高速运算问题， DSP进入今日嵌入式的芯核，与 MPU构成芯核的左右脑。2 今日嵌入式芯核

13、的 MPU多是 RISC 结构，取其特有的高速度，低能耗，小尺寸，低价位的特点。3 32 位的 RISCDSP，双核结构成为今日嵌入式芯片的主流形式。新一轮 32 位嵌入式应用的兴起，8 位微处理器和32 位微处理器相辅相成结合，构成了五彩斑斓的实际应用系统。同时，也说明了805l 系列单片机的软硬件机构至今仍有生命力，借助于操作系统的威力，805l 系列单片机仍可以继续在嵌入式系统发挥更大的作用。8 位微控制器因其价廉，指令短，易于开发使用，加上嵌入式 C 语言的普及，片上FLASH存储的采用和多种多样的集成，将持续受到普遍的欢迎。当今， 8051 系列单片机已经是一个在特性上与其他系列有较

14、大的差异，由不同厂家生产，多种型号芯片组成的单片机大家庭，805l 系列的各种芯片超过了 400 种。 Philips 是最早获得 MCS-5l 技术授权的公司，也是后继发展805l产品最多、最系统的公司。该公司的805l 增强核集中反应了最新技术对MCS-51 核的全面提升。在此基础上集中生产了3 个基础系列的主干产品，即：P89C51x252X54X258X2 与 P89C60X261x2 系列 ( 完全以 8051 增强核为基础 ) ；P89CRA2 RB2 RC RD2(增强 +PCA)和 P89C660 662 664 668(8051 增强核2+PCA+IC)。Philips公司单

15、片机功能多，品种齐全，其中的增强型8051系列功能更为强大，因此本课题拟采用该公司的P89C668单片机作为控制芯片。1.2课题研究意义毕业设计是大学教案中的重要环节，是大学生能力培养的重要手段。是对基础知识和专业知识的一次综合性考查，是大学生进入社会前的一次提前练兵，对大学生未来的生活和工作起到非常重要的作用。本次的设计课题是基于P89C668 单片机的步进电机运动控制系统的研发。包括系统方案设计，开发工具开发环境的应用，系统硬件电路设计，系统软件设计四大部分。系统方案设计包括总体方案设计和细节部分的方案设计；本次设计用到的开发工具是 ProtelDXP 和 Vision2 ；系统硬件设计包

16、括键盘和显示电路的硬件设计，步进电机驱动电路的设计；系统软件设计包括键盘和显示电路的软件设计，步进电机驱动电路的软件设计等内容。具体的详细内容在以后的各章节中会一一详细介绍。在设计的准备阶段，做了大量的准备工作，认真学习了二极管，三极管的作用，性能，极性的辩识；电阻的标识与辩识方法；电容的标识与辩识方法，电容极性的判断；对集成电路的基本分类，功能和不同集成电路的工作特性有了比较全面的了解。对万用表的使用有了更好的掌握；对 Philips 的 8051 系列单片机有了比较全面的了解，其中对 P89( ；668 单片机有了全面的掌握，为我们的设计工作奠定了坚实的基础；步进电动机也是这次设计的重要元

17、件之一，因此对它的工作原理和工作特性有了比较全面的掌握。在本次设计中，我们利用 Protel DXP2004和 Vision2分别完成硬件电路图的绘制和程序的调试工作。本设计还用到LED 发光二极管，光电隔离器TLP521-4，驱动器ULN2003A等元器件。1.3论文完成任务本设计主要完成利用P89C668 单片机通过软件和按键扫描来实现步进电动机的起停、加减速、以及正反转控制。并附以发光二极管来显示步进电动机的各种运动状态。本设计首先进行了系统方案的设计，包括硬件选型和开发工具两大部分。硬件选型中主要介绍了步进电动机特点，工作原理；P89C668 单片机的基本性能，特点和重点功能描述。开发

18、工具主要介绍了 Vision的功能和ProtelDXF2004 的功能，使用方法。接着也就是第三章，是本设计的重点：系统硬件电路设计，均给出了各功能电路原理图。主要包括ISP 功能电路设计，键盘和显示电路设计，步进电动机驱动电路设计和系统硬件电路设计总图。第四章是系统软件设计实现，介绍了各功能模块的作用，给出了系统软件的结构框图和流程图。在正文的后面带有附录，里面附有中英文对照和系统软件的程序代码。第二章系统方案设计2.1概述随着工业水平的提高，市场竞争的激烈，人民需求的巨大变化，各行各业对其自己产品质量的要求也更加严格，提高生产效率，扩大产品原材料的来源，降低生产成本也是生产厂家非常重视的方

19、面。而生产效率的提高，就必须在改进生产设备上来实现。对于制造行业来说更是如此，于是基于P89C668 单片机的步进电动机运动控制系统的研发就成了本次毕业设计的课题。2.2 硬件的选型本设计硬件选型包括步进电动机选型和P89C668 单片机的选型，现对它们的特点和功能分别描述如下。步进电动机一、步进电动机简介步进电机作为执行元件，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。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与同俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机又称电脉冲马达，它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。其特点是：转子的角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及其

20、频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，因此可以通过改变输入电脉冲的频率来实现调速：由于其转轴的输出的角位移量与输入的脉冲数成正比，于是可以通过控制脉冲个数来控制步进电动机的角位移量。步进电动机有利于装置或设备的小型化和低成本，而且很容易用微机实现数字控制。因此，广泛应用于众多的领域中并得以不断的发展，并实现机电一体化和自动化。随着混合式步进电机的产生和应用，其输出功率和力矩不断增加，成本与价格却不断降低，为步进电机的推广应用打下了良好的基础。步进电动机的应用领域十分广泛，在机械、冶金、电力、电子、仪表、轻工，以至医疗、印刷等行业都有使用。例如：计算机的外设、办公自动化中的打印机、传真机的送纸机

21、构、数控机床，记数指示装置，阀门控制，纺织机，等均有应用。一般都用在工作难度较高，工作条件较差，或要求速度快、精度高的场合。随着大功率器件品质的提高，步进系统正在稳步进入普通功率甚至大功率的工业领域。二、步进电动机的特点步进电动机具有转矩大，惯性小，响应频率高的优点。另外还有以下特点：1 步进电机的工作状态不易受各种干扰因素 ( 如电源电压的波动、电流的大小不波形的变化、温度动 ) 的影响，只要在他们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；2 步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转以后，其累计误差为“零”，不会长期积累，因此输出的转角

22、或位移精度高；3 控制性能好。在起动、停止、反转时不易“丢步”。步进电动机通常不用反馈就能对位移或速度进行精确控制，因此被广泛应用于开环结构 ( 有时也在闭环机电控制系统中应用 ) 的机电一体化系统中，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。4 采用直接数字控制性能好。步进电机是根据脉冲个数决定旋转角度的，单片机只需记住脉冲个数就能计算出电机的旋转角度，从而计算出被控对象的行进距离。省去了路程检测模块，从而简化了设计。出于可以用数字信号直接控制，因此很容易与微型机算计相连接实现机电一体化控制。步进电机的特征：优点缺点不需要反馈控制，电路简单容易与微型机算计连接停止时有保持转矩维护方便，价格便宜

23、效率低容易引起失步有时发生震荡现象5步进电动机具有白锁能力( 变磁阻式 ) 和保持转距 ( 永磁式 ) 。6步进电动机的动念H 向应快，易于起停、证反转及变速。速度可在相当宽的范围内平滑调节，低速情况下仍能保证获得很大转矩，因此一般利用不用减速器而直接驱动负载。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。步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取响应的措施。三、步进电机的工作原理分析步进电机主要是有定子和转子构成。定子的主要结构是绕组，三相、四相、五相步进电机分别有 3 个、 4 个、 5 个绕组，其他依此类推。绕组按一定的通电顺序工作，这个通电顺

24、序称为“相序”。转子的主要结构是磁性转轴，当定子中的绕组在相序信号作用下有规律的通电、断电工作时，转子周围就会有一个按此规律变化的电磁场，因此一个按规律变化的电磁力就会作用在转子上，转子总是力图转动到磁阻最小的位置，正是这样，使得转子按一定的步距角转动，使转子发生转动。步进电动机的工作状态由控制信号实现，在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生，其基本控制方式如下：1 相序控制方式步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行，通常我们是把通电换相这一过程称为脉冲分配。现以四相步进电动机为例分析四相步进电动机的工作方式：四相步进电动机的工作方式有三种：四相单四拍，四相双四拍，

25、四相单双八拍。“单”、“双”、“拍”的意思是：“单”指每次切换前后只有一相绕组通电，“双”指的是每次有两相绕组通电：而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫作一“拍”。(1) 四相单四拍步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理。又环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电，设先对A 相绕组通电， B、C、D 三相都不通电。由于磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，因此在A极附近的转子就只受到径向力的作用而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。此时 B、C、D 三相的定子齿则和转子齿在不同的方向各错丌360。 (k*m*z) 的角度，其中 k 表示通电方式，当为单拍时取k=1，双

26、拍时取 k=2；m为定子绕组的相数；z 为转子的齿数。随后A 相断电，B 相控制绕组通电，则转子就和B 相定予齿对齐，转子顺时针方向旋转360。 (k*m*z)的角度。然后使B相断电，C 相通电，同理转子又沿顺时针方向旋转360。 (k*m*z)的角度。转子就按照A BCDA 的旋转顺序运动下去。(2) 四相双四拍工作方式原理当步进电动机按照AB BCCDDA AB 的顺序通电，则就成了四相双四拍工作方式。其工作原理与四相单四拍相同，此处不进行详细说明。(3) 四相单双八拍工作方式原理当步进电动机按照AB BCCDDA AB 的顺序通电时，则就成了四相单双八拍工作方式。其工作原理为：当A 和

27、B 通电时转子稳定位置将会停留在A、B 两定子磁极对称的中心位置上。因为每一拍，转子转过一个步距角。依次顺序通电，则步进电动机沿一定的方向旋转。2 转向控制方式如果按给定的工作方式正向顺序通电换相，步进电动机就F 转；如果按相反的顺序通电换相，则电动机就反转。例如，步进电动机先前的工作方式为A B C D A 此时，步进电动机按顺时针旋转。若改为A D C B A时，则步进电动机的转向与原来相反，即，逆时针旋转。步进电动机工作时的通电控制脉冲，必须严格按照步进电动机所要求完成的工作方式进行顺序控制。四、步进电动机的驱动要使步进电动机输出足够的转矩，就必须采用功率驱动器对控制信号进行放大以驱动负

28、载工作。步进电动机的功率驱动电路有多种，可以用晶体管驱动电源，高频晶闸管驱动电源等；驱动电源可以是单电压驱动、高低电压驱动、高频调压驱动、以及细分驱动等。下面介绍几种典型驱动电路：1 单电压驱动电路，它是驱动电路的一种，其工作原理是：当输入的信号为低电平时，一级放大三极管的发射级的电压为负，此时功率管截止。当输入的为高电平时，一级放大三极管的发射级的电压为正，此时功率管饱和导通，步进电动机的响应相的绕组中有电流。只要某相为逻辑高电平，相应的相便导通。在这种驱动电路中为了防止电机过流及改善驱动特性，需要串接限流电阻。由于步进电机锁步时，限流电阻要消耗掉大量的功率，因此限流电阻要有较大的功率容量，

29、并且开关管也要有较高的带载能力。此种驱动电路中的电阻较多，功率消耗大，电源的效率低。2 高低电压驱动电路，为了改善步进电动机的频率响应，改善激磁电流的波形，一种方法是提高电流上升时间段的激磁电压，当电流上升到一定值后，再将激磁电压减为额定值。即在步进电动机移步时，加额定或超过额定值的电压，以便在较大的电流驱动下，使电机快速移步；而在锁步时，则加低于额定值的电压，只让电机绕组流过锁步所需的电流值。这样，既可以减少限流电阻的功率消耗，又可以提高电机的运行速度，但这种驱动方式的电路要复杂一些。驱动脉冲的分配可以使用硬件方法，即用脉冲分配器实现。现在，脉冲分配器已经标准化、芯片化。步进电机控制 ( 包

30、括控制脉冲的产生和分配 ) 也可以使用软件方法，即用单片机实现，这样既简化了电路，也降低了成本。使用单片机以软件方式驱动步进电机，不但可以通过编程方法，在一定范围内自由设定步进电动机的转速、往返转动的角度以及转动次数等，而且还可以方便灵活地控制步进电机的运行状态，以满足不同用户的要求。因此，常把单片机步进电机控制电路称之为可编程步进电机控制驱动器。采用高低电压驱动电源，步进电动机绕组不需要串电阻，电源功率损耗较小。3 斩波型驱动电路，这种电路采用单一高压电源供电，以加快电流上升速度，并通过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间始终在规定值上下，来使步进电动机工作。单片机

31、选型如今单片机种类的繁多为选用带来很大不方便，根据本毕业设计的实际需求，有两种类型 (8031 和增强型 8051) 比较适合。因此，有必要对他们作简要介绍，以选择其一。现对 8031 作简要介绍。一、 803l 单片机介绍8031单片机是MCS-5l 系列单片机的一种基本产品，现对其进行简单描述，如下：· 8031 单片机有一个 8 位的 CPU，一个 128 字节 RAM， 21 个特殊功能寄存器， 4 个 8 位并行 I 0 端口， 1 个全双工异步串行端口， 2 个 16 位定时器计数器，5 个具有优先级别的中断源。·在 803l外接一片程序存储器后，就构成了一个具

32、有完整功能的微机应用电路。·在软件方面，当8031 的晶振频率为12MHZ时，指令周期为1s，绝大多数指令执行时间为1 2 s，最长 4 s。·大部分指令为1 字节或 2 字节，最长 3 字节。·此外， 8031 所具有的乘除法指令，多种形式的位操作类指令和逻辑运算指令也是独具特色的。· 8031 单片机有 4 个存储器空间，分别安排 4 种不同功用的存储器：(1) 内部数据存储器，集成于片内，统一编址。(2) 特殊功能存储器，集成于片内，统一编址。(3) 程序存储器，安排在片外，单独编址。(4) 外部数据存储器，安排在片外，单独编址。二、 P89C66

33、8单片机1 描述P89C660 662664668 单片机内带6KB32KB64KB64KB Flash 存储器，该存储器既可并行编程，也可以串行在系统编程(ISP) 。在实际的成型产品中，可通过 ISP 升级用户程序。在 Boot ROM程序中，可通过一个默认的串行下载器 (UART)对 Flash 存储器作 ISP 编程，而在 Flash 代码区中并不需要有调用下载器的代码，用户程序可通过调用在 BootROM中的标准子程对Flash 存储器擦写和再编程即 (IAP) 。该器件在6 个时钟周期内执行一条指令，是传统的80C51 的两倍。一个0TP 结构位让用户选择传统的12 个时钟周期。其

34、指令集和80C51相同。它有四个 8 位 I 0 口，三个 16 位定时器事件计数器，多中断源，四个优选级，可嵌套中断结构，一个增强型 UART和片内振荡器以及时序电路。P89C660 662664668 新增特性使其成为一个功能强大的单片机，为某些应用提供FWM ，高速的 I 0 和加减计数，如汽车控制。2 特点(1) 使用 80C51 中央处理单元，具有片内可 ISP 和 IAP 编程的 Flash 存储器， BootROM包括底层的 Flash 编程子程序用于经过 UART下载，可 IAP 编程，可用兼容 87C51硬件接口的并行编程器编程。(2)每个机器周期6 个时钟周期操作标准，每个

35、机器周期12 个时钟周期操作可选 , 在每个机器周期 6 个时钟周期下速度高达20MHz相当于 40MHz性能在每个机器周期 12 个时钟周期下速度高达33MHz。(3) 完全静态操作， RAM可外部扩展到 64K 字节， 4 个中断优先级， 8 个中断源，4个 8位 IO口。(4) 全双工增强型 UAIH包括桢错误检测和自动地址识别。(5) 功耗模式控制，包括时钟可被中止和继续，空闲模式，掉电模式。(6) 可编程的时钟输出，两个 DPTR寄存器，端口异步复位 1，低 EMI 禁止AIE， PC串行接口。(7) 可编程的计数器阵列 PCA，包括 PWM和捕捉比较两部分，非常适合IPMI 应用。

36、综合以上可知，选择增强型8051(P89C668)单片机较适合。现对P89C668单片机的重点功能描述如下。3P89C668重点功能描述定时器计数器O和 1：2 个 16 位定时器计数器：定时器 0 和定时器 1。两者可配置成定时器或事件计数器。用作定时器功能时，每经过一个机器周期，寄存器加 l 。因此，可以将一个机器周期看作计数周期。由于一个机器周期由6 个振荡周期组成，所以，定时器的计数率为16 振荡频率。用作计数器功能时，每当外部计数管脚，T0 或 T1，发生一次 1 到 O的跳变，寄存器加1。此功能中，外部输入脚每个机器周期被采样一次。当在一个周期内采样为高而下一个周期内采样为低时，计

37、数值增加1。新的计数值在检测到跳变的周期的下一周期出现在寄存器中。由于识别1到0的跳变，要占用2 个机器周期 (12 个振荡周期 ) ，因此最大计数速率为112 振荡频率。外部输入信号的占空比不受限制，但为了保证给定电平能在改变之前被检测到，外部输入信号的状态至少要保持一个完整的机器周期。除了定时器或计数器的选择外，定时器0 和定时器1 还有 4 种工作模式可供选择。定时器和计数器功能通过特殊功能寄存器TMOD的 C/T 位 M选择。两个定时器计数器都有4 种工作模式，由TMOD的两位 (M1，M0)进行选择。三、 ISP 功能介绍系统内编程 (ISP In System Programmin

38、g) 功能是 P89C668增强型 8051 单片机的特色之一。 ISP 是指电路板上的具有该功能的单片机（例如： P89C668）可以编程写入最终用户程序代码，而不需要从电路板上取下该器件。同时，已经编程的单片机也可以用： ISP 方式进行擦除并可以实现再次编程。在 ISP 模式下得电时，可以进行 ISP 操作，在 ISP 模式下单片机通过串行端口与外部主机如 PC机或终端通信。单片机从主机接收命令和数据用于擦除和再编程代码存储区等等。当 ISP 操作结束时，应重新配置单片机这样才能正常进行下一次操作。ISP的工作，是通过两个特殊的寄存器：Boot Vector引导向量和StatusByte

39、状态字节的配置来实现的。系统复位失败时MCLJ检测Status Byte的内容。如果Status Byte为0时，系统上电复位后执行从地址0000h 处开始，用户应用程序当Status Byte的内容大于0 时， Boot Vector的值作为执行程序的地址高位字节，低位字节为00H。工厂的缺省设置是Boot Vector等于0FCH，也就是说， BootVector 内容工厂掩模 ROM的 ISP Boot ROM 的地址为0FC00H，用户可以修改 BootROM的 BootVector 内容。注意：当擦除 Status Byte 或 Boot Vector ，两个同时也被擦除。在擦除和修

40、改 Status Byte 后必须对 Boot Vector 再编程。在复位失败时， boot loader在下列情况下也会被执行：保持 PSEN为低电平EA管脚电压大于 VIHP2.6和 P2.7 是高电平或是悬浮上电复位时ALE 为高电或悬浮，非零的情况相同，这样可以使系统正常执行最终用户程序，也可手工迫使系统进入ISP 操作。 ISP 的特性是可以使闪速EPROM通过串行端口进行编程。ISP允许使用较宽范围的波特率，而与振荡频率无关，因此可以通过检测接收一个字符的时问来实现。ISP 操作时，需要传送一个初始字符( 大写字母 U)到 P89C668，以确定波特率。 ISP 固件能在接收到字

41、符后自动回应。表示数据记录，“ 0l ”表示文件结束标志。在ISP 应用中，还用到其它的记录类型表明命令或数据。当 P89C668 接收到一个记录，记录中的信息则在内部贮存起来，并且完成校验和的计算。接收到整个记录之后，才执行表示记录类型的操作。对于数据类型的记录 ( 记录类型为 00) 则要进行一个额外检测。当记录中的校验和与计算中的校验和相符，而且记录中所有字节都被成功编程的情况下，单片机才发送字符。2.3开发工具2一、 Vision2 简介KeilC51 Vision2集 成 开 发 环 境 是KeilSoftware Inc KeilElektronik GmbH开发的基于80C51

42、内核的微处理器软件开发平台，内嵌多种符合工业标准的开发工具，可以完成从工程建立到管理、编译、链接、目标代码的生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。尤其是C 编译工具在生产代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型工程时非常理想。 Vision2支持所有的Keil 80C51的主要工具软件，包括C51 编译器、宏汇编器定位器和目标文件至Hex 格式转换器， Vision2 可以自动完成编译、汇编、链接程序等操作。二、 vision2的功能1. vision2 for Windows ：是一个集成开发环境，它将工程管理、源代码编辑和程序调试等组合在一个功能强

43、大的环境中：2.C51国际标准化 C交叉编译器：从C源代码产生可重定位的目标模块：3.A51宏汇编器：从 80C51汇编源代码产生可重定位的目标模块：4.BL51链接器定位器：组合由C51 和 A51 产生的可重定位的目标模块，生成绝对目标模块：5. vision2 的软件调试器： vision2 软件调试器能十分理想地进行快速、可靠的程序调试。调试器包括一个高速模拟器，可以使用它模拟整个80C51 系统，包括片上外围器件和外部硬件。当从器件数据库选择器件时，这个器件的属性会被自动配置：6. vision2 的硬件调试器： vision2 硬件调试器提供了几种在实际目标硬件上测试程序的方法。安

44、装 MON51目标鉴控器到目标系统，并通过 Monit0r-51 接口下载程序，使用高级 GDI 接口，将 visjon2 调试器同类似于 DP-51PR0单片机综合仿真实验仪或者 TKS系列仿真器的硬件系统相连接，通过 vision2 的人机交互环境指挥连接的硬件完成仿真操作：7.LIB51库管理器：从目标模块生成链接器可以使用的文件：8.OH51目标文件至 HEX格式的转换器：从绝对目标模块生成Intel Hex 文件：9.RTX-51实时操作系统：简化了复杂的实时应用软件工程的设计。我们在做设计的过程中，需要绘制大量的图纸，以电路设计为例；完成一个电子产品的设计，就必须先把自己的思想用特

45、有的语言图形表达出来，就需要绘制出电原理图、印刷板图、元件排列图、阻焊剂图、工艺说明、明细表、元件表等图纸资料。而手工绘制这些图纸需要花费大量的时间，并且要修改这些图纸也十分的繁琐，还很容易出现不必要的错误，工作效率极其的低。现在，我们可以将以上图纸用计算机来进行设计管理，工作效率和质量有了大幅度的提高。下面来分别谈论Protel DXP 2004的优点和功能和一般使用方法。Protel DXP 2004的优点和功能：1. 非常容易修改，尤其式印刷版图。2. 设计好印刷版图后，可以自动生产元件排列图，焊接剂图。3. 设计好的印刷板图可以与电原理图进行自动校对，它会在检查报告中注明那些元件之间连

46、接有错误，线条之间的问距是否小于你所要求的距离。然后你就可以根据检查报告来修改印刷板图，使用这项功能比人工校对可提高效率一百多倍。4. 随时可以通过打印机得到理想的图纸。5. 设计完电路后就需要制作其他的设计文档。如：工艺说明、明细表、元件表等。我们虽然也可以用 WPS等工具将其打印出来，但不能满足规范化的文档要求。因为在舰范化的文档当中，有拟制、审核、工艺、描图、校对等小栏目。它们的位置、字体、大小各有异同。而且还有许许多多的表格线，线条有粗有细。用 WPS等软件要想一模一样地打印出来是小可能的。凶为它们的表格线是用汉字制表线，一条表线需要占据一个汉字的高度和宽度，而且不允许插入图形和连接数

47、据库，排版功能也十分有限。第三章系统硬件设计实现3.1 概述本次毕业设计的系统硬件总体上分为三大块：通信接口和ISP 功能电路设计；键盘与显示电路设计；驱动电路设计；其中驱动电路设计是本次设计的核心，而其他的两个部分是为驱动电路部分服务的。它们的结构框图如下所示：图 31 硬件系统结构框图3.2 通信接口和ISP 功能电路设计由于单片机中的程序有可能需要改写和控制单片机，为了方便改写和控制，本设计选用通信接口和ISP 功能电路来实现。ISP模式下，不需要特定的振荡频率产生波特率或编程脉冲时序，用户需要提供给 P89C668产生恰当时序的信息。P89C668的在系统内编程是通过标准RS-232C

48、 串口来完成的，它是一种内嵌的在线可编程，只需要增加少量的电路板面积和元件。因此只要微机配备了RS-232C 串口，就可以直接通过下载电缆来完成程序的下载，使用非常方便。因此具备ISP 功能的单片机系统和普通单片机系统的设计在别的方面没什么区别，只是在 RS-232C 串口的设计上做一下小的变动即可， ISP，用到了 5 个管脚： TXD，RXD， Vss， Vcc 和 Vpp，对于 P89C668 来说， Vpp=5V，其硬件原理电路图见附录二中的图 3.1 所示。一、电路原理和器件选择在这里列出图中的主要器件名称及其在电路中的主要功能：P89C668：单片机，控制发光二极管的输入，产生一定

49、时间的延时。MAX232 ：单片机串口的电平转换芯片，它的内部结构也是达林顿的，专门用来驱动继电器的芯片，其内含有反电动势的二极管。1. 接口信号MAX232是异步串行通讯中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定，适用于数据终端设备(DTE) 和数据通讯设备 (DCE)之问的接口，其中DTE主要包括计算机和各种端机，而DCE的典型代表是调制解调器 (MODEM)。2. 电气特性MAX232标准对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定：对于数据，逻辑“ 0”的电平高于 -3V，逻辑“ 1”的电平低于 +3V；对于控制信号，接通状态 (0N) 即信号有效的电平高于 +3V，断开状态 (OFF)即信号无效的电平低于 -3v因此，实际工作时，应保证电平在+3V到± 15V 之间。ULN2003的输出端允许通过IC 电流 200mA，饱和压降 VCE约 1V 左右，耐压约为 36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算采用集电极开路输出，输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器(SSR)。外接控制器件，也可直接驱动低压灯泡。OSC 晶振，本次设计中选择的是12MHz的立式晶振。LEDlLED4 ：发光二极管，用来显示步进电