2016屆結(jié)課論文 基于at89c52單片機(jī)的電機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 信息工程學(xué)院 專 業(yè) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班 級 計(jì)算機(jī)16-2班 指導(dǎo)教師 教師職稱 副教授 目錄目錄1摘要2一、控制器模塊設(shè)計(jì)方案3二、pwm控制的基本原理32.2 直流電機(jī)的pwm控制技術(shù)4三、步進(jìn)電機(jī)的概述63.1步進(jìn)電機(jī)的簡介63.2步進(jìn)電動機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語63.2.1電機(jī)的共振點(diǎn)7四、單片機(jī)原理74.1單片機(jī)原理概述74.2單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)7五、at89c52芯片75.1主要性能75.2功能特性描述85.3引腳p1第二功能95.4振蕩器特性95.5芯片擦除9六、對于l298芯片的說明10七對74ls245芯片的簡介11八、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真及分析128.1對proteus軟件簡介128.2對于電機(jī)控制模塊的說明128.3晶振模塊的簡介16九、心得體會：17十、參考文獻(xiàn)17附錄19附件一：元件清單19附件二：源程序19摘要 本文是通過單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)pwm調(diào)速器設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的控制。本設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)pwm調(diào)速器的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止等操作，并實(shí)現(xiàn)電路的仿真。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)控制，在設(shè)計(jì)中，采用了at89c52單片機(jī)作為整個控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動模塊，實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測量；由命令輸入模塊、及驅(qū)動模塊組成。采用帶中斷的獨(dú)立式鍵盤作為命令的輸入，單片機(jī)在程序控制下，不斷給電路發(fā)送pwm波形，驅(qū)動電路完成電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制.在設(shè)計(jì)中，采用pwm調(diào)速方式，通過改變pwm的占空比從而改變電動機(jī)的電樞電壓，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)的調(diào)速。設(shè)計(jì)的整個控制系統(tǒng)，在硬件結(jié)構(gòu)上采用了大量的集成電路模塊，大大簡化了硬件電路，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，使整個系統(tǒng)的性能得到提高。 在電機(jī)轉(zhuǎn)速控制占有至關(guān)重要的作用，其控制算法和手段有很多，模擬pid控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，長期以來形成了典型的結(jié)構(gòu)，并且參數(shù)整定方便，能夠滿足一般控制的要求，但由于在模擬pid控制系統(tǒng)中，參數(shù)一旦整定好后，在整個控制過程中都是固定不變的，而在實(shí)際中，由于現(xiàn)場的系統(tǒng)參數(shù)、溫度等條件發(fā)生變化，使系統(tǒng)很難達(dá)到最佳的控制效果，因此采用模擬pid控制器難以獲得滿意的控制效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與智能控制理論的發(fā)展，數(shù)字pid技術(shù)漸漸發(fā)展起來，它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬pid所完成的控制任務(wù)，而且具備控制算法靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用面越來越廣。 本設(shè)計(jì)以上面提到的數(shù)字pid為基本控制算法，以at89c52單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字pid算法控制的pwm脈沖實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的。在系統(tǒng)中采用7esg-mpx4-cc顯示器作為顯示部件，通過按鍵對電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制，啟動后可以通過摘要顯示部件了解電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)控制精度高，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。關(guān)鍵字：at89c52單片機(jī)、pid算法、pwm、7esg-mpx4-cc顯示器、步進(jìn)電機(jī)一、控制器模塊設(shè)計(jì)方案 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，控制器主要用于產(chǎn)生占空比受數(shù)字pid算法控制的pwm脈沖，并對電機(jī)當(dāng)前速度進(jìn)行采集處理，根據(jù)算法得出當(dāng)前所需輸出的占空比脈沖。對于控制器的選擇有以下三種方案。方案一：采用fpga（現(xiàn)場可編輯門列陣）作為系統(tǒng)的控制器，fpga可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能1，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性，并且可應(yīng)用eda軟件仿真、調(diào)試，易于進(jìn)行功能控制。fpga采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實(shí)時(shí)系統(tǒng)的控制核心。通過輸入模塊將參數(shù)輸入給fpga，fpga通過程序設(shè)計(jì)控制pwm脈沖的占空比，但是由于本次設(shè)計(jì)對數(shù)據(jù)處理的時(shí)間要求不高，fpga的高速處理的優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同時(shí)由于芯片的引腳較多，實(shí)物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計(jì)和實(shí)際焊接的工作。方案二：采用at89c52作為系統(tǒng)控制的方案。at89c52單片機(jī)算術(shù)運(yùn)算功能強(qiáng)，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)各種算法和邏輯控制。相對于fpga來說，它的芯片引腳少，在硬件很容易實(shí)現(xiàn)。并且它還具有功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點(diǎn)，在各個領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。方案三：采用傳統(tǒng)的at89c51單片機(jī)作為運(yùn)動物體的控制中心。它和at89c51一樣都具有軟件編程靈活、體積小、成本低,使用簡單等特點(diǎn)，但是它的頻率較低、運(yùn)算速度慢， ram、rom空間小等缺點(diǎn)。若采用at89c51需要做ram，rom來擴(kuò)展其內(nèi)存空間，其硬件工作量必然大大增多。綜合上述三種方案比較，采用at89c52作為控制器處理輸入的數(shù)據(jù)并控制電機(jī)運(yùn)動較為簡單，可以滿足設(shè)計(jì)要求。因此在本次設(shè)計(jì)選用方案二。二、pwm控制的基本原理 在采樣控制理論中有一個重要的結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。圖1a的電路是一個具體的例子。圖中為窄脈沖，其形狀和面積分別如圖所示的a、b、c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環(huán)節(jié)的r-l電路上，設(shè)其電流為電路的輸出。圖1b給出了不同窄波時(shí)的響應(yīng)波形。從波形可以看出，在的上升段，脈沖形狀不同時(shí)的形狀也略有不同，但其下降段幾乎完全相同。脈沖越窄，各波形的差異也越小。如果周期性的施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。用傅立葉級數(shù)分解后將可看出，各在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同2。 圖2 沖量相同的各種脈沖的響應(yīng)波形2.2 步進(jìn)電機(jī)的pwm控制技術(shù)步進(jìn)電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，調(diào)速范圍廣，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動系統(tǒng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。針對三種調(diào)速方法，都有各自的特點(diǎn)，也存在一定的缺陷。例如改變電樞回路電阻調(diào)速只能實(shí)現(xiàn)有級調(diào)速，減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但這種方法的調(diào)速范圍不大，一般都是配合變壓調(diào)速使用。所以在直流調(diào)速系統(tǒng)中，都是以變壓調(diào)速為主。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流pwm調(diào)速系統(tǒng)兩種。直流pwm調(diào)速系統(tǒng)與可控整流式調(diào)速系統(tǒng)相比有下列優(yōu)點(diǎn)：由于pwm調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩(wěn)的直流電流，低速特性好、穩(wěn)速精度高、調(diào)速范圍寬。同樣，由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動態(tài)抗干擾能力強(qiáng)，可以獲得很寬的頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，因此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時(shí)，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。正因?yàn)橹绷鱬wm調(diào)速系統(tǒng)有以上優(yōu)點(diǎn)，并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的不斷提高，脈寬調(diào)制( pwm) 技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。下面主要介紹步進(jìn)電機(jī)pwm調(diào)速系統(tǒng)的算法實(shí)現(xiàn)。根據(jù)pwm控制的基本原理可知，一段時(shí)間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的pwm脈沖與相等時(shí)間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓等效，那么如果在短時(shí)間t內(nèi)脈沖寬度為,幅值為u，由圖3可求得此時(shí)間內(nèi)脈沖的等效直流電壓為： 圖3 pwm脈沖，若令，即為占空比，則上式可化為： (u為脈沖幅值) （1.19）若pwm脈沖為如圖1.7所示周期性矩形脈沖，那么與此脈沖等效的直流電壓的計(jì)算方法與上述相同，即 （為矩形脈沖占空比） （1.20）圖4 周期性pwm矩形脈沖 由式1.20可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值u和占空比來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)樵趯?shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中脈沖幅值一般是恒定的，所以通常通過控制占空比的大小實(shí)現(xiàn)等效直流電壓在0u之間任意調(diào)節(jié)，從而達(dá)到利用pwm控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。三、步進(jìn)電機(jī)的概述3.1步進(jìn)電機(jī)的簡介步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接受到一個脈沖信號，他就有驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。也可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到調(diào)速的目的。一般的步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置值取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)及則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)心的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差二無積累誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)機(jī)來控制變得非常的簡單。正常情況下，步進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖數(shù)時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓脈動和變化的影響。由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接受數(shù)字量的輸入，所以特別適合微機(jī)控制。本次的設(shè)計(jì)采用是步距為1.8度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。3.2步進(jìn)電動機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%，不同運(yùn)行拍數(shù)氣質(zhì)不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)比存在失調(diào)角，有失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 最大空載起動頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高運(yùn)轉(zhuǎn)速頻率。運(yùn)行矩頻率特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。電機(jī)一旦選定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬，要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用電感打電流的電機(jī)。3.2.1電機(jī)的共振點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間火災(zāi)400pps左右，電機(jī)驅(qū)動電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低一般工作均為偏移共振區(qū)較多。當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)閍-ab-b-bc-c=cd-d-da時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)閐a-d-cd-c-bc-b-ab-a時(shí)為反轉(zhuǎn)。四、單片機(jī)原理4.1單片機(jī)原理概述單片機(jī)是吧微型計(jì)算機(jī)主要部分集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。圖中表示為單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機(jī)的高度集成化?？s短了系統(tǒng)內(nèi)的信號距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性以及運(yùn)行速度，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。4.2單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理事，需要與外界交換信息。人們需要通過人機(jī)對話，了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制。單片機(jī)芯片與其他cpu比較，功能雖然要強(qiáng)的多，由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)rom、ram、i/o口等不能很多，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同工作情況。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖所示：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用系統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)是指維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常常用來簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入、輸出控制，時(shí)序控制等。對于片內(nèi)rom/eprom芯片來說，最小應(yīng)用系統(tǒng)除了配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)該配置errom或eerom來作為程序儲存器使用。五、at89c52芯片 5.1主要性能與mcs-51單片機(jī)產(chǎn)品兼容 、8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲器、 1000次擦寫周期、全靜態(tài)操作：0hz33hz 、三級加密程序存儲器 、 32個可編程i/o口線、三個16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器八個中斷源、全雙工uart串行通道、 低功耗空閑和掉電模式 、掉電后中斷可喚醒 、看門狗定時(shí)器 、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符 。5.2功能特性描述at89c52 是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有 8k 在系統(tǒng)可編程flash 存儲器。使用高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和在線系統(tǒng)可編程flash，使得at89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。at89c52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)flash，256字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時(shí)器，2 個數(shù)據(jù)指針，三個16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，at89c52可降至0hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，cpu 停止工作，允許ram、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，ram內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。8 位微控制器 8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程 flash。如下圖所示：圖5 at89c52單片機(jī)p0 口：p0口是一個8位漏極開路的雙向i/o口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個ttl邏輯電平。對p0端口寫“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，p0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下， p0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，p0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。p1 口：p1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p1 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p1 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。此外，p1.0和p1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（p1.0/t2）和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2 的觸發(fā)輸入（p1.1/t2ex），具體如下表所示。 在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p1口接收低8位地址字節(jié)。5.3引腳p1第二功能p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）p1.5 mosi（在線系統(tǒng)編程用）p1.6 miso（在線系統(tǒng)編程用）p1.7 sck（在線系統(tǒng)編程用）p2 口：p2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p2 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行movx dptr） 時(shí)，p2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，p2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用 8位地址（如movx ri）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，p2口輸出p2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。p3 口：p3 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向i/o 口，p2 輸出緩沖器能驅(qū)動4 個 ttl 邏輯電平。對p3 端口寫“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（iil）。 p3口亦作為stc89c52特殊功能（第二功能）使用，如下表所示。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，p3口也接收一些控制信號。5.4振蕩器特性xtal1和xtal2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動器件，xtal2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。5.5芯片擦除整個perom陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ale管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，at89c52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，cpu停止工作。但ram，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存ram的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。六、對于l298芯片的說明恒壓恒流橋式2a驅(qū)動芯片l298n，l298n是sgs公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298n，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動電路。可以方便的驅(qū)動兩個直流電機(jī)，或一個兩相步進(jìn)電機(jī)。l298n芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50v，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的io口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。l298n可接受標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號vss，vss可接457v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓范圍vih為2546v。輸出電流可達(dá)2a，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。l298n可驅(qū)動2個電動機(jī)，out1，out2和out3，out4之間可分別接電動機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動一臺電動機(jī)。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ena，enb接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。如圖是l298n部分符號說明。表1 l298n符號說明如圖為l298芯片內(nèi)部設(shè)計(jì)：圖6 l298芯片 七對74ls245芯片的簡介74ls245是我們常用的芯片，用來驅(qū)動led或者其他的設(shè)備，它是8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。74ls245還具有雙向三態(tài)功能，既可以輸出，也可以輸入數(shù)據(jù)。 當(dāng)at89c52單片機(jī)的p0口總線負(fù)載達(dá)到或超過p0最大負(fù)載能力時(shí)，必須接入74ls245等總線驅(qū)動器。 當(dāng)片選端/ce低電平有效時(shí)，dir=“0”，信號由b向a傳輸;（接收）dir=“1”，信號由a向b傳輸；（發(fā)送）。當(dāng)ce為高電平時(shí)，a、b均為高阻態(tài)。由于p2口始終輸出地址的高8位，接口時(shí)74ls245的三態(tài)控制端1g和2g接地，p2口與驅(qū)動器輸入線對應(yīng)相連。p0口與74ls245輸入端相連,e端接地，保證數(shù)據(jù)線暢通。at89c52的rd和psen相與后接dir，使得rd且psen有效時(shí)，74ls245輸入（p0.1d1），其它時(shí)間處于輸出（p0.1d1）。如圖為74ls245芯片引腳：圖7 74ls245引腳圖八、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真及分析8.1對proteus軟件簡介通過對系統(tǒng)硬件和軟件兩方面的介紹，為了更好的驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的的功能，本設(shè)計(jì)采用protues進(jìn)行仿真。該軟件是英國labcenterelectronics公司出版的eda工具軟件。從1989年問世至今已經(jīng)有20年的歷史，在全球得到廣泛使用。proteus軟件除具有和其他eda工具軟件一樣的原理編輯、印制電路板制作外，還具有交互的仿真功能。它不僅是模擬電路、數(shù)字電路、模數(shù)混合電路的設(shè)計(jì)與仿真平臺。更具目前世界上最先進(jìn)、最完整的的多種型號未處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺，真正實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)中完成電路原理圖設(shè)計(jì)、電路分析與仿真、微處理器設(shè)計(jì)與仿真、系統(tǒng)測試與功能驗(yàn)證到形成印制電路板的完整電子設(shè)計(jì)、研發(fā)過程。proteus軟件由isis（intelligentschematicinputsystem）和ares（aduancedroutingandeditingsoftware）兩個軟件構(gòu)成，其中isis是一款智能電路原理圖輸入系統(tǒng)軟件，可作為電子系統(tǒng)仿真平臺；ares是一款高級布線編輯軟件，用于印制電路板（pcb）8.2對于電機(jī)控制模塊的說明 電機(jī)控制模塊設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，作為電梯的運(yùn)行，關(guān)鍵在于對電動機(jī)的設(shè)計(jì)，電動機(jī)的運(yùn)行速度，運(yùn)行方式，控制方式等。因?yàn)殡姍C(jī)速度設(shè)計(jì)的關(guān)系到幾個方面：（1）運(yùn)行速度：電梯的運(yùn)行快慢也屬于安全問題，當(dāng)顧客乘坐電梯時(shí)，人數(shù)較少時(shí)，速度是多少；在人數(shù)較多時(shí)，電梯速度是多少 ，這是要考慮的因素。（2）電梯的運(yùn)行方式：一般情況下，電梯的運(yùn)行方式有兩種，即正向運(yùn)行和逆向運(yùn)行。在本設(shè)計(jì)中l(wèi)298做為對電動機(jī)的驅(qū)動芯片。l298n 芯片是一種高壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器,其設(shè)計(jì)是為接受標(biāo)準(zhǔn)ttl 邏輯電平信號和驅(qū)動電感負(fù)載的。如圖如圖所示：圖8 電機(jī)驅(qū)動模塊當(dāng)然，其中根據(jù)設(shè)計(jì)思路，利用模擬信號來對電機(jī)控制也是本設(shè)計(jì)的一個亮點(diǎn)，這是利用波的占空比來給電機(jī)一個模擬信號，通過da轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度的模擬，達(dá)到對電動機(jī)的控制。如圖所示：圖9 模擬信號的設(shè)計(jì)在這一模塊設(shè)計(jì)中，還涉及了電機(jī)的三個基本控制：電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向控制、電機(jī)啟動運(yùn)行和電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這些基本功能也是通過l298n體現(xiàn)的。同時(shí)，在電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向上加上了一個7404芯片，是一個與非門，簡單的說就是通過控制模擬信號的方向來改變其轉(zhuǎn)動方向。如圖所示：圖10 電動機(jī)轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)除此之外，還要利用單片機(jī)與按鍵相結(jié)合，加上與電機(jī)模塊相互配合，才可以達(dá)到對電動機(jī)的控制。通過單片機(jī)，加上程序，會對電動機(jī)的速度大小進(jìn)行控制，這部分關(guān)鍵在于對單片機(jī)at89c52的引腳的應(yīng)用，在本設(shè)計(jì)中則是對p1.0和p1.1兩個引腳的應(yīng)用。p1.0 t2（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的外部計(jì)數(shù)輸入），時(shí)鐘輸出。p1.1 t2ex（定時(shí)器/計(jì)數(shù)器t2的捕捉/重載觸發(fā)信號和方向控制）。其啟動程序如下所示：uchar i=0;sbit addspeed=p11;sbit subspeed=p12;sbit pwm_fc=p10; / 是對其定義本段函數(shù)是實(shí)現(xiàn)度電機(jī)具體控制的程序void main()systeminit();while(1)setspeed();segrefre();pwmout(); void pidcontrol() /pid偏差計(jì)算e=speedset-num;duk=(kp*(e-e1)+ki*e+kd*(e-2*e1+e2)/50; /+kd*(e-2e1+e2)uk=uk1+duk;out=(int)uk;if(out1000)out=1000;else if(out0)out=0;uk1=uk;e2=e1;e1=e;pwmtime=out;其中也包括兩個中斷函數(shù)，分別是對電動機(jī)的加速，電動機(jī)的減速以及停止的請求進(jìn)行中斷處理，并對速度的大小進(jìn)行測量。程序如下：void int0() interrupt 0inpluse+;void t0() interrupt 1static unsigned char bit=0;/靜態(tài)變量，退出程序值保留static unsigned int time=0;/static unsigned int aa=0;th0=thc0;tl0=tlc0;/aa+;/if(aa=50)/aa=0;/flag0=1;/ bit+;time+; /轉(zhuǎn)速測量周期按動加速與減速按鈕則會控制電動機(jī)的速度大小，同時(shí)可以觀測到，在led的顯示中，有一個為轉(zhuǎn)速設(shè)定值，一個為轉(zhuǎn)速的實(shí)際數(shù)值，如下圖所示： 圖11 電動機(jī)速度顯示設(shè)計(jì)8.3晶振模塊的簡介 單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時(shí)鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時(shí)鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。如下圖所示：圖12 電機(jī)晶振模塊設(shè)計(jì)晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（vco）。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時(shí)鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時(shí)鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。電梯電動機(jī)整體設(shè)計(jì)如圖所示：圖13 電梯電動機(jī)升降整體設(shè)計(jì)九、心得體會： 本次設(shè)計(jì)課題步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)告一段落。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個部分：硬件設(shè)計(jì)主要是把單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊、測速模塊各個硬件功能模塊及其它元件合理搭配并連接起來使其能夠?yàn)檐浖\(yùn)行提供一個硬件平臺。 軟件設(shè)計(jì)主要是通過編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。在系統(tǒng)上電復(fù)位后程序自動運(yùn)行，通過接受外部的鍵盤操作修改系統(tǒng)參數(shù)值，控制步進(jìn)電機(jī)的啟停，以及轉(zhuǎn)速的增減和轉(zhuǎn)動方向的改變；根據(jù)pid算法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度的顯示。 本系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用功能,兩片單片機(jī)分別實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制和測速，能基本符合實(shí)際應(yīng)用需求，本次設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)時(shí)間較短，個人能力以及精力等因素的限制，加之設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，該系統(tǒng)還有許多不盡如人意的地方。該系統(tǒng)未能完全的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的所有功能。如：動態(tài)設(shè)置最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速等。 其中整個系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備是首先必須做到位的，如控制什么、用什么控制、得到什么結(jié)果，進(jìn)而對各部分應(yīng)選擇具體的芯片作進(jìn)一步的考慮，以使系統(tǒng)得到最優(yōu)的表現(xiàn)。 通過本次設(shè)計(jì)，一方面我在查閱資料的基礎(chǔ)上，了解at89c52單片機(jī)控制的一些基本技術(shù)，掌握其控制系統(tǒng)的分析方法與實(shí)現(xiàn)方法,能對單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)與掌握；另一方面，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路，控制程序和相應(yīng)的電路圖時(shí)，應(yīng)充分運(yùn)用說學(xué)知識，善于思考，琢磨，分析。十、參考文獻(xiàn)1 孫傳友. 測控系統(tǒng)原理與設(shè)計(jì)m .北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2003：160166，174.2 王兆安. 電力電子技術(shù)m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2006：150152.3 潘松，黃繼業(yè). eda技術(shù)實(shí)用教程m. 北京：科學(xué)出版社, 2003：33.4 陳杰. 傳感器與檢測技術(shù)m. 北京：高等教育出版社,2002：201. 5 st. l298n數(shù)據(jù)手冊db/ol. .2000-7-1/2008-5-9.6 沙占友. 單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)m. 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附錄附件一：元件清單元件名稱中文名稱數(shù)量res電阻9個cap電容2個caystal電解質(zhì)電容1個l298n1個moror-encoder電動機(jī)1個sw-spdt-mom單刀雙擲開關(guān)1個switch單刀開關(guān)1個74041個7esg-mpx4-cc共陰二極管顯示器2個74ls2451個button按鈕2個gnd地線2個at89c521個pulse脈沖信號源1個oscilloscope示波器1個附件二：源程序#include#include#define uchar unsigned char #define uint unsigned int#define thc0 0xf9#define tlc0 0x0f /2msunsigned char code duan=0x3f, 0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6