單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)

...wd......wd......wd...基于單片機(jī)的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制設(shè)計(jì)學(xué)生：xxx〔指導(dǎo)教師：xxx〕〔xxxxxx電氣信息工程學(xué)院〕摘要：基于單片機(jī)的基本理論，本文設(shè)計(jì)了一種步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過軟硬件的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)展開關(guān)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象；同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)和停頓。硬件是以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，主要包括：開關(guān)輸入電路、液晶顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路等。軟件局部采用C語言編程，主要包括液晶顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即快慢程序等。通過仿真驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)用性能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)；調(diào)速；單片機(jī)ThedesignofmotorcontrolsystembasedonSCMStudent：ZhouTianhang〔Supervisor：LiuYunxia〕ElectricalandInformationEngineeringDepartmentofHuainanNormalUniversityAbstract:ThebasictheorybasedonSCM.thispaperdesignsakindofsteppingmotorcontrolsystem.Thesystemgoesthroughthedesignofsoftwareandhardware.Realizethesteppermotorcanswitchtheaccelerationanddecelerationcontrolaccordingtothegivenparameterswhichmakesthecontrolsystemintheshortesttimetofinishandnotoutofstep.Atthesametime,itcancontrolthereversingthesteppermotoraccurately,startandstop.ThehardwarecontrolcircuitAT89C51microcontrollerasthecoremainly.Include:switchinputcircuit,LCDdisplayingcircuit,steppermotordrivecircuit.ThesoftwareisprogrammedbyClanguage.Include:LCDdisplayprogramandthesteppermotorspeedprogram.Thepracticalperformanceofthedesignofthesystemisvalidatedbysimulation.Keywords:Steppingmotorcontrolsystem;speedcontrol;Single-chipComputer1緒論1.1設(shè)計(jì)研究的目的和意義由于步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實(shí)現(xiàn)定位，即使在開環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，總希望它能以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)。因此要求步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能地快，但如果速度太快，那么可能發(fā)生失步。此外，一般步進(jìn)電機(jī)對(duì)空載最高啟動(dòng)頻率都是有所限制的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。由此可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)加速的過程。從高速運(yùn)行到停頓也應(yīng)該有一個(gè)減速的過程，防止步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象。為此本文以單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制，使系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出的脈沖頻率[1-3]。由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)展控制。步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，失步或者過沖都會(huì)直接影響其控制精度。研究步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以提高步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。1.2步進(jìn)電機(jī)的開展?fàn)顩r步進(jìn)電機(jī)的機(jī)理是電磁鐵作用，其原始模型起源于1830年至1860年間。1870年前后開場以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的開展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的開展那么推進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。我國步進(jìn)電機(jī)的研究及制造起始于本世紀(jì)50年代后期。從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機(jī)構(gòu)為研究一些裝置而使用從而開發(fā)少量產(chǎn)品。70年代初期，步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)和研究有所突破。70年代中期至80年年代中期為成品開展階段，新品種高性能電機(jī)陸續(xù)被開發(fā)。自80年代中期以來，由于對(duì)步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器作為產(chǎn)品廣泛利用[4]。1.3論文的主要內(nèi)容1.3.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理通過查閱文獻(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行方式進(jìn)展研究，深入了解各種運(yùn)行方式的特點(diǎn)和對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制性能的影響。1.3.2步進(jìn)電機(jī)控制的設(shè)計(jì)考慮到電動(dòng)機(jī)有各種轉(zhuǎn)動(dòng)方式與轉(zhuǎn)速大小的控制，設(shè)計(jì)符合邏輯的開關(guān)控制方式。1.3.3步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)該局部主要介紹控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)各個(gè)局部所使用的各種硬件，并且相對(duì)所選用的硬件設(shè)計(jì)其相對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系。1.3.4步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的原理和控制特點(diǎn)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件進(jìn)展分析和設(shè)計(jì)。1.3.5程序的調(diào)試及修改用Keil軟件進(jìn)展編程和調(diào)試，并且在Proteus環(huán)境下進(jìn)展系統(tǒng)仿真。本設(shè)計(jì)第一章介紹了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的、意義及開展，第二章是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，第三章是系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，第四章是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的仿真分析，第五章是完畢語。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論2.1步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角〞，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而到達(dá)調(diào)速的目的[5]。2.2液晶顯示器的介紹2.2.1液晶顯示器的概述液晶顯示器，或稱LCD〔LiquidCrystalDisplay〕，其本領(lǐng)是不發(fā)光的，是通過借助外界的光線照射液晶材料而實(shí)現(xiàn)顯示的被動(dòng)顯示器件。其分類方法有很多種如：按電光效應(yīng)分類，按顯示內(nèi)容分類，按采光方式分類。2.2.2液晶顯示器的特點(diǎn)液晶顯示材料的優(yōu)點(diǎn)：無閃爍、驅(qū)動(dòng)電壓低、成本低廉、可靠性高、彩色顯示、顯示信息量大、生產(chǎn)過程自動(dòng)化、功耗微小、對(duì)人體無危害、可以制成各種規(guī)格和類型的液晶顯示器等。用液晶材料制成的計(jì)算機(jī)終端和電視可以大幅度減小體積等。液晶顯示技術(shù)對(duì)顯示顯像產(chǎn)品構(gòu)造產(chǎn)生了深刻影響，促進(jìn)了微電子技術(shù)和光電信息技術(shù)的開展[6]。2.2.3液晶顯示器的開展1850年普魯士醫(yī)生魯?shù)婪蚍茽柦B〔RudolfVirchow〕等人就發(fā)現(xiàn)神經(jīng)纖維的萃取物中含有一種不尋常的物質(zhì)。1877年德國物理學(xué)家奧托·雷曼〔OttoLehmann〕運(yùn)用偏光顯微鏡首次觀察到了液晶化的現(xiàn)象。1883年3月14日植物生理學(xué)家斐德烈·萊尼澤〔FriedrichReinitzer〕觀察到膽固醇苯甲酸酯在熱熔時(shí)有兩個(gè)熔點(diǎn)。1888年萊尼澤反復(fù)確定他的發(fā)現(xiàn)后，向德國物理學(xué)家雷曼請(qǐng)教。當(dāng)時(shí)雷曼建造了一座具有加熱功能的顯微鏡去探討液晶降溫結(jié)晶之過程，而從那時(shí)開場，雷曼的精力完全集中在該類物質(zhì)。1888年出版?分子物理學(xué)?，這是對(duì)這段時(shí)間他在材料物理領(lǐng)域知識(shí)的總結(jié)，特別值得一提的是，他在書中首次提出了顯微鏡學(xué)研究方法，通過對(duì)晶體顯微鏡和用它所作的觀察。20世紀(jì)化學(xué)家伏蘭德〔D.Vorlander〕的努力由聚集經(jīng)歷使他能預(yù)測(cè)哪一類的化合物最可能呈現(xiàn)液晶特性，然后合成取得該等化合物質(zhì)，于是雷曼關(guān)于液晶的理論被證明。1922年法國人弗里德〔G.Friedel〕仔細(xì)分析當(dāng)時(shí)的液晶，把他們分為三類：向列型〔nematic〕、層列型〔smectic〕、膽固醇〔cholesteric〕。1930-1960年在G.Freidel之后，液晶研究暫時(shí)進(jìn)入低谷，也有人說，1930-1960年期間是液晶研究的空白期。究其原因，大概是由于當(dāng)時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)液晶的實(shí)際應(yīng)用。但是，在此期間，半導(dǎo)體電子工業(yè)卻獲得了長足的開展。為使液晶能在顯示器中的應(yīng)用，透明電極的圖形化以及液晶與半導(dǎo)體電路一體化的微細(xì)加工技術(shù)必不可缺。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的進(jìn)步，這些技術(shù)已趨向成熟。20世紀(jì)40年代開發(fā)出矽半導(dǎo)體，利用傳導(dǎo)電子的n型半導(dǎo)體和傳導(dǎo)電洞的p型半導(dǎo)體構(gòu)成pn介面〔pnjunction〕，創(chuàng)造了二極管和晶體管。在此之前，在電路中為實(shí)現(xiàn)從交流到直流的整流功能，要采用二極管，而要實(shí)現(xiàn)放大功能，要采用電子管。這些大而笨重的元件完全可以由半導(dǎo)體二極管和晶體管代替，不需要向真空中發(fā)射電子，僅在固體特別是極薄的膜層中，即可實(shí)現(xiàn)整流、放大功能，從而使電子回路實(shí)現(xiàn)了小型化。接著，藉由光加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)了包括二極管、晶體管在內(nèi)的電子回路圖形的薄膜化、超微細(xì)化。這種技術(shù)簡稱為微影〔photolithography〕。20世紀(jì)60年代，隨著半導(dǎo)體集成電路〔integratedcircuit〕技術(shù)的開展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。上述技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于在液晶顯示裝置〔display〕中的應(yīng)用是必不可少的，隨著材料科學(xué)和材料加工技術(shù)的進(jìn)一步開展，以及新型顯示模式和驅(qū)動(dòng)技術(shù)的開發(fā)，液晶顯示技術(shù)獲得了快速開展。20世紀(jì)60年代隨著半導(dǎo)體集成電路〔integratedcircuit〕技術(shù)的開展，電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的小型化。1968年任職美國RCA公司的G.H.Heilmeier發(fā)表采用DS〔dynamicscattering，動(dòng)態(tài)散射〕模式的液晶顯示裝置。在此之后，美國企業(yè)最早開場了數(shù)字式液晶手表實(shí)用化的嘗試[7]。3基于AT89C51的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方式的總體設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原理及組成3.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作原理本設(shè)計(jì)使用4個(gè)開關(guān)分別控制步進(jìn)電機(jī)的開啟、關(guān)閉，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。1號(hào)開關(guān)控制其啟動(dòng)，當(dāng)按下1號(hào)開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)開場轉(zhuǎn)動(dòng)；2號(hào)開關(guān)控制其轉(zhuǎn)速快慢，沒有按下開關(guān)是默認(rèn)是慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按下2號(hào)開關(guān)時(shí)電動(dòng)機(jī)開場快速轉(zhuǎn)動(dòng)；3號(hào)開關(guān)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，沒有按下開關(guān)時(shí)默認(rèn)是正轉(zhuǎn)，按下3號(hào)開關(guān)時(shí)電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)；4號(hào)開關(guān)控制使電動(dòng)機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)。所有的動(dòng)作都會(huì)顯示在LED的顯示屏幕上。分別是：Reverseslow〔正向慢轉(zhuǎn)〕，Reversefast〔正向快轉(zhuǎn)〕，Positiveslow〔反向慢轉(zhuǎn)〕，Positivefast〔反向快轉(zhuǎn)〕。3.1.2系統(tǒng)的組成本文設(shè)計(jì)了一種基于以AT89C51單片機(jī)控制為核心的電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要從硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩方面來進(jìn)展設(shè)計(jì)與研究。硬件局部主要從控制電路，輸入電路及輸出電路三方面進(jìn)展設(shè)計(jì)，軟件局部主要用C語言進(jìn)展編程以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。復(fù)位電路復(fù)位電路串行通信按鍵輸入電路晶振電路主控電路顯示器輸出電路電機(jī)輸出電路圖1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3.2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件局部主要包括單片機(jī)控制模塊、輸入開關(guān)電路、步進(jìn)電機(jī)及液晶顯示器四大局部。3.2.1單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)單片機(jī)控制模塊即單片機(jī)最小系統(tǒng)：單片機(jī)、復(fù)位、晶振、串行通信電路、電源。AT89C51單片機(jī)的介紹控制系統(tǒng)的核心元件是單片機(jī)，本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)芯片是AT89C51，它是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，片內(nèi)含4k字節(jié)的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器〔PEROM〕和128字節(jié)的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔RAM〕，該器件采用ATMEL高密度、非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。片內(nèi)置通用8位中央處理器〔CPU〕和Flash閃存存儲(chǔ)單元，具有1000次擦寫周期，三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器，32個(gè)可編程I/O口線，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，6個(gè)中斷源，可編程串行UART通道，低功耗空閑和掉電模式，全靜態(tài)操作范圍是0Hz~24MHz，功能強(qiáng)大的AT89C51單片機(jī)是一種高效微控制器，可為您提供許多高性價(jià)比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域[8-10]。AT89C51芯片總共有40個(gè)引腳，各引腳圖如圖2所示。圖2單片機(jī)引腳圖各管腳說明如下：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：8位，漏極開路的雙向I/O口。P1口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P2口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。P3口：8位，準(zhǔn)雙向I/O口，具有內(nèi)部上拉電阻。EQEQP3口的第二功能，如表1所示：表1P3口引腳的第二功能端口引腳第二功能P3.0RXDP3.1TXDP3.2INT0P3.3INT1P3.4T0P3.5T1P3.6WRP3.7RDP3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位引腳，高電平有效。ALE/PROG：低8位地址鎖存允許信號(hào)端。PSEN：讀外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)端。EA/VPP：外部程序存儲(chǔ)器訪問允許控制端。XTAL1：片內(nèi)振蕩器反相放大器和時(shí)鐘發(fā)生器電路的輸入端。XTAL2：片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸出端[11-13]。晶振電路晶振電路由兩個(gè)22pF的電容和一個(gè)11.0592MHz的晶振組成。電路圖如圖3所示，其中XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。圖3晶振電路圖復(fù)位電路復(fù)位電路有兩種復(fù)位方式，即手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位，采用的是高電平復(fù)位，由一個(gè)按鍵、一個(gè)10K的電阻、一個(gè)1K的電阻和一個(gè)10uF的電容組成。電路圖如圖4所示。圖4復(fù)位電路圖串行通信電路串行通信電路由5個(gè)0.1uF電容和一個(gè)MAX232芯片組成，MAX232芯片采用的是美信公司生產(chǎn)的芯片，符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，只需要單一+5V電源供電，片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-，功耗低，典型供電電流5mA，內(nèi)部集成2個(gè)RS-232C驅(qū)動(dòng)器，高集成度，片外最低只需4個(gè)電容即可工作。電路圖如圖5所示。圖5串行通信電路圖電源電路單片機(jī)采用的是5V電源，電源電路中有一個(gè)1K的電阻和一個(gè)發(fā)光二極管組成。電路圖如圖6所示。圖6電源電路圖3.2.2SMC1602A的內(nèi)部構(gòu)造及工作原理SMC1602A主要是由日立公司的HD44780、HD44100(或兼容電路)和幾個(gè)電阻、電容等組成。HD44780是用低功耗COMS技術(shù)制造的大規(guī)模點(diǎn)陣LCD控制器，具有簡單而功能較強(qiáng)的指令集，可實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)、閃爍等功能，與微處理器相連能使LCD顯示大小應(yīng)為字母、數(shù)字和符號(hào)。HD44780控制電路主要由DDRAM、CGROM、CGRAM、IR、DR、BF、AC等大規(guī)模集成電路組成。DDRAM為數(shù)據(jù)顯示RAM，用以存放要LCD顯示的數(shù)據(jù)，能存儲(chǔ)80個(gè)字符。只要將標(biāo)準(zhǔn)的ASC2碼放入到DDRAM，內(nèi)部控制線路就會(huì)自動(dòng)將數(shù)據(jù)傳送到顯示器上，并顯示出ASC2碼對(duì)應(yīng)的字符。CGROM為字符生產(chǎn)器ROM，它存儲(chǔ)了由8位字符碼生成的192個(gè)5*7點(diǎn)陣字符和32種5*10點(diǎn)陣字符和32種5*10點(diǎn)陣字符。HD447808位字符編碼和字符的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即內(nèi)置字符集，如表2所示：表2HD44780內(nèi)置字符集低4位高4位00000001001000110100010101100111****0000CGRA0@P\p****0001(2)!1AQaq****0010(3)“2BRbr****0011(4)#3CScs****0100(5)$4DTdt****0101(6)%5EUeu****0110(7)&6FVfv****0111(8)‘7GWgw****1000(1)(8HXhx****1001)9IYiy****1010*:JZjz****1011+;K[k(****1100,<Ll****1101-=M]m)****1110.>Nn****1111(8)/?O_oCGRAM為字符生產(chǎn)器RAM，可供使用者儲(chǔ)存特殊造型的造型碼，CGRAM最多可存8個(gè)造型。IR為指令存放器，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存MCU要寫給LCD的指令碼，當(dāng)RS及R/W引腳信號(hào)為0且E引腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，D0~D7引腳上的數(shù)據(jù)便會(huì)存入到IR存放器中。DR為數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)微機(jī)要寫到CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)，或者存儲(chǔ)MCU要從CGRAM或DDRAM讀出的數(shù)據(jù)。因此，可將DR視為一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，當(dāng)RS及R/W引腳信號(hào)為0且E引腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，讀取數(shù)據(jù)；當(dāng)RS引腳信號(hào)為1，R/W引腳信號(hào)為0且E引腳信號(hào)由1變?yōu)?時(shí)，存入數(shù)據(jù)。BF為忙碌信號(hào)，當(dāng)BF為1時(shí)，不接收微機(jī)送來的數(shù)據(jù)或指令；當(dāng)BR為0時(shí)，承受外部數(shù)據(jù)或指令。在寫數(shù)據(jù)或指令到LCD之前，必須查看BF是否為0。AC為地址計(jì)數(shù)器，負(fù)責(zé)計(jì)數(shù)寫入/讀出CGRAM或DDRAM的數(shù)據(jù)地址，AC依照MCU對(duì)LCD的設(shè)置值而自動(dòng)修改它本身的內(nèi)容。HD44100也是采用COMS技術(shù)制造的大規(guī)模LCD驅(qū)動(dòng)IC，即可當(dāng)行驅(qū)動(dòng)，又可當(dāng)列驅(qū)動(dòng)用，由20*20bit二進(jìn)制移位存放器、20*20bit數(shù)據(jù)鎖存器、20*20bit驅(qū)動(dòng)器組成，主要用于LCD時(shí)分割驅(qū)動(dòng)[14-16]。液晶顯示局部如圖7所示：圖7液晶顯示局部電路圖3.2.3輸入電路的設(shè)計(jì)該局部使用開關(guān)控制輸入單片機(jī)P0口上下點(diǎn)位，單片機(jī)接收到來自P0口的上下點(diǎn)位時(shí)，從而按照輸入的C程序執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作。與單片機(jī)引腳相接局部接上參加下拉電壓電阻的形成高電位，開關(guān)的另一端接入地線。所以未按下開關(guān)時(shí)，單片機(jī)引腳為高電位；當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，所接的引腳就會(huì)變?yōu)榈仉娢弧?號(hào)開關(guān)控制其啟動(dòng)，當(dāng)按下1號(hào)開關(guān)時(shí)，電動(dòng)機(jī)開場轉(zhuǎn)動(dòng)；2號(hào)開關(guān)控制其轉(zhuǎn)速快慢，沒有按下開關(guān)是默認(rèn)是慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按下2號(hào)開關(guān)時(shí)電動(dòng)機(jī)開場快速轉(zhuǎn)動(dòng)；3號(hào)開關(guān)控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，沒有按下開關(guān)時(shí)默認(rèn)是正轉(zhuǎn)，按下3號(hào)開關(guān)時(shí)電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)；4號(hào)開關(guān)控制使電動(dòng)機(jī)停頓轉(zhuǎn)動(dòng)。所有的動(dòng)作都會(huì)顯示在LED的顯示屏幕上。開關(guān)輸入信號(hào)電路如圖8所示：圖8輸入電路電路圖3.2.4發(fā)光二極管電路的設(shè)計(jì)發(fā)光二極管報(bào)警電路由2個(gè)綠色和紅色發(fā)光二極管組成。綠色二極管陽極接在VCC上，陰極接在p0.0口，該接口處于高電位時(shí)〔即開關(guān)1沒有閉合時(shí)〕燈為滅的，該口處于地電位時(shí)〔即開關(guān)1閉合時(shí)〕該燈變亮，燈亮?xí)r指示電動(dòng)機(jī)正在運(yùn)行；紅色二極管陰極端接在地線上，陽極接在p0.3口，該接口處于高電位時(shí)〔即開關(guān)1沒有閉合時(shí)〕燈為亮的，該口處于地電位時(shí)〔即開關(guān)1閉合時(shí)〕該燈變滅，燈亮?xí)r指示電動(dòng)機(jī)停頓運(yùn)行[17-18]。發(fā)光二極管指示電路圖如圖9所示。圖9發(fā)光二極管指示電路圖3.2.5系統(tǒng)硬件的總體電路圖根據(jù)對(duì)以上各硬件局部的分析，可以畫出系統(tǒng)各局部之間的接口電路圖，如圖10所示。圖10系統(tǒng)各硬件接口電路圖3.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的KeilC51軟件進(jìn)展系統(tǒng)的編程，KeilC51是當(dāng)前使用最廣泛的的基于80C51單片機(jī)內(nèi)核的軟件開發(fā)平臺(tái)之一，由德國KeilSoftware公司推出。uVision2是KeilSoftware公司推出的51系列單片機(jī)開發(fā)工具，uVision2集成開發(fā)環(huán)境IDE是一個(gè)基于Windows的軟件開發(fā)平臺(tái)，集編輯、編譯、仿真與一體。支持匯編語言和C語言的程序設(shè)計(jì)。一般來說，Keil51和uVision2指的是uVision2集成開發(fā)環(huán)境。3.3.1系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)主程序設(shè)計(jì)主要是對(duì)系統(tǒng)各局部進(jìn)展初始化,并設(shè)定好各局部開關(guān)觸發(fā)信號(hào)和顯示電路程序的設(shè)計(jì)，根據(jù)上述工作原理和硬件構(gòu)造的分析可畫出系統(tǒng)主程序工作流程圖，如圖11所示。NNNNYYYN是否按下開關(guān)4電動(dòng)機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)開場系統(tǒng)初始化是否按下開關(guān)1電動(dòng)機(jī)處于停頓狀態(tài)紅色指示等發(fā)光綠燈亮起電動(dòng)機(jī)正向慢速轉(zhuǎn)動(dòng)是否按下開關(guān)2電動(dòng)機(jī)快速轉(zhuǎn)動(dòng)是否按下開關(guān)3循環(huán)完畢N圖11系統(tǒng)主程序流程圖3.3.2中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)主程序?qū)崿F(xiàn)的功能是：當(dāng)單片機(jī)引腳接收到來自輸入p0.0口的低電壓信號(hào)時(shí)程序開場運(yùn)行，等待開關(guān)輸入p0.1~p0.3口的電壓信號(hào)改變正在運(yùn)行的狀態(tài)。當(dāng)P0.1或p0.2口輸入的上下電壓信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)表現(xiàn)出相應(yīng)的正反轉(zhuǎn)與快速慢速，并且一直持續(xù)這一動(dòng)作直至外接再次向單片機(jī)輸入新的上下電壓信號(hào)。當(dāng)p0.3口輸入低電壓時(shí)，步進(jìn)電機(jī)就再次進(jìn)入初始狀態(tài)，該程序就是運(yùn)行了一個(gè)循環(huán)。中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)關(guān)中斷INT0=1；INT1=1開中斷中斷返回圖12中斷服務(wù)程序工作流程圖4系統(tǒng)設(shè)計(jì)的仿真分析通過對(duì)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)展仿真。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(tái)。更具目前世界上最先進(jìn)、最完整的的多種型號(hào)未處理器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，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(cè)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(gè)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(tái)；ARES是一款高級(jí)布線編輯軟件，用于印制電路板〔PCB〕[21]。開關(guān)都全未閉合時(shí)，即處于該系統(tǒng)的最初始狀態(tài)，如圖紅色二極管發(fā)光，綠色二極管不發(fā)光，顯示該電動(dòng)機(jī)沒有旋轉(zhuǎn)。初始仿真電路圖如圖13所示。圖13初始狀態(tài)仿真電路圖當(dāng)按下開關(guān)1后，p0.0口接低電平，紅色發(fā)光二級(jí)管熄滅，綠色二極管發(fā)光，電動(dòng)機(jī)開場正向慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且液晶顯示屏幕上顯示positiveslow〔即：慢速正轉(zhuǎn)〕。效果圖如圖14所示。圖14慢速正轉(zhuǎn)仿真效果圖當(dāng)繼續(xù)按下開關(guān)2后，p0.0-p0.1口引腳都為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動(dòng)機(jī)開場正向快速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且液晶顯示屏幕上顯示positivefast〔即：快速正轉(zhuǎn)〕。效果圖如圖15所示。圖15快速正轉(zhuǎn)仿真效果圖當(dāng)繼續(xù)按下開關(guān)3后，p0.0-p0.2口引腳都為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動(dòng)機(jī)開場反向快速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且液晶顯示屏幕上顯示reversefast〔即：快速反轉(zhuǎn)〕。效果圖如圖16所示。圖16快速反轉(zhuǎn)仿真效果圖當(dāng)繼續(xù)操作斷開開關(guān)2后，p0.0與p0.2口引腳為低電平，綠色二極管持續(xù)發(fā)光，電動(dòng)機(jī)開場反向慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，并且液晶顯示屏幕上顯示reverseslow〔即：慢速反轉(zhuǎn)〕。效果圖如圖17所示。圖17慢速反轉(zhuǎn)仿真效果圖5完畢語本文設(shè)計(jì)了一種基于AT89C51單片機(jī)的動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)了仿真，當(dāng)開啟啟動(dòng)按鈕后該系統(tǒng)就開場以慢速正方向旋轉(zhuǎn)的方式工作，并且發(fā)光二級(jí)管由紅燈亮綠燈滅變?yōu)榫G燈亮紅燈滅，通過控制2號(hào)與3號(hào)開關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度與旋轉(zhuǎn)方向的控制，最后當(dāng)希望該系統(tǒng)回到初始狀態(tài)直接按下4號(hào)開關(guān)就可實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的停頓。該系統(tǒng)具有操作簡單、易懂、靈活且安裝方便、智能型高、可靠性高等特點(diǎn)。在論文中主要對(duì)設(shè)計(jì)的背景、開展?fàn)顩r及各硬件局部和軟件局部進(jìn)展了介紹，通過這次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，使我深刻了解了單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程；使我在Keil軟件編程、Protel繪圖和Proteus仿真方面的知識(shí)得到進(jìn)一步的加強(qiáng)；使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決問題全面系統(tǒng)的鍛煉。參考文獻(xiàn)：[1]吳玉香,李艷,等.電機(jī)及拖動(dòng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:1-5.[2]李發(fā)海,王巖.電機(jī)與拖動(dòng)根基[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005:1-3.[3]陳伯時(shí).電機(jī)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005:59-67.[4]黃立培.電動(dòng)機(jī)控制[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003:37-39.[5]陳隆昌，閆治安，等.控制電機(jī)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2000:49-51.[6]張靖武.單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009:42-44.[7]周坤.電子科技的誕生[M].北京：電子工業(yè)出版社,2009:51-54.[8]楊加國.單片機(jī)原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2009:20-28.[9]張培仁.基于C語言編程MCS-51單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2003:25-33.[10]張毅強(qiáng).新編MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱：哈工大出版社,2003:45-51.[11]張奇.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)-基于C語言編程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004:67-68.[12]丁元杰.單片微機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:42-47.[13]趙亮.單片機(jī)C語言編程與實(shí)例[M].北京:人民郵電出版社,2003:34-36.[14]陳忠平,等.基于proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010:231-232.[15]周潤景，景曉松.proteus在MCS-51&ARM7系統(tǒng)中的應(yīng)用百例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006:198-204.[16]林志奇.基于proteus的單片機(jī)可視化軟件仿真[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2006:100-102.[17]康華光.電子技術(shù)根基模擬局部[M].北京:高等教育出版社,2006:100-102.[18]康華光.電子技術(shù)根基數(shù)字局部[M].北京:高等教育出版社,2006:115-117.[19]肖來勝.單片機(jī)技術(shù)實(shí)用教程[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2004:89-94.[20]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)〔簡明修訂版〕[M