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1、毕业设计报告(论文) 题目：基于单片机的换色器控制系统设计所 属 系 电子工程系 专 业 自 动 化 学 号 01208419 姓名 曹 旭 指导教师 郝 立 起讫日期 2012.2 - 2012.5 设计地点 东南大学成贤学院 东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。学生签名：日期：基于单片机的换色器控制系统设计摘 要舞台灯光的色光变化是舞台艺术创作的重要因素。从综合艺术的角度来看，光与色是不可分割的统一体。这种观点源现代舞台艺术理
2、论，已将色光的概念融入了舞台美术创作的基本规律中去。在客观上是以人对自然环境和社会矛盾的反映为基础，巧妙地利用舞台色光的变化，引导观众的视觉反映，触发其相应的感觉联想。舞台艺术的创作者运用色光变化的表现手段去强调舞台环境气氛，刻画与塑造人物形象，揭示人物的内心变化，促进戏剧情节向深层次发展。当然，舞台色光的运用并不是孤立存在的，它是一个多元的时空艺术，在整个灯光艺术的创作体系中，它还需要各方因素的支持和牵引。换色器的诞生无疑为舞台照明艺术的发展提供了一个十分优越的条件。舞台灯光效果设计是舞台场景设计的重要组成部分。目前，舞台背景的要求越来越高，设计换色器控制系统具有重要的意义。本文介绍了基于单
3、片机的换色器控制系统的设计，对单片机的选择，驱动电路，通信模块进行了阐述，并简要介绍了本控制系统的程序设计。 关键词：AT89C51单片机；换色器；步进电机；RS485Design on Color Change Control System Based on Single-chip AbstractThe stage lighting color change is the important factor of stage art creation. From the point of view of comprehensive arts, light and color is inali
4、enable entity. This view source modern stage art theory, has the concept of light in the fine arts to create the basic rules of the stage. People in the objective is natural environment and the social problems reflect as the foundation, ingenious use of stage of change color, and lead the audience v
5、isual reflect, triggering the corresponding feel thinking. The creator of the stage art by the performance of the color change means to emphasize stage environment atmosphere, depicts and characters, and reveals the characters inner change, promote drama plot to in-depth development.Of course, the u
6、se of colored light stage is not isolated there, it is a multiple of time and space art, in the light of the art creation system, it needs the support of all factors and traction. The birth of color changer for stage lighting art undoubtedly provides a very favorable conditions. The stage lighting e
7、ffect design stage design is an important part of the scene. At present, the stage of the background of the demand is higher and higher, the design color changer control system has important significance. This paper introduces the color changer based on single chip microcomputer control system desig
8、n, the choice of the SCM, drive circuit, communication module were introduced, and the control system are introduced briefly the program design.Keywords: AT89C51; Color changer; Stepping motor; RS485.目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 研究的目的及意义11.2 国内外研究现状11.3 换色器未来发展方向21.4 研究内容31.5 文章结构与安排3第二章 方案论证52.1 系统
9、设计思路52.1.1 微处理器的选择：52.1.2 通信方式的选择52.1.3 串行总线接口的选择62.1.4 驱动方式的选择6第三章 开发工具简介83.1 Altium83.1.1 Altium Designer产品介绍83.1.2 Altium Designer使用简介83.2 Keil93.2.1 Keil C51创建项目文件103.2.2 源程序文件的建立10第四章 硬件电路的设计114.1 模块说明114.2 各模块电路的设计114.2.1 AT89C51单片机114.2.2 L298驱动电路134.2.3 PWM产生电路144.2.4 RS485总线接口电路16第五章 系统软件设计
10、175.1 主程序设计175.1.1 单片机控制模块175.1.2 PWM产生模块185.1.3 通信模块225.1.4 扩展模块22第六章 总 结23致 谢24参考文献(References)25附 录26第一章 绪 论1.1 研究的目的及意义舞台灯光的色光变化是舞台艺术创作的重要因素。从综合艺术的角度来看，光与色是不可分割的统一体。这种观点源现代舞台艺术理论，已将色光的概念融入了舞台美术创作的基本规律中去。在客观上是以人对自然环境和社会矛盾的反映为基础，巧妙地利用舞台色光的变化，引导观众的视觉反映，触发其相应的感觉联想。舞台艺术的创作者运用色光变化的表现手段去强调舞台环境气氛，刻画与塑造人
11、物形象，揭示人物的内心变化，促进戏剧情节向深层次发展。当然，舞台色光的运用并不是孤立存在的，它是一个多元的时空艺术，在整个灯光艺术的创作体系中，它还需要各方因素的支持和牵引。换色器的诞生无疑为舞台照明艺术的发展提供了一个十分优越的条件。舞台灯光效果设计是舞台场景设计的重要组成部分。目前，舞台背景的要求越来越高，设计换色器控制系统具有重要的意义。1.2 国内外研究现状舞台灯光的色光变化是舞台艺术创作的重要因素。从综合艺术的角度来看，光与色是不可分割的统一体。这种观点源于现代舞台艺术理论，已将色光的概念融入了舞台美术创作的基本规律中去。在客观上是以人对自然环境和社会矛盾的反映为基础，巧妙地利用舞台
12、色光的变化，引导观众的视觉反映，触发其相应的感觉联想，舞台艺术的创作者运用色光变化的表现手段去强调舞台环境气氛，刻画与塑造人物形象，揭示人物的内心变化，促进戏剧情节向深层次发展。当然，舞台色光的运用并不是孤立存在的，它是一个多元的时空艺术，在整个灯光艺术的创作体系中，它还需要各方面因素的支持和牵引。换色器的诞生无疑为舞台照明艺术的发展提供了一个十分优越的条件。换色器有很多种类，有一种转盘式换色器，很早以前舞台上就出现了这种换色器，人们将薄铁板加工成圆形片围绕圆心等距开45个圆孔圆孔的大小相当于聚光灯镜片的大小在每个圆孔上分别粘贴不同颜色的色片纸用小型电机带动其旋转并用固定支架安装在灯具上来实现
13、自动换色的目的。由于它不具备预选定位功能且体积较大，所以一般只能单独做灯光特效使用。还有一种扬旗式换色器，这种换色器最早是应用在舞台投影幻灯上，除为天幕换色之外，主要用来自动更换幻灯片。扬旗式换色器运用丝杠带动片夹行走装置在设定的位置将片夹置入幻灯的光学系统间再按顺序将景片夹撤出，将需要的景片夹置入。随舞台幻灯应用的减少，这种换色方式也逐步退出舞台。现今只有追光灯采用这种换色器，而且一般都采用手动的形式。工作时由于色片装置呈上下或左右摆动，因此得名为扬旗式换色器。后来出现一种卷帘式换色器，该换色器由换色器和控制器组成，将各类色纸首尾相接形成帘状，采用小功率直流电机带动卷轴使色纸帘相互牵引卷绕运
14、动，通过控制器及定位装置进行预选定位达到自动换色的目的。这种换色器具有较高程度的自动化功能，体积较小，使用方便，所以被人们广泛采用。从控制方式上看，目前国内市场上普遍流行的卷帘式换色器有模拟式和数字式两种。模拟式换色器是通过减速装置和在与卷轴相联动的电位器上获取采样信号来达到定位的，这种控制方式的定位精度较低，特别是在电位器磨损之后会出现色纸定位抖动或半格状态。另外实行若干编组或单控时则需敷设相应的复合电缆，比较麻烦。这种换色器只适合一般性演出和用量不大的场所，目前部分剧团仍在使用，而在市场上这种换色器已经被数字式换色器取代。数字式换色器是当今比较先进的一种通用产品，已作为主流器材进入演艺市场
15、。定位精度是影响换色器质量的重要因素之一，数字式换色器一般选用光电传感器与齿轮形计数装置输出脉冲信号再进行编码取样。选用闭环控制系统进行锁定定位，即将色纸运行的取样信号同预置设定的定位数据信号进行比较，当两者信号完全吻合时，即发出停止信号使电机停转，使色纸完成定位，采用这种方法定位精度较高。数字式换色器的另一特点是采用了DMX512 信号进行传输控制这种控制，方式不仅大大地扩展了编组和单控的数量级，而且可由一根信号电缆在较长的距离内同时控制成百上千的换色器，非常适合大型晚会及用量较大的舞台演出。数字式换色器因为采用了DMX512控制协议，所以也同电脑灯一样可单独控制。每台换色器均具有起始地址码
16、设置开关，比较高级的换色器还设有功能开关可进行自检和复位。根据使用需要还可选择速度快慢，一般常用速度在1.5S到3S内可调，最慢速度可延长20 s（指全程）设有数字和模拟两种控制方式选择开关。另外在脱离控制台后还具备自动变换颜色的功能。目前，国产数字式换色器大都采用一个通道（国外有1到3个通道）控制，功能比较简单，一般都采用DMX512 标准信号电缆传输。但往往有很多用户采用两芯话筒线做信号传送，这虽然也能使用，但有时会导致误码的情况发生。有条件时应将最后一个分配器的讯号接口加一个110 W的终端电阻。数字式换色器的牵引与拖动大都采用小功率直流低压电机，因此必须配有直流供电电源。在常规的情况下
17、，各厂家都将供电电源与信号隔离电路统一装在一起，称为电源分配器，每一台分配器可供8到16 台换色器使用，根据不同用途可选择不同型号分配器去为不同数量的换色器供电。分配器内部是降压，整流，信号隔离电路。是将220 V 高电压降为低压并通过整流后输出直流电供给换色器电机及控制电路工作。为了减轻重量，一般厂家都将分配器电机设计成开关式电源。无论何种分配器都设有2 2 0 V 交流电源输入插口和标准的DMX512 信号输入（IN ）插口和转接（THRO）插座。输出部分在都采用XLR4芯插座，输出复合信号电缆（包括电源和信号）首尾都装有XLR4 芯插头，将分配器与换色器相接，并以此来区分与电脑灯信号电缆
18、的差别（电脑灯信号电缆标准为XLR5 芯插件）值得注意的是，国内生产的换色器产品其信号电缆至今没有统一的接法，阴阳插的采用也无定式，这在使用中经常会造成混乱。各厂家生产的分配器在复合信号输出插座的数量上也有差异。分别设有2 路输出和4路复合信号输出插座。2路输出可接8 只换色器，4路输出可接16只换色器，可用链接式连接。有些分配器直接设置6路输出，只能按6路换色器做菊花式连接。在使用大量换色器的同时，肯定伴随着大量的电源分配器，这时可以采用信号分配器来进行连接1.3 换色器未来发展方向在我国，换色器的研发和应用已经走过了二十几个年头，它以一灯变多色，集群变色和提高灯具使用率等诸多优势博得了广大
19、舞美工作者的青睐。但是，在换色器的发展过程中由于各方面条件的限制，人们对原材料的选择还缺乏经验，种种不足导致其在使用中故障频发，烦恼不断，曾一度使用户丧失了信心。时代在发展，历史在前进，站在使用者的角度上，人们发现舞台灯光换色器还有较大的发展空间和开发潜力。（1）换色器与舞台常规灯具的一体化是该产品提档升级，更新换代的突破口。我们知道，常规的舞台白炽灯具是舞台灯光的主要硬件设备，如果每一盏灯具都设有固定的换色功能，那将为使用者提供一个十分自由的创作平台。特别是对于那些流动演出的专业团体来说，既免除了装卸与分离保管的麻烦，又降低了运输和拆装而引发的故障率，这是一个以人为本的市场导向。（2）DMX
20、512 数字信号传输系统虽然使换色器以编辑地址码的方式达到分组或单控的目的，但同时还是脱离不了一些辅助装置，如开关电源，信号输入，信号输出电缆及插件等，这样势必要增加劳动强度。根据现代电力载波技术和锁相环技术的应用，是否可以采用该类技术通过灯具电源线做信号传输，利用现代数字调光台对灯具的预热功能，将其预热电压作为换色器的工作电压来完成黑场的预选换色（当然具体技术问题还需进一步研究），这样既可节省安装时间又大大提高了机动性，故障率也相对减少。如果此项技术开发成功，将会带动相关产品的技术变革及市场变化。（3）采用复合结构设置，即两套色片分别换色或相互重叠组合，以丰富色彩对比，拓展选色范围。（4）实
21、施域外业务产品开发，增加市场需求的相关项目，如广告娱乐灯饰等其他领域产品。这也是相互促进，开拓视野，延伸挖潜，内外双赢的必经之路。（5）加强易损件的提供，保证优良的售后服务更是促进换色器市场兴旺发达的基础。1.4 研究内容本课题主要任务是利用单片机等部件设计舞台灯光换色器，能够实现换色器色纸的精确定位。要实现色纸的精确定位，其根本就是要单片机精确控制电机运行，停止，而想要控制电机精确运行，则可以采用PWM控制的方式，让电机运行确定的圈数来实现色纸的定位，本文主要介绍了换色器的设计思想，方案论证以及元件的选择等内容，整体上分为硬件部分和软件部分设计。本文首先扼要的对该课题的换色器进行总体的介绍，
22、该课题的背景和选题意义，国内外现状，未来的研究方向等等；继而具体论证了换色器的硬件设计，包括单片机的选择，驱动方式的确定，驱动方式的选择，通信方式的选择，串行接口的选择等；继而介绍了使用的Altium，Keil软件；然后阐述了该换色器的硬件软件设计，包括主程序设计，子程序的设计，流程图的设计；最后对本次设计进行了系统的总结。本设计的具体要求如下:(1) 完成硬件电路设计，制作电路板一块，要求具有色纸位置检测、按键输入、RS485通信和直流电机调速。(2) 在完成硬件电路设计的基础上，开发相应软件。(3) 实现系统联调。1.5 文章结构与安排本篇报告主要分六章来介绍所研究的内容：第一章是绪论，简
23、单介绍课题所处的背景及选题的意义，当前的发展状况与课题所研究的主要内容；第二章方案论证，对课题所选择的方案进行列举与选择，按照所要实现功能的程度与精确度进行器件和方案的选择；第三章是开发工具的介绍，就本设计所要用到是工具进行简单的介绍；第四章是系统硬件的设计，通过方案的选择确定，来对课题进行具体的设计，包括各模块的功能的实现和各模块之间实现的整体连接；第五章是系统的软件设计，相关模块的流程图和部分程序；第六章是小结，对于在设计过程中遇到的问题进行表述，以及如何解决完成的。以上就是报告要完成的内容，通过六章的介绍可以详细地介绍在完成此课题时遇到的问题，问题的解决，方案的设计与选择，具体功能的实现
24、等相关情况。第二章 方案论证2.1 系统设计思路设计一控制电路板，通过按键或者PC机通信来实现对换色器的控制，按下按键，换色器可以切换到按键所对应的颜色，或者通过与PC机通信，可以实现换色器的准确换色甚至按一定规律连续观色。本系统的设计可从几个部分考虑：微处理器的选择、通信方式的选择、串行接口电路的选择、驱动方式的选择。微处理器控制驱动模块通信模块串行接口电路图2-1 系统总体框架2.1.1 微处理器的选择：方案一：8031芯片内部无ROM，需要外扩程序存储器,由此造成电路焊接的困难，况且使用8031还需要另外购买其他的芯片，如A/D转换及定时/计数器（PWM）等芯片，从而造成成本较高，性价比
25、低。方案二：ATMEL公司MCS-51系列单片机中的AT89C51芯片，它是低压高性能CMOS 8位微处理器，带有4k字节可反复擦写的Flash只读程序存储器，128字节内部随机存取数据存储器（RAM），15个IO口线，两个16位定时计数器，个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口。根据本设计的要求，AT89C51芯片完全能够满足灯光控制系统所需要的处理器的性能和内存。故本设计采用该AT89C51芯片。2.1.2 通信方式的选择方案一：并行通信是指一条信息的各位数据被同时传送的通信方式。并行通信的特点是：各数据位同时传送，传送速度快、效率高，但有多少数据位就需多少根数据线，因此传送成本高，且
26、只使用于近距离(十几距数米)的通信，故不采用。方案二：串行通信是指一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通信方式。串行通信的特点是：数据位传送，按位顺序进行，最少只一需根传输线即可完成，成本低但传送速度慢。串行通信的距离可以从几米到几千米。由于串行通信方式具有使用线路少、成本低、特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用，因此本设计采用串行通信。2.1.3 串行总线接口的选择在串行通信时，要求通信双方都采用一个标准接口，是不同的设备可以方便地连接起来进行通信。当前流行的接口有：RS-232-C和RS-485。方案一：RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic
27、Industry Association）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;
28、若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。方案二：RS485是美国电气工业联合会(EIA)制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准。它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到1.2 km；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达200 mV；最大传输速率可达2.5 Mb/s。由此可见，RS485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。由于RS-232-C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信
29、电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。而RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线。RS-485采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度,能检测低至200mV的电压,故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式,任何时候只能有一点处于发送状态,因此,发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便,可以省掉许多信号线。应用RS-485
30、可以联网构成分布式系统,其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。所以此次设计采用RS-485通信。2.1.4 驱动方式的选择关于直流电机的驱动一般有两种方法，一种是通过CPU直接来驱动，这种方法一般不宜采用，因为CPU的输出电流脉冲是特别小的，它不足以让电机的转动；另一种是通过CPU来间接驱动电机，这种方法比较安全可靠。固本次设计采用CPU间接驱动直流电机。第三章 开发工具简介3.1 Altium 3.1.1 Altium Designer产品介绍Altium Designer 基于一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需的工具全部整合在一个应用软件中。Altium Designe
31、r 包含所有设计任务所需的工具：原理图和HDL 设计输入、电路仿真、信号完整性分析、PCB 设计、基于FPGA 的嵌入式系统设计和开发。另外可对Altium Designer 工作环境加以定制，以满足用户的各种不同需求。Altium Designer集成平台当您执行菜单命令开始-所有程序-Altium Designer启动Altium Designer 时，您实际在启动DXP.EXE 文件。Altium Designer 基于DXP 平台，支持创建设计时使用的各种编辑器。应用界面通过自动配置来适应正在处理的文件。例如，打开原理图时，将激活相应的工具栏、菜单和快捷键。此性能意味着您可以随意在PC
32、B 布线、物料清单编制、瞬态电路分析和其它操作之间进行切换，当前菜单、工具栏和快捷键始终保持可用。另外还可根据您的偏好对所有工具栏、菜单和快捷键进行配置。3.1.2 Altium Designer使用简介1、启动Altium Designer Summer 09：双击桌面上的Altium Designer Summer 09图标或点击开始菜单中的Altium Designer Summer 09图标都可启动Altium Designer。2、新建一个工作空间：点击file-new-design workspace。3、保存工作空间：点击File或Workspace按钮，-Save design
33、 workspace，选择存盘路径，并将文件命名为mydesign.DsnWrk保存。4、在deising workspac面板上新建一个工程文件：点击project或workspace按钮，-Add project-PCB Project.5、保存Project工程文件：点击File-save project, 选择存盘路径，并将文件命名为PCB_Project1.PrjPCB保存。6、在PCB_Project1.PrjPCB工程文件中添加SCH和PCB两个文件：点击File或右键PCB_Project1.PrjPCB，-Add new to project -schematic，然后用相同
34、方法再添加PCB即可。然后分别保存这两个文件即可。SCH库和PCB库的建立：1、建立一个原理图元件库和一个印制板图封装库：右键PCB_Project1.PrjPCB，-Add new to project -schematic library.用相同的方法再添加一PCB Library.2、在SCH LIBRARY中添加一个电阻和一个LED元件：第三单元：原理图的绘制1、元件放置;画线;TAB键的功能;元件的删除。元件的复制：CRTL+D;SHIFT+DRAG;CTRLCCTRLV;2、元件位号的标注：点击TOOLS-ANNOTATE SCHEMATICS.3、编译工程：为每个元件添加好PCB
35、库文件后，并将库文件复制到当前目录中。点击project-Compile PCB project1.PrjPCB文件，完成工程的编译。4、生成网表Design-Netlist For Protel-Protel第四单元：PCB的生成1、网表的导入：进入PCB1.PcbDoc，点击Design菜单-import changes from project1.PrjPCB，将PROJECT1.PRJPCB文件导入到PCB文件中。2、将元件从SHEET中移入到PCB区域中:3、摆放元件:元件层次切换可以在元件属性面板中更改（双击元件，弹出元件属性对话框component prpperties laye
36、r:top layer/bottom layer）。4、绘制禁止布线层:PAGEUP PAGEDOWN HOME利用PCB Filter 选取禁止布线层：is keepout。Design-Board shape-Define from Selected objects，完成PCB板外形定义。5、修改元件标识字体的大小：选中任意一个元件的标识，右键，-Find Similar Objects,选取相似对象（例如：Text Height/Text Width-Same-Apply-Ok），切换到PCB Inspector,做相应的修改即可。6、布线:Auto Route-All3.2 KeilK
37、eil C51标准C编译器为8051微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效,快速的特点。C51编译器的功能不断增强，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。C51已被完全集成到uVision2的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器，汇编器，实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision2 IDE可为它们提供单一而灵活的开发环境。C51 V7版本是目前最高效、灵活的8051开发平台。它可以支持所有8051的衍生产品，也可以支持所有兼容的仿真器，同时支持其它第三 方开发工具。因此，版本无疑是8051开发用户的最佳选择。3.2.1 Keil C51创建项目文件Ke
38、il C51 集成开发环境是以工程的方法来管理软件的，而不是单一软件的模式，所有的软件包括源程序（包括C语言和汇编语言）、头文件、甚至说明性的技术文档都可以放在工程项目文件里。在使用Keil C51创建应用程序时有以下步骤：1.创建一个工程项目文件。2.为工程选择目标器件（例如该开发板选择Atmel的AT89C52）。3.为工程项目设置软硬件调试环境。4.创建源文件并输入程序代码。5.保存创建的源程序项目文件。6.把源程序文件添加到项目中。3.2.2 源程序文件的建立1 点击桌面的Keil C51快捷图标。2 点击菜单的 Project 选项，在弹出的下拉菜单中选择 New Project 命
39、令，建立一个新的uVision3 工程，这时可以看到如图3-2所示的项目文件保存对话框，主要完成以下事情：(1)为工程取一个名字，工程名应便于记忆且文件名不宜过程。(2)选择工程存放的路径。(3)进入工程目录输入工程名后，点击保存返回。3 工程建立完毕用户可以根据需要选择相应的器件并选择相应器件的型号，本产品的单片机型号是STC的STC89C52，另外用户在选择目标器件后想重新更改目标器件，可以点击菜单的 Project 选项，在弹出的下拉菜单中选择 Select Device for TargetTarget I命令，4 在原程序的编辑框内输入自己的代码，并将原程序添加到项目文件中。第四章
40、硬件电路的设计4.1 模块说明AT89C51单片机按键输入RS485通信L298驱动直流电机PWM产生模块图 4-1 系统框图如图4-1所示，本设计采用单片机AT89C51为核心进行数据的存储，处理与输出。使用L298来驱动电机,利用8254芯片来产生PWM波，用RS485来进行PC通信。4.2 各模块电路的设计4.2.1 AT89C51单片机本次设计以CPU选用89C5l作为步进电机的控制芯片，89C51的结构简单并可以在编程器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上使用方便等优点，而且完全兼容MCS5l系列单片机的所有功能。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFA
41、lsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。AT89C51单片机的引脚功能：（1）VCC（40）：电源+5V。（2）VSS（20）：接地，也就是GND。（3）XTL1（19）和XTL2（18）：振荡电路。单片机是一种时序电路，必须有脉冲信号才能工作，
42、在它的内部有一个时钟产生电路，有两种振荡方式，一种是内部振荡方式，只要接上两个电容和一个晶振即可；另一种是外部振荡方式，采用外部振荡方式时，需在XTL2上加外部时钟信号。（4）PSEN（29）：片外ROM选通信号，低电平有效。（5）ALE/PROG（30）：地址锁存信号输出端/EPROM编程脉冲输入端。（6）RST/VPD（9）：复位信号输入端/备用电源输入端。（7）EA/VPP（31）：内/外部ROM选择端（8）P0口（39-32）：双向I/O口。（9）P1口（1-8）：准双向通用I/0口。（10）P2口（21-28）：准双向I/0口。AT89C51主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可
43、编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定、128*8位内部RAM、32可编程I/O线、两个16位定时器/计数器、5个中断源、可编程串行通道、低功耗的闲置和掉电模式、片内振荡器和时钟电路 （1）振荡器特性：XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。（2）芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过
44、正确的控制信号组合，并保持ALE管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。单片机最小系统如图4-2：图4-2 单片机最小系统4.2.2 L298驱动电路L298(图4-3)是SGS公司的产品，比较常见的是15脚Multiwatt封装的L298N，内部同样
45、包含4通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。L298是一款单片集成的高电压、高电流、双路全桥式电机驱动，设计用于连接标准TTL逻辑电平，驱动电感负载（诸如继电器、线圈、DC和步进电机）。L298提供两个使能输入端，可以在不依赖于输入信号的情况下，使能或禁用L298器件。L298低位晶体管的发射器连接到一起，而其对应的外部端口则可用来连接一个外部感应电阻。L298还提供一个额外的电压输入，所以其逻辑电路可以工作在更低的电压下。L298 特性 ：L298工作电压高达46V ；总DC电流达4A 低饱和电压 ；L298具有过温保护功能 ；逻辑“0”输入电压高达1.5V(高抗
46、噪性) ；图4-3 L298L298模块电路如图4-4：图 4-4 L298电路4.2.3 PWM产生电路单片机外部控制定时器8245，用定时器0和定时器2产生一路PWM信号。8254 芯片是一款使用十分广泛的可编程定时，计数芯片，其主要功能是定时和计数的功能。我们的微机内的动态存储器刷新电路，系统日时钟的技术以及发声系统的声源都是由8254芯片来完成的。8254芯片主要由四部分组成： （1）数据总线缓冲器 数据总线缓冲器是一个三态、双向8位寄存器主要作用是与cpu进行数据交换，8位数据线D7D0与CPU的系统数据总线连接，构成CPU和8254之间信息传送的通道，CPU通过数据总线缓冲器向82
47、54写入控制命令、计数初始值或读取计数值。 （2）读写逻辑 读写逻辑是芯片的控制部分，编程人员通过控制信号的选择来选择芯片的工作方式。读/写控制逻辑用来接收CPU系统总线的读、写控制信号和端口选择信号，用于控制8254内部寄存器的读/写操作。 （3）控制字寄存器 控制寄存器是一个只能写不能读的8位寄存器，系统通过指令将控制字写入控制寄存器，设定8254的不同工作方式。 （4）计数器 8254内部有三个结构完全相同而又相互独立的16位减“1”计数器，每个计数器有六种工作方式，各自可按照编程设定的方式工作。 8254芯片的工作方式 8254芯片共有六种工作方式，分别对应与六种不同的用途。 （1）方式0：计数到0结束输出正跃变信号方式。 （2）方式1：硬件可重触发单稳方式。 （3）方式2：频率发生器方式。 （4）方式3：方波发生器。 （5）方式4：软件触发选通方式。 （6）方式5：硬件触发选通方式。PWM产生电路如图4-5图4-5 PWM产生电路4.2.4 RS485总线接口电
