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1、华 北 水 利 水 电 学 院课 程 设 计 说明书课程名称：单片机应用基础专 业：机械设计制造及其自动化姓 名 周振 学 号：200913023目录第一章 课程设计的目的和要求 11.1 课程设计目的和要求 11.2 课程设计预备知识 11.3课程设计的任务 1第二章 总体设计3第三章 硬件设计 3第四章 软件设计7第五章 系统调试 8第六章 课程设计心得 8参考文献第一章 课程设计的目的和要求1.1 课程设计目的和要求目的 ： 单片机应用基础课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用能力及单片机
2、应用系统开发和设计能力的训练，启发创新思维，使之具有独立单片机产品和科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。课程设计的要求: 1. 具有对步进电机的启停,正反转控制,加速减速控制。2通过停止键正转键，反转键，加速键，减速键实现对步进电机的控制。3. 实现对步进电机的正反转的切换，在一定范围内可以进行加减速调节。4.在不切断电源的情况下可以暂停，此后仍可进行正反转控制。5.通过LED灯显示正反转状态。1.2 课程设计预备知识1.复习了解C语言程序设计；2.复习和了解汇编语言；3.熟练使用proteus软件；4.熟练使用wave6000软
3、件；5学习使用keil的使用；6.复习单片机相关知识；1.3课程设计的任务根据给定的任务要求选择合适的单片机和其他电子元器件，进行系统硬件电路设计和软件编程，根据系统制作并调试系统电路板，使之实现任务要求。有关参数选择要求符合国家标准。具体设计内容如下：1. 设计系统工作原理图，利用PROTEUS软件绘制系统工作原理图；2. 系统控制程序设计、调试及实现：（1）根据要求，写出完整的程序流程图；（2）将设计程序输入、汇编，排除语法错误，生成*.OBJ文件；（3）按所设计的原理图，在实验平台上连线，检查无误；（4）将目标文件传送到实验系统，执行并运行调试该程序，最终实现控制要求3. 写出设计说明书
4、，说明书格式见附录，3000字左右第二章 总体设计使用两个中断来分别控制正反转和加减速,通过查询方式来实现正反转的切换和停止操作,使用两个LED灯来反应正反转的状态。考虑到单片机带动负载的能力有限，在步进电机和P1口之间加功率放大器来驱动步进电机，具体电路图见硬件设计电路图。通过软件来实现设计所要求的功能，具体设计见程序清单。 第三章 硬件设计AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪
5、烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机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。1主要特性：与MCS-51 兼容 4K字节可编程闪烁存储器 寿命：1000写/擦循环数据保留时间：10年全静态工作：0Hz-24Hz三级程序存储器锁定128*8位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5
6、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 2管脚说明：VCC：供电电压。GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉
7、的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I
8、/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能P3.0 RXD（串行输入口）P3.1 TXD（串行输出口）P3.2 /INT0（外部中断0）P3.3 /INT1（外部中断1）P3.4 T0（记时器0外部输入）P3.5 T1（记时器1外部输入）P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位
9、器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储
10、器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。3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
11、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。4芯片擦除：整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过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
12、其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。2.LN2003也是一个7路反向器电路，即当输入端为高电平时ULN2003输出端为低电平，当输入端为低电平时ULN2003输出端为高电平，继电器得电吸合。如图功能特点：模块配置:7 NPN 电压, Vceo:50V 集电极直流电流:500mA 直流电流增益hFE:1000 工作温度范围:-20C to +85C 封装类型:PDIP 引脚数:16 封装类型:DIP 晶体管数:7 表面安装器件:通孔安装器件标号:2003 最大连续电流, Ic:500mA 芯片标号:2003 输入电压最大:30V 输入类型:5V TTL CMOS 输出电压最大:50V 输出电流
13、最大:0.6A 通道数:7 逻辑功能号:20039接电源，10-16输出，1-7输入利用P1口进行步进电机控制系统设计原理图3.步进电机原理步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。切换是通过单片机输出脉冲信号来实现的。所以调节脉冲信号的频率便可以改变步进电机的转速，改变各相脉冲的先后顺序，可以改变电机的旋转方向。步进电机的转速应由慢到快逐步加速。电机驱动方式可以采用双四拍(ABBCCDDAAB) 方式， 4.硬件电路图如下： 第四章 软件设计1.总体程序框图开始，初始化，设置中断和堆栈，设置初始速度等待中断中断Y反转减速加速Y正转 正转程序加速程序减速程序反转程
14、序YY减速请求？Y加速请求？Y减速请求?Y减速请求？Y反转请求？Y第五章 系统调试在调试费过程中遇到的问题1.加速按钮导致电机正转，JNB P0.4,FZ 后面加上RETI 解决了这个问题2.加速减速按钮不能实现与设计的功能，调试后发现，INT0的触发方式改为上升沿触发就解决了问题3.停止后没法再启动，后经发现是因为中断1没有退出，后加了一条中断返回指令 RETI 实现了预设功能。第六章 课程设计心得本次课程设计是一次理论与实践结合的好机会，通过本次课程设计，是我对单片机知识的掌握更加熟练和充足，同时也学会了几款非常有用的软件，对以后的学习会有很大的帮助。在设计个过程中，不可避免的遇到了一些问题，虽然耗费了很多的精力和时间，但只靠自己解决了问题，提高了独立自主解决问题的能了，同时为以后的软件设计积累了一宝贵的经验，大大增强了对单片机设计的兴趣，为我以后的专业方向的发展提供了重要的参考。总之，在本次课程设计中学到了很多东西，期待以后还有机会做类似的设计。参考文献1 李广第主编单片机基础第一版北京航空航天大学出版社北京1994年6月2 王修才主编单片机接口技术第一版复旦大学出版社上海1995年10月3 周志德主编单片机原理及应用第一版高等教育出版社4 李运华主编机电控制第一版北京航空航天大学出版社5 秦曾煌主编电工学 上册：电工技术第五版高等教育出版社
