1、中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設計目錄1概述 11.1研究背景 11.2設計思想及基本功能 12總體方案設計 22.1 方案選取 22.2 系統框圖 52.3 總體方案設計 53硬件電路設計 63.1 電源電路設計 63.2 晶振電路 73.3 復位電路 83.4 時鐘電路 93.5 鍵盤電路 103.6 顯示電路 113.7 A/D轉換電路 143.8 光敏傳感器 153.9 步進電機 174系統軟件設計 184.1 主程序軟件設計 194.2 鍵盤程序設計 204.3 定時程序設計 224.4 步進電機程序設計 235總結 25參考文獻 25附錄系統原理圖 26第I頁共I頁中北大學

2、信息商務學院計算機控制技術課程設計1概述1.1 研究背景伴隨著信息化時代的到來，人們的生活速度以及對生活質量的追求也在大 幅提高。智能化的產品設計在改變人們工作方式與生活習慣的同時，讓人們對 生活質量的提升提出了更高的要求，方便、舒適成了人們所追求的生活方式， 在現代家庭生活環境中，居家環境早已不僅僅局限在物理空間上，人們更為關 注的是一個安全、方便、舒適的環境。智能化的電子產品以及設計將以前的被 動靜止物體轉變為人們能夠方便操控的工具，這些產品具有提供全方位的信息 交換的功能，不僅能夠優化人們的生活方式，幫助人們合理的安排時間，增強 居家環境的安全性，甚至還可以為各種能源費用節約資金。在智能

3、化產品中，單片機的應用已經越來越廣泛，單片機以它體積小、質 量輕、耗電省、可靠性高、價格低等優點，開始不斷發展，并廣泛應用于儀器 儀表、家用電器、醫療設備、航天航空領域、工業專用設備的管理及過程控制 等領域，在很多的大中型的電氣設備以及小型的電子產品中也用到了單片機進 行控制。針對人們對智能化的需求以及對舒適生活的追求，窗簾自動控制系統改變 了傳統窗簾的劣勢，它可以根據外界光照強度的不同而自動開閉窗簾，也可以 根據人們設定的時間來控制窗簾。該系統利用光敏電阻檢測光照強度的變化， 并且將光敏檢測模塊的電阻變化轉化為電壓變化，然后將電壓變化的信號送單 片機，單片機通過電機驅動模塊控制著步進電機的正

4、反轉實現窗簾的來回移動。 本設計正是把利用AT89C51單片機的優點以及簡單實用性，順利的完成了對智 能控制的要求，并且為智能化的家居設備提供了良好的基礎。止匕外，對該系統 進行擴展，比如可以加上防火，防盜，甚至室內煤氣濃度監測等功能，會使該 系統更具有實用性，而且也完善了系統。1.2 設計思想及基本功能該系統具有一般的窗簾控制系統的最基本的功能，即通過電動按鈕來開閉 窗簾，在此基本功能的前提下，本設計根據需求還設計了可以根據光照強度和 設定時間自動開閉窗簾的功能，在選取設計方案和采用元器件方面，該系統本 第1頁共29頁中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設計著簡單實用經濟的思想，盡量簡化電

5、路設計，用最簡單的電路布線和選用最經 濟實用的器件來達到設計要求。光感自動窗簾控制系統具有以下幾個基本功能：（1）手動控制：該功能是根據用戶的需求通過按鍵進行窗簾的開關，此功 能可以使窗簾處于開閉的任何一種狀態；（2）自動控制：系統可以通過感光器采集室內光照強度，根據亮度的不同 而自動控制窗簾的打開程度；（4）時間控制：此功能是根據用戶設定的時間在特定的時間點一次性開關 窗簾。2總體方案設計2.1 方案選取單片機在各種電子產品中的應用已經越來越廣泛，很多的電子產品利用單 片機所取得的便利得到了人們的好評，針對單片機控制的自動窗簾控制系統的 智能化要求，實現其自動控制的方案有兩種：方案（一）系統

6、的傳動機構使用直流電機，窗簾只有兩個簡單的狀態：完 全打開和完全關閉；方案（二）系統的傳動機構使用更精確靈敏的步進電機，使得窗簾從關閉 到完全打開之間有6個不同的等級。這二個方案都是基于單片機控制的，光線感應以及數碼管顯示，不同的設 計部分在于傳動機構和窗簾的設計形式的選取上。方案（一）的窗簾由于只有完全開與完全關兩種狀態，所以窗簾本身設計 不需要太復雜，采用普通的卷簾即可。關閉時，電機旋轉全部放下卷簾；打開 時，電機將卷簾全部卷起。方案（二）的窗簾從完全關閉到完全打開按打開程度有05共六個等級,窗簾設計成類似百葉窗的形式，通過步進電機可以精確控制每個葉片的旋轉角 度，從而控制開關程度的大小。

7、當葉片與窗戶面平行時，窗簾完全關閉；當葉 片與窗戶面垂直時，窗簾完全打開。下面圖2.1所示是方案（一）的效果圖；圖 2.2是方案（二）的效果圖：第4頁共29頁頭安裝座目電機線開關電源管狀電機卷簾管 轉輪尾塞尾安裝座卷簾面料卷簾下梁rIE圖2.1方案（一）卷簾效果圖圖2.2方案（二）百葉窗式效果圖鑒于方案一這種卷簾現在市場上已經發展很好，沒有太多繼續研究的價值， 并且其窗簾控制過于單一，而且不如方案二的百葉窗式的窗簾美觀。 圖2.3所示 是百葉窗關閉打開的原理圖，圖2.4是步進電機驅動百葉窗各葉片的物理截面 圖，其根據光照強度的大小有不同程度的打開，能夠更精確的滿足用戶的需求， 所以本設計選擇方

8、案二。圖2.3百葉窗原理圖步進電機主動輪窗簾葉片從動輪步進電機主動輪圖2.4步進電機與百葉窗葉片連接截面圖中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設計2.2 系統框圖方案(二)的系統框圖如圖2.5圖2.5系統框圖2.3 總體方案設計自動窗簾控制系統總體方案設計是基于滿足設計要求的前提并且根據理論 上的可實現性和硬件上的經濟實用性，而進行設計的重要環節。本章從人們對 系統功能需求出發，在綜合考慮各種因素的情況下，設計出自動控制系統的總 體構架，并且在基本功能需求的基礎上盡可能考慮系統的可擴展性。伴隨著科學技術的發展和人民生活水平的日益提高，人們對生活舒適性的 追求越來越強烈，而窗簾在每個家庭生活是

9、必備的，其基本功能是保護住戶的 隱私以及遮蔽陽光等?；谶@些作用窗簾的便利性自然也受到家庭的關注。但 傳統的窗簾絕大部分是用手去開關，每天開關不僅不省力，而且還可能錯過最 佳光照時間，尤其是大窗簾，比較重，而且長，在開閉時需要費很大力氣才能 開關窗簾，特別不方便；針對這種現象，電動窗簾便由此產生。現有的電動窗 簾基本上都可以利用按鍵控制，自動開關閉窗簾，雖然省了力氣，但是有些方 面的設計還是不夠人性化。對此，本控制系統提出可以根據光照以及定時等開 關窗簾，具體有以下幾大功能：(1)手動控制狀態：此功能使自動窗簾控制系統具有手動拉開、關閉的功第5頁共29頁中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設

10、計能，方便用戶控制。(2)亮度自動控制：此功能是根據室內光照強度的大小，來決定百葉窗每 個葉片的旋轉角度從而控制窗簾打開的大小程度。(3)時間自動控制：此功能根據用戶需要，設定需要開閉窗簾的時間，通過輸入的開啟或關閉時間，控制窗簾開關。光感自動窗簾控制系統設計的總體框圖如圖 2.6所示。圖2.6 電動窗簾控制器結構框圖根據光照來開閉窗簾主要原理是用光敏電阻采集外界的光強度，從光傳感 器采集的信號利用信號校正電路放大，濾波后輸入到A/D轉換器，由于A/D轉換器件的轉換需要一定時間，一旦在這段時間內信號發生變化，轉換結果將會出現偏差，所以在轉換期間要應該采用采樣保持電路。傳入的信號由89C51單片

11、機 來控制，并且做出響應，以實現電機的正轉、反轉與停止。顯示模塊是用來顯 示自動窗簾控制器的各種狀態。鍵盤作為輸入設備，通過不同按鍵來控制單片 機進行各種運轉狀態。3硬件電路設計3.1 電源電路設計單片機正常工作電壓為5V,因此設計的電源電路主要是提供單片機工作電 壓。圖3.1是為單片機提供電壓的電源電路。 在這個電路中采用了三端集成穩壓 器LM7805,可以輸出5V的直流電壓以供給單片機。78L05圖3.1 電源電路圖3.2 晶振電路電路中的晶振即石英晶體震蕩器。由于石英晶體震蕩器具有非常好的頻率 穩定性和抗外界干擾的能力，所以，石英晶體震蕩器是用來產生基準頻率的。 通過基準頻率來控制電路中

12、的頻率的準確性。同時，它還可以產生振蕩電流， 向單片機發出時鐘信號。圖3.2是單片機的晶振電路。片內電路與片外器件就構成一個時鐘產生電 路，CPU的所有操作均在時鐘脈沖同步下進行。片內振蕩器的振蕩頻率非常接 近晶振頻率，一般多在1.2MHz24MHz之間選取。C1、C2是反饋電容，具值 在20pF100pF之間選取，典型值為30pF。本電路選用的電容為30pF,晶振頻 率為12MHz。振蕩周期=俏2氏;機器周期Sm = 1 *指令周期=14出。XTAL1接外部晶體的一個引腳，XTAL2接外晶體的另一端。在單片機內 部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對 HMOS單 片機，

13、該引腳接外部振。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產生一 定頻率的機械變形，而這種機械振動又會產生交變電場，上述物理現象稱為壓 電效應。一般情況下，無論是機械振動的振幅，還是交變電場的振幅都非常小。 但是，當交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產生共振，稱之為 壓電振蕩。這一特定頻率就是石英晶體的固有頻率，也稱諧振頻率。石英晶振起振后要能在XTAL2線上輸出一個3V左右的正弦波，以便使 MCS-51片內的OSC電路按石英晶振相同頻率自激振蕩。通常，OSC的輸出時鐘頻率fOSC為0.5MHz-16MHz ,典型值為12MHz或者11.0592MHz。電容C1和C2可以幫助起振,典型

14、值為3射，調節它彳門可以達密調fOSC的目的C430pP10 1，P10P00，P11P01,P12P0239P11238P12 337P13 4，P13P03P14P04，P15P05，P16P06P17P07INT1P20INT0P21_-P22AT 89C51T1P23,T0P2436P14 535P15 634P16 733P17 832INT1 13 - C2112Q22 P211523 P2224 P23T014252631P25，EA/VPP26P27X1X2RE SETRXD_TXD_RDAL E/PWRPSEN271928 P2718RET 910 RXDRD 17 JWR

15、16 011 TXD30 AL E0圖3.2 單片機晶振電路圖3.3 復位電路復位電路的主要功能是使單片機進行初始化，在初始化的過程中需要在復位引腳上加大于2個機器周期的高電平。復位后的單片機地址初始化為0000H,然后繼續從0000H單元開始執行程序。在復位電路中提供復位信號，等到系統 電源穩定后，再撤銷復位信號。但是為了在復位按鍵穩定的前提下，電源穩定 后還要經一定的延時才撤銷復位信號，以防在按鍵過程中引起的抖動而影響復 位。圖3.3所示的RC復位電路可以實現上述基本功能。VCCSW-PBRETGNDR110K圖3.3 復位電路圖3.4 時鐘電路DS12887芯片和AT89C51單片機的接

16、口電路如圖3.4所示。U5DS1 2887圖3.4 時鐘電路圖其中DS12887的模式通過選擇腳MOT地來確定，DS12887的中斷輸出端IQR 和89C51的外部中斷INT0接口相聯，R/W 接口與單片機89C51的RD/WR接口相 連；而DS12887白AS端口和單片機89C51的AIE端直接相聯。DS12887白SQW端 與單片機89C51的TO端相連。DS12887的高位地址由端口 P2. 7來片選，DS12887 的高8位地址設定為7FH,低8位由芯片內部各單元的地址來定。DS12887內部由振蕩電路，分頻電路，周期中斷/方波選擇電路，14字節時 鐘和控制單元，114?節用戶非易失R

17、AM,十進制/二進制累加器，總線接口電 路，電源開關寫保護單元和內部鋰電池等部分組成。DS12887引腳分配如圖所示：Vcc：直流電源+5V電壓。當5V電壓在正常范圍內時，數據可讀寫；當Vcc 低于4.25V,讀寫被禁止，計時功能仍繼續；當 Vcc下降到3V以下時，RAM和計 時器供電被切換到內部鋰電池。MOT （模式選擇）：MOT引腳接到Vcc時，選擇MOTOROLA時序，當接 到GND時，選擇Intel時序。SQW （方波信號輸出）：SQW引腳能從實時鐘內部15級分頻器的13個抽頭 中選擇一個作為輸出信號，其輸出頻率可通過對寄存器A編程改變。AD0-AD7 （雙向地址/數據復用線）：總線接

18、口，可與Motorola微機系列和NCADOAD1AD3AD4AD5123456 7 89432109 8 7 62-222211 1 1vccNCNCNC0 12H .1 1Intel微機系列接口。AS （地址選通輸入）：用于實現信號分離， 在AD/ALE的下降沿把地址鎖入DS12887。DS （數據選通或讀輸入）：DS/RD引腳有 兩種操作模式，取決于 MOT引腳的電平，當 使用Motorola時序時，DS是一正脈沖，出現 在總線周期的后段，稱為數據選通；在讀周期， DS指示DS12887驅動雙向總線的時刻；在寫周 期，DS的后沿使DS12887鎖存寫數據。選擇Intel時序時，DS稱作（

19、RD）, RD與典型存貯器的允許信號（OE）的定義相同。R/W （讀/寫輸入）：R/W引腳也有兩種操作模式。選Motorola時序時，R/W 是低電平信號時，指示當前周期是讀或寫周期， DS為高電平時，R/W高電平指 示讀周期，R/W信號一低電平信號，稱為 WR。在此模式下，R/W引腳與通用RAM的寫允許信號（WE）的含義相同。CS （片選輸入）：在訪問DS12887勺總線周期內，片選信號必須保持為低。IRQ （中斷申請輸入）：低電平有效，可作微處理的中斷輸入。沒有中斷的 條件滿足時，IRQ處于高阻態。IRQ線是漏極開路輸入，要求外接上接電阻。RESET （復位輸出）：當該腳保持低電平時間大于

20、200ms,保證DS12887W 效復位。3.5 鍵盤電路鍵盤在由單片機控制的窗簾自動控制系統中的主要作用是通過按鍵向單片機輸入指令，其中主要包括設定時間，控制窗簾的開關等等功能，是人工控制單片機的主要手段。在窗簾控制系統設計中的鍵盤采用的是4季矩陣鍵盤。這16個按鍵分別為：設定鍵主要是用來設定自動窗簾打開或者關閉的時間；0-9數字鍵，其作用主要是用于設定時間；復位鍵主要應用在程序出錯以及誤操作 的時候使單片機復位，從而重新設定；反轉鍵是使步進電機反轉，控制窗簾關 閉；正轉鍵是使步進電機正轉，從而控制窗簾打開；停止鍵可以控制步進電機 停止工作，窗簾控制器停止運行；確定鍵主要是用于在時間設定完成

21、后的確定 輸入。由于按鍵比較多，單獨設置按鍵會增加總體設計的復雜性，而且為了減少所占用的端口，可以將按鍵組成一個矩陣，如圖 3.5所示圖3.5鍵盤接口電路3.6 顯示電路顯示電路主要是用于顯示時間。采用LED數碼管進行顯示是因為LE國碼管 具有以下幾個優點：（1）能在低電壓、小電流條件下驅動發光，能與 CMOS ITL 電路兼容。（2）發光響應時間極短（0.1 ps）,高頻特性好，單色性好，亮度高。 體積小，重量輕，抗沖擊性能好。數碼管有共陰極和共陽極兩種類型，其公共端主要進行位控制，筆畫端則 是進行字符控制，數碼管有靜態顯示和動態顯示兩種方法，說明如下：（1）靜態顯示驅動：靜態驅動也稱直流驅

22、動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個 單片機的I/O進行驅動，或者使用如 BCM二一十進位器進行驅動。靜態驅動 的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5X8 = 40根I/O來驅動，要知道一個89C51單片機可用的I/O才32 個。故實際應用時必須增加驅動器進行驅動，增加了硬體電路的復雜性。(2)動態顯示驅動：數碼管動態顯示是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a、b、c、d、e、f、g、dp "的同名端連在一起， 另外為每個數碼管的公共極 COMt曾加位元選通控制電路，位元選通由

23、各自獨立 的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼， 但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形， 沒有選通的數碼管就不會亮。透過分時輪流控制各個LED數碼管的CO郵，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位元數 碼管的點亮時間為12m§由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應， 盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象 就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣 的，能夠節省大量的

24、I/O 口，而且功耗更低。本設計采用的是4位LED數碼管的串行驅動電路來達到顯示的目的。驅動 器采用74LS164,由單片機89C51的P3.0和P3.1來控制LED數碼管的顯示。顯 示電路圖如3.6所示。圖3.6 顯示電路74LS164是8位串行輸入，并行輸出的移位寄存器。具引腳及各個引腳的 作用如下圖3.7所示：符號引腳說明7DSA1數據輸入DSA Q_Y Vrc八-ccDSB1數據輸入DSB叵回Q：Q0Q336輸出胡團W QCGND7地(0 V)Qi T 164司 Q5CP8時鐘輸入(低電平到高電平邊沿觸發)Q2L1/MR9中央復位輸入(低電平功效)8叵T-1Q4Q71013輸出GND

25、TT cp_VCC14正電源圖 3.7 74LS164引腳及說明3.7 A/D轉換電路A/D轉換的作用是進行模數轉換，把接收到的模擬信號轉換成數字信號輸 出。在選擇A/D轉換時，先要確定A/D轉換精度、轉換速度以及轉換位數等， A/D轉換的位數確定與整個測量控制系統所需測量控制的范圍和精度有關，在 自定窗簾控制系統中采用了 8位A/D轉換器ADC0809。ADC0809是美國國家半導體公司生產的 CMOS工藝8通道，8位逐次逼近 式A/D轉換器。8路模擬信號的分時采集，片內有 8路模擬選通開關，以及相 應的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉換時間為100H左右。STARTEOC%一0ECLOCKv&

26、#171;ft+)一GND 1,3 b叫1&%:i6McoeogAH山y我/ L &DBDC INININAP加勤ALE一4 刁 一 % 一% J. 一 RADC0809的主要特性有：(1) 8路輸入通道，8位A/D轉換器， 即分辨率為8位。(2)具有轉換起停控制端。(3)轉換時間為100仙s時鐘為640kHz 時)，130小(時鐘為500kHz時)(4)模擬輸入電壓范圍0+5V,不 需零點和滿刻度校準。(5)工作溫度范圍為-40+85攝氏度(6)低功耗，約15mW0ADC0809與單片機89C51的連接示意圖如圖3.8所示，其中74LS373為鎖 存器，當三態允許控制端 OE

27、為低電平時，O0-O7為正常邏輯狀態，可用來驅 動負載或總線。當OE為高電平時，O0-O7呈高阻態，即不驅動總線，也不為 總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。AU374AL S0213P2.44RDWR 24AL S02,P10P00,P11P01,P12P02,P13P03,P14P04.P15P05.P16P06 P17P07INT1P20INT0P21P22AT 89C51-T1P23, T0P24P25.Ea/vpP26P27I X1X2 RESETRXDTXDRDAL E廣WRPSENU1P13-4P16 7P17 8311918RET 9RD 1730 AL EP10 1P

28、12 3P11 210 RXD11 TXDWR 1615T0 14INT113 中-10P14 5P15-6U2INT173814371536835.1834419332032212122 P211823 P2224 P23172514261327828 P277433917'CLOCK,START,ENABL Eref(+)ref(-),AL EIN-7,ADD-C,ADD-BIN-6,ADD-AADC0809IN-5,EOCIN-4,lsb2-8,2-7,2-6IN-3,2-5IN-2,2-4, 2-3IN-1.2-2IN-06922AL E 10C 23A 25B 24"

29、;6VCgN54321282726 IN012_TGND,D7Q7,D6Q6D5Q5D4Q4D3Q3 D2Q2 D1Q1D0Q0OELEU474AL S37311119161512圖3.8 ADC0809與單片機連接示意圖3.8 光敏傳感器電動窗簾要根據光照的情況而自動開關窗簾，因而需要使用到光電傳感器。 這里使用光敏電阻。光敏電阻是用光電導體制成的光電器件，又稱光導管，他 是基于半導體光電效應工作的。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使 用時可以加直流偏壓，也可以加交流電壓。當無光照時，光敏電阻值（暗電阻） 很大，電路中電流很小。當光敏電阻受到一定波長范圍的光照時，它的阻值急 劇減少，因

30、此電路中電流迅速增加。光敏電阻具有很高的靈敏度，很好的光譜 特性，光譜響應從紫外區一直到紅外區。而且體積小、重量輕、性能穩定。因 此在自動化技術中得到廣泛的應用。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制 和光電轉換（將光的變化轉換為電的變化）。通常，光敏電阻器都制成薄片結構, 以便吸收更多的光能。當它受到光的照射時，半導體片（光敏層）內就激發出電子一空穴對，參與導電，使電路中電流增強。根據光敏電阻的光譜特性，可分為三種光敏電阻器：紫外光敏電阻器：對紫外線較靈敏，包括硫化鎘、硒化鎘光敏電阻器等，用于 探測紫外線。紅外光敏電阻器：主要有硫化鉛、硫化鉛、硒化鉛。睇化鈿等光敏電阻器， 廣泛用于導彈制導、天

31、文探測、非接觸測量、人體病變探測、紅外光譜，紅外 通信等國防、科學研究和工農業生產中?？梢姽夤饷綦娮杵鳎喊ㄎ?、硫化鎘、硒化鎘、硫化鎘、神化錢、硅、錯、 硫化鋅光敏電阻器等。主要用于各種光電控制系統，如光電自動開關門戶，航 標燈、路燈和其他照明系統的自動亮滅，自動給水和自動停水裝置，機械上的 自動保護裝置和“位置檢測器”，極薄零件的厚度檢測器，照相機自動曝光裝置， 光電計數器，煙霧報警器，光電跟蹤系統等方面。這里選用 3系列的GL3526 其亮電阻在1020KQ，暗電阻為1MQ .阻電敏光圖3.9光敏傳感器在模擬信號采集過程中，難免會碰到采集信號過于微弱，難以接收到，此時必須采用一個信號放大電

32、路對信號進行一定倍數的放大才能滿足A/D轉換器對輸入信號電平的要求，并且放大器還不能產生干擾信號，因此必須選擇一種 符合要求的放大器。止匕外，進行信號采集時，采集到的信號不僅是有用的信號， 還有很多干擾信號，應該選用具有頻率選擇作用的濾波器，這樣可以比較有效第16頁共29頁中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設計地濾除噪聲和分離各種不同信號，在本設計中采用了低通濾波器。積分運算電路具有低通特性，而通帶放大倍數取決于電阻組成的負反饋網 絡，故在積分運算電路中電容上并聯一個電阻，得到反相輸入一階低通濾波電 路，該電路具有放大和濾波功能。3.9 步進電機步進電機為一種數字伺服執行元件，具有結構簡單

33、、運行可靠、控制方便、 控制性能好等優點，廣泛應用在數控機床、機器人、自動化儀表等領域。為了 實現步進電機的簡易運動控制，一般以單片機作為控制系統的微處理器，通過 步進電機專用驅動芯片實現步進電機的速度和位置定位控制。單片機在本次試驗中對步進電機的控制從而達到對轉角和位移的控制的 方法。本次設計采用兩個型號為130Hz308-450的三相反應式步進電機對旋轉角 度和位移進行控制，該步進電機力矩大、耐負載沖擊、精度高。其步距角為1.2。，即£=1.2。，即本次設計的測控系統對回轉臺轉角的控制精度可以達到1.2。步進電機的驅動電路是根據控制信號工作的。而本次測 控系統是以單片機位控制中心

34、的，下面將介紹步進電機控制系統。步進電機控制系統主要由脈沖分配器，功率驅動電路，步進電機幾部分構 成的。步進電機控制系統的方框圖如圖 3.10所示：脈沖信號圖3.10步進電機控制系統方框圖單片機輸出步進脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的 通斷。本設計由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡化，成本下降，而且可 根據應用系統的需要，靈活地改變步進電機的控制方案。軟件控制脈沖將在軟 件設計部分說明。如圖3.11所示，是步進電機控制系統的電路圖。步進電機功率驅動電路工作在較大脈沖電流狀態， 采用光電耦合器將單片機 與步機電機隔離可以避免單片機與步進電機功率回路的共地干擾，防止強功率第17

35、頁共29頁中北大學信息商務學院計算機控制技術課程設計第28頁共29頁的干擾信號反串進主控系統。止匕外，萬一驅動電路發生故障，也不致讓功放中較高的電壓串入單片機而使其損壞V CCTR 181 kP2 1P11 0KN PNP5 211 kP2 2P2G和 R 19 f0p-Q2DP5 21V CCTN PNG NDR 201kP2 31 0KQ3DP3P5 21V CCTN PNG NDG ND圖3.11步進電機控制系統電路圖步進電機的驅動電路有很多種，但最為常見的就是用單電壓驅動，雙電壓 驅動，斬波驅動，細分驅動等。但電壓驅動是步進電機控制中最為簡單的一種 驅動電路，它在本質上是一個單間的反相

36、器。它最大的特點是結構簡單，工作 效率低。而且它的外接電阻要消耗相當一部分能量，這樣會影響電路的穩定性。 雙電壓驅動電路是采用兩種電源電壓，缺點在于在高低電壓連接處電流出現谷 點，這樣必然引起力矩在谷點處下降，不易于電機的正常運行。對于斬波驅動 則可以克服這種缺點，并且還可以提高步進電機的效率。從提高效率的角度來 看這是一個很好的驅動電路，它可以用較高的電源電壓，同時無需外接電阻來 限定額定電流和減少時間常數。但由于其波形頂部呈現鋸齒形波動，所以產生 較大的電磁噪聲。細分驅動是用脈沖電壓來供電的，對于一個電壓脈沖，轉子 就可以轉動一步。本設計采用的是恒頻脈寬調制細分驅動電路。4系統軟件設計系統

37、軟件設計主要包括顯示子程序，鍵盤子程序，時鐘程序，步進電機控 制程序設計及部分構成。本章節系統的介紹了電動窗簾的主程序和各主要功能 子程序的設計流程，具體的程序代碼見附錄。4.1 主程序軟件設計主程序構成無限循環，主要完成單片機初始化，關中斷，菜單顯示內容初 始化，按鍵掃描，電機運行，計時等功能。主程序的流程圖如圖4.1所示。開始圖4.1主程序流程圖主程序流程說明：電路主要分為以下幾個部分，分別是電源部分、顯示部分、按鍵部分、步進 電機控制部分、AD轉換部分、單片機主控器件部分，各部分具有不同的子程 序。主程序的作用主要是先初始化寄存器以及顯示內容；然后查詢按鍵操作， 并且對按鍵進行分析以及處

38、理，通過分析處理，對于設定鍵，則設定時間，到 了設定的時間后步進電機工作。對于控制鍵，執行窗簾開閉的工作。如果經過 分析后都不是，采取復位的操作。4.2 鍵盤程序設計有按鍵閉合？11Y廠：調用顯示子程序延時 12ms一一 一U有按鍵閉合嗎？ fY鍵碼分析執行對應功 能并顯示結束 ,N調用顯示子程序延時6msAN圖4,2鍵盤程序流程圖開始在操作按鍵時，無論是按下還是松開，觸點在閉合和斷開時均會產生抖動， 此時邏輯電平是不穩的，如果得不到正確處理，可能會引起單片機對按鍵命令 的錯誤執行。解決這個問題的簡單方法是利用軟件延時。在單片機處理按鍵操 作后都延時5ms,如果確定是按鍵后再延時12ms,這樣

39、基本可以避免鍵盤的抖 動。然后由單片機進行鍵碼分析，并執行相應的命令，顯示并且返回。圖 4.2是 鍵盤程序設計流程圖。按鍵設置采用了掃描法，要判斷鍵盤中有無鍵按下時將全部行線Y0-Y3置低電平，列線置高電平，然后檢測列線的狀態。只要有一列的電平為低，則表 示鍵盤中有鍵被按下，而且閉合的鍵位于低電平線與4根行線相交叉的4個按鍵之中。若所有列線均為高電平，則鍵盤中無鍵按下。判斷閉合鍵所在的位置時，在確認有鍵按下后，即可進入確定具體閉合鍵 的過程。其方法是：依次將行線置為低電平，即在置某根行線為低電平時，其 它線為高電平。在確定某根行線位置為低電平后，再逐行檢測各列線的電平狀 態。若某列為低，則該列

40、線與置為低電平的行線交叉處的按鍵就是閉合的按鍵。 例如將單片機的P1 口用作鍵盤I/O 口，鍵盤的列線接到 P1 口的低4位，鍵盤 的行線接到P1 口的高4位。列線P1.0-P1.3分別接有4個上拉電阻到正電源+5V, 并把列線P1.0-P1.3設置為輸入線，行線P1.4-P.17設置為輸出線。4根行線和4 根列線形成16個相交點，這些交點即為鍵盤按鍵。在單片機應用系統設計中，系統有兩性能很大一部分取決于鍵盤處理程序。 在按鍵時按得快了沒有反應，按慢了一連響應幾次，總給人遲鈍感，不能使人 滿意。在該設計中用以下思路設計的鍵處理程序。首先要判斷有沒有鍵值，若有鍵值，再判斷是否為首次按下：（1）若

41、首次按下：判斷是否與上次按下的鍵值相同a.若相同再判斷：是否已經按下了 300ms?1） .若已經按下300ms則將此鍵做為連鍵處理。2）若不是連鍵則判斷：是否按下 20ms?1>.若確認按下20ms,得到有效鍵值等待彈起2>.若不是按下20ms直接結束處理（ret）。b.若不相同則將標志清零結束處理（ret）。（2）若不是首次按下：將鍵值暫存起來，標志置位結束處理。如果無鍵值，則判斷是否有鍵值已被確認（1）若有鍵已被確認：判斷按鍵是否首次抬起a若首次抬起：判斷抬起延時時間（20ms）是否到達1>.若延時到則將標志處理結束處理。2>.若延時未到直接結束處理（ret） b

42、若非首次抬起：直接結束處理（ret）。（2）若沒有鍵被確認：直接結束處理（ret）。4.3 定時程序設計定時程序的主要作用是在用戶設定的時間后能夠使單片機收到一個中斷信號，從而發出相應的指令，控制窗簾的開關。時鐘芯片發出 50ms的信號給單片 機后，計數器開始工作，計數器記到 20,則時間即為1秒，秒單元加1,當秒 單元計數到60,分單元加1,此時秒單元清零。當時單元計數到 24,時單元消 零。圖4.3是定時程序流程圖?，F場保護，重置初值50ms ,計數器加計數器值二20?秒單元加1,50ms計數器清零秒單元=60?Y分單元加1,秒單元清零N' 分單元=60 ?Y時單元加1 ,秒單元清

43、零時單元=24 ?圖4.3定時程序流程圖4.4 步進電機程序設計步進電機是操控窗簾開閉的主要執行器件，其設計主要是按照單片機指令以及按鍵指令進行正轉或者反轉。圖 4.4是步進電機程序流程圖開始正轉指令?輸出正轉脈沖輸出反轉脈沖圖4.4步進電機程序流程圖步進電機程序設計的主要任務是：(1)判斷旋轉方向；(2)按順序傳送控制脈沖；(3)判斷所要求的控制步數是否傳送完畢。對于三相單三拍的設計，其控制方式模型如下：步序控制位工作狀態控制模型P.7P.6P.5P.4P.3P.2C相P.1B相P.0A相100000001A01H200000010B02H300000100C04H總之，只要按一定的順序改變

44、 P1.0P1.2三位通電的狀況，即可控制步進電機依選定的方向步進。而對于節拍比較多的控制程序，通常采用循環程序進 行設計。5總結經過一周的資料查找和設計，我已完成了計算機控制的課程設計。本文設 計了光感電動窗簾控制器的智能系統，介紹了電動窗簾控制器的硬件電路設計 到軟件設計的一系列步驟。本設計采用步進電機作為執行元件，以光敏電阻作 為檢測元件，89C51單片機作為控制芯片，輔助鍵盤和顯示，實現了電動窗簾 控制器的多項智能項目?？v觀整個設計系統，單片機使用了常用的 AT89C51單片機，從而使整個控 制芯片了如指掌。熟悉的控制芯片設計起來也是得心應手。所用芯片簡單實用， 減少了開發和硬件開銷。

45、傳感器部分使用光敏電阻，可以持續性的檢測外界光 強變化，通過電橋電路后的信號進入比較器，可以得出一個信號，此信號經過 放大，A/D轉換后進入單片機，通過單片機的脈沖信號進而控制步進電機的運 行。本設計的步進電機可以很好的執行單片機的命令。步進電機為一種數字伺 服執行元件，具有結構簡單、運行可靠、控制方便、控制性能好等優點。使得 窗簾的開關更加的準確，穩定。設計的時鐘電路配合單片機的定時功能，加上 光電傳感器的檢測光強很好的解決了自動控制這項功能。同時，由于設計的時間和能力有限，還有許多功能和技術沒有充分研究， 可能存在不合理的地方。其次，顯示功能中還沒有顯示電動窗簾控制器的工作 方式?？刂破鞴潭ǎ瑳]有藍牙和紅外控制功能。但是，一個完整的課程設計過 程，讓我掌握了單片機系統和電子操作軟件等方面的知識，尤其是熟悉了用 protel畫電路原理圖和用visio畫程序流程圖。這使我在動手能力方面有很大的 提升，也給今后更成功、完善的設計打下堅實的基礎。參考文獻1 楊家成.單片機原理與應用及C51程序設計.北京：清華大學出版社，20072 夏路易 石宗義.Protel 99se電路原理圖與電路板設計教程.北京：北京希望電子出版社，20043 朱玉璽.計算機控制技術.北京：電子