1、郑州科技学院专科毕业设计（论文）题 目 _ 简易智能电动车设计 学生姓名 0.0 专业班级 08 应用电子技术三班 学 号 所 在 系 电子工程系 指导教师 完成时间 2010 年 3 月 28 日 简易智能电动车设计I简易智能电动车设计摘要随着微电子和计算机技术的发展，电动车的需求量与日俱增，它广泛消费类产品。电动车中的步进电机是主要的部分，步进电机广泛用于数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究电动车的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。本设计是采用 AT89C51 单片机对步进电机的控制，通过 IO 口输出的时序方波作为智能
2、电动车的控制，并用四个按键开关来控制电动车的正转、反转、加速、减速。系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括 AT89C51 单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动模块四个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。本软件设计包括键盘控制、步进电机 L298N及转速控制喜好采集模块程序，最终实现对电动车的转动方向及速度的控制。本软件通过 protel DXP 绘制原理图及伟福软件编写程序。本设计具有智能性、使用性及可靠性的特点。关键词 步进电机/单片机/驱动模块/键盘控制模块基于 3G 网络的移动设备定位技术研究IISimple intelligent
3、electric car designABSTRACTWith microelectronics and computer technology development, the increasing demand of electric, its extensive consumer products. The stepping motor electric car is the main part, stepping motor is widely used for nc machine tools, industrial robots, medical equipment and oth
4、er mechanical and electrical products, its in various national economic domain has applications. Research of electric control system, to improve the control precision and response speed, energy saving etc all have important significance.This design is AT89C51 microcontroller of stepping motor contro
5、l, through the mouth of temporal pulse output IO as intelligent electric control, and four button switches to control of electric are turning, inversion, accelerate, slowing down. System consists of hardware design and software design two parts. Among them, the hardware design including the AT89C51
6、minimal systems, power supply module, keyboard control module, stepping motor driver module four function module design, as well as various modules in the circuit and achieve organic combination of. This software design including keyboard control, stepping motor L298N and speed control preferences a
7、cquisition module program for an electric vehicle, and finally achieve the rotation of the direction and speed control. This software through drawing principle diagram and DXP protel weifu software programming. This design has aptitude, practicability and reliability characteristic.KEY WORDS Steppin
8、g motor/SCM/driver modules/keyboard control module简易智能电动车设计I目 录摘要 .Abstract .1 引言.11.1 课题研究背景 11.2 设计目的及系统功能12 控制系统硬件分析与设计.32.1 步进电机32.1.1 步进电机的概述32.1.2 步进电机的特性32.1.3 步进电机的总类42.1.4 永磁步进电机的控制原理42.2 步进电机控制系统的组成62.2.1 单片机最小控制系统62.2.2 键盘控制电路72.2.3 步进电机 L298N 驱动电路.83 控制系统软件分析与设计103.1 程序设计前期准备.103.1.1 程序设
9、计平台.103.1.2 程序设计思路.113.2 程序流程图.113.2.1 主程序流程图.113.2.2 读键盘子程序流程图.123.2.3 键盘处理子程序流程图.133.2.4 步进电机控制中断程序流程图.143.3 元器件清单.15基于 3G 网络的移动设备定位技术研究II4 步进电机驱动电路分析与设计164.1 步进电机的工作原理.164.2 调速原理.165 单片机电路的连接与设计.175.1 AT89C51 单片机的时钟电路.175.2 AT89C51 单片机的复位电路.195.3 AT89C51 的引脚及功能.206 调试与改进216.1 调试与改进.216.2 运行结果.227
10、 总结22致谢23参考文献23（附录）23附录一：设计作品图片附录二：设计作品 PCB 图附录三：设计作品程序（单片机控制）附录四：设计作品元件清单元件清单改成：附录一（写到目录的后面）简易智能电动车设计11 引言1.1 课题研究背景当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，
11、它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机） 、工业控制（数控机床、工业机器人） 、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控
12、制核心采用 C51 芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以通过步进电机实现对电动车的转向及速度进行控制。1.2 设计目的及系统功能本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用 AT89C51 作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制。1 引言 工程硕士学位论文2AT89C51键盘控制模块电机驱动模块步进电机电源模块（写在图片的上方，且和前段空一行，五号字体）下面的所有图片、表格筠这样设计的步进电机控制系统应具有以下功能：1. 步进电机的启停控制2步进电机
13、的正反转控制3. 步进电机的加速控制4. 步进电机的减速控制段落开头与大标题一样 1 引言简易智能电动车设计32 控制系统硬件分析与设计2.1 步进电机2.1.1 步进电机概述步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它实际上是一种单相或多相同步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进电动机，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）
14、。正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。2.1.2 步进电机的特性步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅长处理的数据类型。从 20 世纪 80 年代开始开发出了专用的 IC 驱动电路，今天，在打印机、磁盘器等的 OA 装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的组成部分之一。总体上说，步进电机有如下优点：1不需要反馈，控制简单。2与微机的连接、速度控制（启停和反转）及驱动电路的设计比较简单。3
15、没有角累积误差。4停止时也可保持转距。5没有转向器等机械部分，不需要保养，故造价较低。6即使没有传感器，也能精确定位。7根椐给定的脉冲周期，能够以任意速度转动。但是，这种电机也有自身的缺点：1难以获得较大的转矩2.不宜用作高速转动1 引言 工程硕士学位论文43在体积重量方面没有优势，能源利用率低。4超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。2.1.3 步进电机的种类表 2-1 步进电机分类类别 结构 步距 力矩 动态性能反应式步进电动机（VR）采用高导磁材料构成齿状转子和定子 小 小 较差永磁式步进电动机（PM）转子采用多磁极圆筒形的永磁铁，其外侧配置齿状定子吸引和排斥力产生转动大 大
16、 好混合步进电动机（HB）这是 PM 和 VR 的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则为齿状的突起结构小 大 好2.1.4 永磁步进电机的控制原理计以常用的永磁式步进电机为例，用单片机控制步进电机。图 2-1 是 CZ-2801型永磁步进电机的外形图，图 2-2 是该电机的接线图。图 2-2 CZ-2801 型永磁步进电机外形图 图 2-3 CZ-2801 型永磁步进电机接线图从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这简易智能电动车设计5样一共有 5 根引出线。要使用步进电机转动，只要轮流给各引出端通电即可。将 COM 端标识为 C，只要 AC、BC 或/A
17、C、/BC，轮流加电就能驱动步进电机运转，加电的方式可以有多种，如果将 COM 端接正电源，那么只要用开关元件（如三极管） ，将 A、B 或/A、/B 轮流接地。不难设计出控制电路，因其工作电压为 12V，因此用一块开路输出达林顿驱动器（这里用 ULN2003，关于 ULN2003 将在后面介绍）作为驱动，通过 P1.0、 P1.3来控制各线圈的接通与切断。开机时，P1.0、 P1.3 均为高电平，依次将 P1.0、 P1.2 （或 P1.1、 P1.3 反向）切换为低电平即可驱动步进电机运行。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间。改变转速，只要改变 P1.0、 P1.2 （或
18、P1.1、 P1.3 反向）轮流变低电平的时间即可达到要求，因为不会影响到其他功能的实现，这个时间可以用延时来实现， 。这里以定时的方式来实现。下面首先计算一下定时时间。 按要求，最低转速为 20 转 /分，而上述步进电机的步距角为 7.5，即每 48 个脉冲为 1 周，即在最低转速时，要求为 960 脉冲/分，相当于 62.5ms/脉冲。而在最高转速时，要求为 100 转/分，即 48000 脉冲/分，相当于 12.5ms/脉冲。可以列出下表：表 2-4 步进电机转速与定时器定时常数关系 表 2-3 2-4 呢？转速 单步时间(ms) TH0 TL020 62.5 1F 021 59. 29
19、 B622 56. 33 7423 54. 3C 5924 52. 44 8025 50 4C 026 48. 52 EC27 46. 59 5528 44. 5F 49 93 13. CF 9C94 13. D0 2095 13. D0 A196 13. D1 2097 12. D1 9B98 12. D2 1499 12. D2 8B100 12.5 D3 0表中不仅计算出了 TH0 和 TL0，而且还计算出了在这个定时常数下，真实的定1 引言 工程硕士学位论文6时时间，可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。 表中 TH0 和TL0 是根据定时时间算出来的定时初值，这里用到的
20、晶振是 12.000M。有了上述表格，程序就不难实现了，使用定时/计数器 T0 为定时器，定时时间到后切换输出脚即可。2.2 步进电机控制的系统组成步进电机控制系统的组成共分为四个模块：AT89C51 单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动模块。1.单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。2.键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的P2.0、p2.1、p2.2、p2.3 分别相连，实现对电动车的控制。3
21、.电源模块是通过将市电 220V 转变为直流 12V 和直流 5V 分别供给驱动模块和单片机模块。4.步进电机的驱动模块采用 L298N 驱动为步进电机提供脉冲信号，驱动步进电机的转动。该模块与单片机的 p1.0p1.3 相连。2.2.1 单片机最小控制系统近年，由于 CHMOS 技术的进步，大大地促进了单片机的 CMOS 化。CMOS 芯片除了低功耗特性之外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态。这也是今后以 80C51 取代 8051 为标准 MCU 芯片的原因。因为单片机芯片多数是采用CMOS（金属栅氧化物）半导体工艺生产。CMOS 电路的特点是低功耗、高密度、低速度、
22、低价格。采用双极型半导体工艺的 TTL 电路速度快，但功耗和芯片面积较大。随着技术和工艺水平的提高，又出现了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工艺。CHMOS 和 HMOS 工艺的结合。目前生产的 CHMOS 电路已达到 LSTTL 的速度，传输延迟时间小于 2ns，它的综合优势已在于 TTL 电路。因而，在单片机领域 CMOS 正在逐渐取代 TTL 电路。单片机是通过内部总线把计算机的各主要部件接为一体，其内部总线包括地址总线、数据总线和控制总线。其中，地址总线的作用是在进行数据交换时提供地址，CPU通过它们将地址输出到存储器或 I/O 接口；数据总线的作用是在 CPU 与
23、存储器或I/O 接口之间，或存储器与外设之间交换数据；控制总线包括 CPU 发出的控制信号线和外部送入 CPU 的应答信号线等。考虑到经济和可靠性的要求，本设计中采用 AT89C51 单片机，它宏晶科技设计生产的单时钟/机器周期（1T）的单片机。是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代简易智能电动车设计78051 单片机。指令代码完全兼容传统 8051，但速度快 8-12 倍。AT89C51 单片机参数：工作电压：5.5V3.8V/3.3VFlash 程序存储器字节：4K定时器 T0、T1：有中断优先级：22. AT89C51 单片机优点：超低功耗超强抗干扰，超强抗静电输入输出口多，最多有 40 个
24、 I/O速度快，1 个时钟/机器周期，可用低频率晶振2.2.2 键盘控制电路键盘在单片机应用系统中能实现向单片机输入数据、传送命令等功能，是人工干预单片机的主要手段。键盘实质是一组按键开关的集合。键盘所用开关为机械弹性开关，利用了机械触点的合、断作用。一个电压信号在机械触点的断开、闭合过程中，都会产生抖动，一般为 510ms；两次抖动之间为稳定的闭合状态，时间由按键动作所决定；第一次抖动前和第二次抖动后为断开状态。按键的闭合与否，反映在输出电压上就是呈现出高电平或低电平。通过对输出电平的高低状态的检测，便可确认按键按下与否。在本设计中，高电平表示按键断开，低电平表示按键闭合状体。并且，为了能直
25、观形象的表示按键闭合与否，还为每个按键相应增加了发光二极管，按键断开时，发光二极管灭，当有键闭合时，相应的发光二极管变亮。为了确保单片机对一次按键动作只确认一次按键，必须消除抖动的影响。消除按键抖动通常采用硬件、软件两种方法。由于硬件消抖电路设计复杂，本设计中没有采用，在此不再详细叙述；软件消抖适合按键较多的情况，方便简单。其原理是在第一次检测到有键按下时，执行一段延时 10ms 的子程序后在确认该键电平是否仍保持闭合状态电平，如果保持闭合状态电平则确认为真正有键按下，从而消除了抖动的影响。其原理图如图 2-5 所示：1 引言 工程硕士学位论文8图 2-5 键盘控制模块原理图2.2.3 步进电
26、机 L298N 驱动电路L298N 是 SGS 公司的产品，内部包含 4 通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个 H 桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL逻辑电平信号，可驱动 46V、2A 以下的电机。其引脚排列如图 1 中 U4 所示，1 脚和 15 脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电机，OUTl、OUT2 和 OUT3、OUT4 之间分别接 2 个电动机。5、7、10、12 脚接输入控制电平，控制电机的正反转，ENA，ENB 接控制使能端，控简易智能电动车设计9制电机的停转。L298N 的引脚如图 2-6 所示：
27、图 2-6 L298N 引脚图L298N 的逻辑功能：ENA(B) Inl(IN3) IN2(IN4) 电机运行情况 H H L 正转 H L H 反转 H 同 IN2(IN4) 同 Inl(IN3) 快速停止 L 1 引言 工程硕士学位论文10X X 停止标注红色的修改一下啊啊啊啊啊啊图 2-7 步进电机驱动原理图3.1 控制系统软件分析与设计3.1.1 程序设计平台考虑到程序的易读性和简练，程序设计采用 C 语言。程序编辑平台采用 Keil。简易智能电动车设计11图 3-1 C+软件界面3.1.1 程序设计思路步进电机控制系统的软件需要同时完成读取键盘、处理键盘、控制步进电机转动、的任务，
28、这就必须通过中断技术来实现。在本设计中，主程序采用查询方式扫描键盘端口，检测按键动作是否发生，若有按键动作则处理键盘，根据按键值修改相应参数值，实现键盘的实时处理功能。定时器 0 中断服务程序控制步进电机的转动：根据当前显示的速度进行键盘手动改变 T0 定时时间常数，设置 TH0 和 TL0 的值，达到对转速精确控制的目的；根据转动方向控制位的值，控制脉冲信号循环移动的方向，达到对转动方向控制的目的。说明如下：1.单片机接受键盘信息，改变系统内部变量值。2.单片机输出脉冲信号，控制步进电机转动。3.2 程序流程图3.2.1 主程序流程图1 引言 工程硕士学位论文12步进电机控制系统的主程序在对
29、整个系统初始化后主要完成读键盘和处理键盘的功能，如图 3-2 所示：图 3-2 步进电机控制系统主程序流程图系统上电复位后，先调用初始化子程序，对步进电机各端口，相关参数进行初始化，设置 T0 工作方式控制时间常数。初始化完成后，步进电机处于停止状态，T0定时器处于关闭状态。然后循环调用读键盘子程序和键盘处理子程序，等待中断，以便实现步进电机转动控制。3.2.2 读键盘子程序流程图首先初始化实际键值参数为 0FH，然后扫描 P2 口，与初始值比较，相等则说明没有键按下，不相等则软件消抖，以便确认是否真的有键按下。延时 10ms 后再次扫描 P2 口，第二次与初始值比较，若相等则表明前一次比较不
30、相等是由抖动产生；如果相等则表明确实有键按下。执行键盘之程序里的指令，将相应的变量值改变，为键盘处理子程序做准备。简易智能电动车设计13启动否是否有键按下处理键盘子程序是图 3-3 扫描键盘字程序流程图3.2.3 键盘处理子程序流程图按键处理子程序流程图如图 3-4 所示：1 引言 工程硕士学位论文14初始化变量开始P2.3 是否按下P2.2 是否按下P2.0 是否按下P2.1 是否按下退出TR0 取反，通过启停 T0 启停步进电机取反方向控制为，改变电机转动方向修改速度参数值，减速修改速度参数值，加速是是是是图 3-4 键盘处理子程序流程图3.2.3 步进电机控制中断程序流程图定时器中断 0
31、 服务程序流程图如图 3-5 所示：简易智能电动车设计15图 3-5 定时器中断 0 服务程序流程图定时器中断 0 服务程序的中断时间由当前的转速决定。进入中断程序后，首先要保护现场，再根据当前值设置 TH0 和 TL0 的值。然后判断转动方向控制位的值，如果是 0 则控制脉冲信号 P1.0、P1.2 输出，如果是 1 则控制脉冲信号 P1.1、P1.3输出。最后恢复现场，返回，等待下次中断。通过用当前转速控制中断时间，控制了脉冲的输出频率，也就到达了控制步进电机转动速度的目的；通过检测方向控制位的电平，选择脉冲信号 P1.0、P1.2 与P1.1、P1.3 间的切换，控制了步进电机各引出端的
32、接通顺序，也就到实现了步进电机转动方向的控制。各模块控制的详细程序附于最后。3.3 元器件清单1.PCB 空版 1 块；2.L298N 芯片 1 片3.散热片 1 个；4.2.54 单排针 14 针；5.短路冒 4 个；6.LED4 个；7.16 脚 IC 座 1 个；8.TLP521-4 光耦 1 个；1 引言 工程硕士学位论文169.10 脚 330 欧排阻 1 个；10.LM7805 三段稳压器 1 片；11.100UF 电解电容 2 个；12.2W0.5 欧电阻 2 个；13.HT3.96-2 座 3 套；14.IN4007 二极管 8 个；15.104 瓷片电容 4 个；16.AT8
33、9C51 单片机 1 个；17.单片机座 1 个；18.按键开关 3 个；19.步进电机 1 个简易智能电动车设计174 步进电机驱动电路分析与设计4.1 步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。4.2 步进电机的调速原理一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输
34、入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。 在电动机定子上有 A、B 、C 三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为 A 相、B 相和 C 相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当 A、B、C 三个磁极的线圈依次轮流通电，则 A、 B、C 三对磁极就依次轮流产生磁场吸
35、引转子转动。 下图为步进电机的结构图：图 4-1 步进电机内部结构图1 引言 工程硕士学位论文185 单片机的连接与设计5.1 AT89C51 单片机的时钟电路单片机工作时，从取指令到译码再进行微操作，必须在时钟电路信号控制下才能有序地工作。单片机的时钟电路信号通常有两种产生方式：一是内部时钟方式，二是外部时钟方式。内部时钟方式的硬件电路如图所示。在 XTAL1 和 XTAL2 引脚接上一个晶振，在晶振上加上两个稳定的 C1 和 C2，其典型值为 30pF。晶振频率典型值为6MHz、11.0592MHz。 外部时钟方式的硬件电路如图所示。它一般适用于多片单片机同时工作时，使用同一时钟信号，以保
36、证单片机工作。30PFC1Cap30PFC2Cap12CYSXTAL P1.0/T2 1P1.1/T2EX 2P1.2/ECI 3P1.3/CEX0 4P1.4/CEX1 5P1.5/CEX2 6P1.6/CEX3 7P1.7/CEX4 8RST9P3.0/RxD10 P3.1/TxD11P3.2/INT012 P3.3/INT113P3.4/T014 P3.5/T115P3.6/WR16 P3.7/RD17XTAL218 XTAL119VSS20P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 2
37、7P2.7/A15 28PSEN29 ALE/PROG30 EA/VPP31P0.7/AD7 32P0.6/AD633P0.5/AD5 34P0.4/AD4 35P0.3/AD336P0.2/AD2 37P0.1/AD1 38P0.0/AD039VCC 40U?P80C51RA+JN图 5-1 80C51 内部时钟方式时钟信号：为了更好的理解单片机的工作时序，先介绍几个定义；晶振周期：振荡电路产生的脉冲信号的周期，是最小的时序单位，用 P 来表示。1，时钟周期：把 2 个晶振周期称为 S 状态，即时钟周期。通常包括两个节拍 P1和 P2。2，机器周期：把 12 个晶振周期称为机器周期，用 Tc
38、y 表示。简易智能电动车设计193，指令周期：执行指令所需要的时间，一般为 1 个机器周期或 2 个机器周期或 4个机器周期。如晶振频率我 12MHZ 时，机器周期为 1us。80C51 单片机时钟信号如图：图 5-2 单片机的时钟信号5.2 AT89C51 单片机的复位电路单片机在启动运行时，单片机内部各部件都有处于某一明确的状态，并从这个状态开始工作，有此单片机有一个复位引脚 RST。为了保证单片机进行可靠的复位，在 RST 引脚上必须加上 2 个机器周期以上的高电平。如晶振频率为 12MHZ 的单片机，复位信号高电平持续时间要超过 2us.在具体应用中，复位电路有两种基本方式：一种是上复
39、位电路；一种是按键与上复位。如图所示：1 引言 工程硕士学位论文2010KR?Res20.01uFC?Cap P1.0/T2 1P1.1/T2EX 2P1.2/ECI 3P1.3/CEX0 4P1.4/CEX1 5P1.5/CEX2 6P1.6/CEX3 7P1.7/CEX4 8RST9P3.0/RxD10 P3.1/TxD11P3.2/INT012 P3.3/INT113P3.4/T014 P3.5/T115P3.6/WR16 P3.7/RD17XTAL218 XTAL119VSS20P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P
40、2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28PSEN29 ALE/PROG30 EA/VPP31P0.7/AD7 32P0.6/AD633P0.5/AD5 34P0.4/AD4 35P0.3/AD336P0.2/AD2 37P0.1/AD1 38P0.0/AD039VCC 40U?P80C51RA+4N图 5-3 上复位电路P1.0/T2 1P1.1/T2EX 2P1.2/ECI 3P1.3/CEX0 4P1.4/CEX1 5P1.5/CEX2 6P1.6/CEX3 7P1.7/CEX4 8RST9P3.0/RxD10 P3.1/TxD11P3.2/INT012 P3.3/
41、INT113P3.4/T014 P3.5/T115P3.6/WR16 P3.7/RD17XTAL218 XTAL119VSS20P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28PSEN29 ALE/PROG30 EA/VPP31P0.7/AD7 32P0.6/AD633P0.5/AD5 34P0.4/AD4 35P0.3/AD336P0.2/AD2 37P0.1/AD1 38P0.0/AD039VCC 40U?P80C51RA+5N22uFC?Cap1KR2Res2S?S
42、W-SPST 1KR1Res2图 5-4 按键与上复位电路上复位电路中当晶振频率为 12MHZ 时，C1 的典型值为 10UF，R 为 1K；晶振频率为 6MHZ 时，C1 典型值为 22UF，R 为 1K。复位状态：单片机复位后，进入初始状态。简易智能电动车设计21初始化侯，其状态如下。1， 程序计数器 PC：0000H，即复位后单片机从 0000H 单元开始执行程序。一般在 0000H 单元存放一条转移指令，转移到主程序中。2， P0P3 口：FFH，即个 I/O 锁存器置 1，可以直接输入。3， 堆栈指针 SP：07H，即堆栈的栈顶地址为 07H 单元，007 单元为工作寄存器区，一般需
43、要堆栈时，将 SP 赋值，应超过 30H。4， 其余的 SFR：均为 00H。5， 片内 RAM：为随机赋值。5.3 AT89C51 单片机的引脚及功能51 系列单片机有 DIP、LCC 封装形式，在这里仅介绍总线型 DIP40 封装，其引脚排列和逻辑符号如图所示：P1.0/T2 1P1.1/T2EX 2P1.2/ECI 3P1.3/CEX0 4P1.4/CEX1 5P1.5/CEX2 6P1.6/CEX3 7P1.7/CEX4 8RST9P3.0/RxD10 P3.1/TxD11P3.2/INT012 P3.3/INT113P3.4/T014 P3.5/T115P3.6/WR16 P3.7/
44、RD17XTAL218 XTAL119VSS20P2.0/A8 21P2.1/A9 22P2.2/A10 23P2.3/A11 24P2.4/A12 25P2.5/A13 26P2.6/A14 27P2.7/A15 28PSEN29 ALE/PROG30 EA/VPP31P0.7/AD7 32P0.6/AD633P0.5/AD5 34P0.4/AD4 35P0.3/AD336P0.2/AD2 37P0.1/AD1 38P0.0/AD039VCC 40AT80C51图 5-5 单片机的引脚DIP 封装引脚功能如下：（1）电源及时钟引脚。1，VCC：接 5V 电源。2，VSS：接地。3，XTAL1
45、:外接晶振输入端（采用外部时钟时，此引脚接地） 。4，XTAL2：外接晶振输入端（采用外部时钟时，此引脚作为外部时钟信号输入端） 。（2）并行 I/O 接口引脚（32 个，分 4 个 8 位并行口） 。1 引言 工程硕士学位论文221，P0.0P0.7：通用 I/O 口引脚或数据/低 8 位地址总线复用引脚。2，P1.0P1.7：通用 I/O 口引脚。3, P2.0P2.7：通用 I/O 口引脚或高 8 位地址总线引脚。4，P3.0P3.7：一般 I/O 口引脚或第二功能引脚。（3）控制信号引脚。1，RET/Vpd：复位信号引脚/备用电源输入引脚。2，ALE/PROG:地址锁存信号引脚/编程脉
46、冲输入引脚。3，EA/VPP：内外程序存储器选择信号引脚/编程电压输入引脚。4，PSEN：外部程序存储选通信号输出引脚。6 调试与改进6.1 调试与改进在系统完成后测试系统，检查硬件和软件是否能够协调运行，并对系统出现的情况进行分析，看是否能够达到系统创作之初所设想的效果，如达不到则重新修改系统的硬件结构或者修改软件的程序部分，直到达到设计需要为止。本系统的设计思路为：首先从整体上划分出各功能模块，然后硬件和软件同时进行依次完成各个功能模块，最后将各个模块联系起来完成整个系统。在硬件调试的过程中，遇到了很多问题。主要有：1. 确定步进电机的使用方法，和控制模式。此处尤为重要，这是整个系统的基础
47、，也是确定软件是否能控制步进电机思路的开端。2.键盘设计完成后，在多次运行过程中发现按键是否按下难以直观准确判断，在此处进行改进设计，为每一个按键接上一个发光二极管，当有键按下时，相对应的发光二极管变亮，使得按键动作形象直观。并以此方法测试步进电机控制程序。3.向电源插座送入 12V 直流电源，测量 L298N 输出脚对地电压，是否为 5V 左右，这个电压的测量可以直接在 L298N 的 OUT 脚和 GND 之间完成。4. 单片机应用(电源)注意事项:在电源两端应该加一个 47uF 以上的电解电容和一个 0.1uF 的小电容，进行电源去藕滤波。软件测试的时候也有些问题，主要有：1.软件去抖方
48、式，和时间的控制。2.控制步进电机转动的程序段完成后，调试发现对步进电机速度的控制范围过小，查阅资料后发现设计思路不太合理，原先的设计思路是用主程序控制步进电机转动，采用延时方式控制步进电机速度，由定时器处理键盘；改进程序，主程序用来处理键盘，由定时器控制步进电机转动，步进电机转动速度由定时器定时时间决定。问题得到解决，不仅扩大了步进电机速度的控制范围，也使得单片机对步进电简易智能电动车设计23机速度的控制更加精确。6.2 运行结果连接好硬件电路，上电复位，程序开始运行。1此时电动车不转动，按下按键开关 1 时，电动车开始正转。2按下开关 2 时，电动车开始反转。3按下开关 3 时，电动车正转/反转时加速。4. 按下开关 4 时，电动车正转/反转时减速。5. 按下开关 5 时，电动车停止转动。7 总结经过老师耐心细致的指导，经过近一个月的努力，本次毕业设计课题简易智能电动车的设计告一段落。简易智能电动车主要分为硬件设计和软件设计两个部分：硬件设计主要是把单片机最小系统、键盘控制模块、步进电机驱动模块，各个硬件功能模块及其它元件合理搭配并连接起来使其能够为软件运行提供一个硬件平台。软件设计主要是通过编写程序代码，
