单片机课程设计

《单片机原理及应用》课程设计。

学院：物联网工程学院

班级。姓名。

学号。指导老师。

成绩。目录。

一、设计目的3

二、设计要求3

三、仪器设备3

四、硬件线路图及主要芯片说明4

1、硬件线路图4

2、stc89c525

3、uln20035

五、系统工作原理6

1、单片机最小系统6

2、步进电机工作原理7

3、led数码管显示原理8

4 、按键工作原理9

六、程序框图10

七、程序清单10

八、设计体会13

一、设计目的。

通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程调试方法与技巧，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。

二、设计要求。

1）电机转速可以平稳控制；

2）通过键盘和显示器可以设置电机的转速；

3）显示电机的速度趋势；

4）可以用实验板搭建系统。

三、仪器设备。

四、硬件线路图及主要芯片说明。

1、硬件线路图。

2、stc89c52

stc89c52是stc公司生产的一种低功耗、高性能cmos8位微控制器， stc89c52使用经典的mcs-51内核。在单芯片上，拥有灵巧的8 位cpu 和在系统可编程flash，具有以下标准功能： 8k字节flash，节ram， 32 位i/o 口线，看门狗定时器，内置4kb eeprom，max810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外 stc89c52 可降至0hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，cpu 停止工作，允许ram、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，ram内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35mhz，6t/12t可选。

3、uln2003

本次设计用uln2003来驱动步进电机，uln2003是一种大功率驱动芯片，多用于智能仪器、plc、步进电机控制。由于控制步进电机需要高功率，而单片机不能直接提供给步进电机，用uln2003来放大信号。uln2003输入只需要5v的电平，但是输出可以高达50v，因此它具有工作电压高，电路增益高，可以提供大功率负载的特点，适应于各种功率驱动电路。

uln2003 的每一对达林顿都串联一个2.7k 的基极电阻，在5v 的工作电压下它能与ttl 和cmos 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。uln2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500ma，并且能够在关态时承受50v 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。

uln2003 采用dip—16 或sop—16 塑料封装。方框图如下所示：

五、系统工作原理。

1、单片机最小系统。

单片机的最小系统一般由时钟电路和复位电路构成。通过时钟电路提供单片机各种操作基准，通过复位电路使单片机片内存储器初始化。

时钟电路是在引脚xtal1和xtal2外接一个12m的晶振，同时在晶振的两脚分别接22pf的电容。晶振的作用是产生**时钟脉冲。电容起稳定**频率，快速起震的作用。

复位电路使由独立按键，200ω电阻和一个10uf的电容构成。复位电路使单片机从一种确定的状态开始运行。

单片机端口分配及功能：

p0口用于lcd显示屏的显示。

p1主要用于控制lcd控制端。

p2口主要用于按键电路的输入端。

p3口主要用于控制电机驱动芯片uln2003的工作。

2、步进电机工作原理。

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步进电机件。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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，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。

步进电机有以下特点：

1）步进电机的角位移与输入脉冲成正比，没有累计误差。

2）步进电机与驱动电路组成的系统，简单而又廉价。

3）易于控制，能快速启动和停止，方便控制方向和转速。

4）步进电机不能直接使用交流直流电源。

28byj-48硬件特性：

1.额定电压：5vdc(另有电压：6v、12v、24v)

2.减速比：1/64(另有减速比/32)

3.步距角：5.625°/64

4.驱动方式：4 相 8 拍。

5.直流电阻：200ω±

6.空载牵入频率：≥600hz

7.空载牵出频率：≥1000hz

8.牵入转矩：≥

本设计采用四相八拍设计，调速范围为1~7rad/min。由于单片机带负载能力弱，则步进电机有uln2003a芯片作为驱动，而单片机直接控制该芯片。

本次设计用uln2003来驱动步进电机，电路图如图。通过单片机的p3.0~p3.

3输出脉冲到uln2003的1b~4b口，经信号放大后从1c~4c出口分别输出到电机的abcd四相。

当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。

四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（a-b-c-d-a），双（双相绕组通电）四拍（ab-bc-cd-da-ab-），八拍（a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a）。

已知单片机与步进电机硬件参数，可以求出在四相八拍控制下，本电机的的步距角为5.625度，减速比为64，算出转速：延时为2ms,即2ms/脉冲。

所以60000ms/30000个脉冲即1分钟/30000个脉冲，由于一个脉冲一个步距角，即1分钟/30000*5.625度=168780度，即1分钟/168780/360圈，所以468.83圈/分钟（内部），所以（外部）真正看到转速应为468.

83/64圈=7.32圈/分钟。控制电机的方式为四相八拍，由单片机p3口低四位输出。

3、 led数码管显示原理。

led数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样。

一般情况下，单个发光二极管的管压降为1.8v左右，电流不超过30ma。发光二极管的阳极连接到一起连接到电源正极的称为共阳数码管，发光二极管的阴极连接到一起连接到电源负极的称为共阴数码管。

数码管动态显示界面是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp "的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极com增加位元选通控制电路，位选通由各自独立的i/o线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管会显示出字形，取决于单片机对位元选通com端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位元就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。

led数码管显示的方式为由p1控制74hc138进行段选，再由p0口输出信号点亮led进行位选。

4、按键工作原理

通过keyout1=0将矩阵按键的keyin1、 keyin2、 keyin3、 keyin4变为独立按键，当按键没有被按下时，对应的p2口都为高电平。当有按键按下时，则该键位变为低电平。按键会有抖动的文帝，可以通过软件防抖，即在检测出键闭合后执行一个延时程序，产生5ms～10ms的延时，让前沿抖动消失后再一次检测键的状态，如果仍保持闭合状态电平，则确认为真正有键按下。

六、程序框图。

七、程序清单。

#include <>

sbit keyin1=p2^4;

sbit keyin2=p2^5;

sbit keyin3=p2^6;

sbit keyin4=p2^7;

sbit keyout1=p2^3;

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