04章_单片机_杭和平

常州机电职业技术学院毕业设计（论文）题目：单片机控制“航标灯”的控制系统的设计与调试摘要单片微型计算机简称单片机。

它是把组成微型计算机的各功能部件：中央处理器、CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器ROM、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。

单片机主要应用于控制领域，由于其具有可靠性高、体积小、价格低、易于产品化等特点，因而在智能仪器仪表、实时工业控制、智能终端、通信设备、导航系统、家用电器等自控领域获得广泛应用[1]。

步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,实质上是一种数字/角度转换器步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成.步进控制器由缓冲寄存器,环形分配器,控制逻辑及正,反转控制门等组成,能把输入的脉冲转换成环形脉冲,以便控制步进电机,并能进行正反向控制.但由于步进控制器线路复杂.成本高.采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加,灵活改变步进电机的控制方案,无需逻辑电路组成时序发生器.软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式并可实现一台单片机控制多台电机.提供灵活多样的控制手段和提高控制精度对复杂繁琐的控制易于实现,尤其在本系统中更显示出微机控制的优越性。

本设计采用凌阳16 位单片机SPCE061A对步进电机进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片L298N驱动步进电机；同时，用4X4的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用74LS164作为4位单个数码管的显示驱动，从单片机输入信号；利用凌阳单片机的语音功能播报电机的转速。

关键词：单片机步进电机ABSTRACT[2]The single slice of microcomputers is abbreviated as the one-chip computer. It is every function part which makes up the microcomputer: Central processing unit, CPU, arbitrary access memory RAM , read-only memory ROM,, I/O interface circuit , timer / counter and serial communicationinterface ,etc. make in the integrated chip together, form an intact microcomputer. One-chip computer apply controlled field to mainly, because it have dependability high , small , price low , easy commercialization ,etc. characteristic, therefore won extensive application in fields of automatic control such as intellectual instrument and apparatus , real-time industrial control , intelligent terminal , communication equipment , navigation system , household appliances ,etc.It is that one kind can change the electric pulse signal into a electromechanical component of angle displacement or line displacement to walk into the electrical machinery, it is a kind of figure / angle converter that is walked into the control system of the electrical machinery to mainly walk into the controller in fact, power amplifier and walking into the electrical machinery ,etc. make up . Walked into the controller to buffer the register , the annular distributor, control logic and, overturn , control door ,etc. make up , can change the pulse input into into an annular pulse , in order to control , walk into electrical machinery , can carry on positive and negative to control. But because walk into the controller circuit complicatedly. With high costs. Adopt one-chip computer control , replace with software described above to walk into the controller , make the circuit simple, with low costs, dependability increases greatly, change the control scheme of walking into the electrical machinery flexibly , do not need logical circuit to make up the time sequence generator . Software programming very flexible to produce , walk into electrical machinery excitation array come , control various operation way to walk into electrical machinery and can realize one machine control many sets of electrical machinery while being different kinds of. It is easy to realize to offer the flexible control means and improving the precision of controlling to complicated and tedious control, demonstrate the superiority that the computer controls especially in this system even more.Design , adopt , insult male genital 16 one-chip computer SPCE061A to walk into electrical machinery control originally, square wave with time sequence as the control signal of walking into the electrical machinery through what IO mouth is outputted, the signal drives and walks into the electrical machinery through the chip L298N; Meanwhile , come state in electrical machinery go on , control with keyboard of 4X4 , in charge of rotational speed to reveal electrical machinery with number, adopt 74LS164 urge as 4 single number display that in charge of , from the input signal of the one-chip computer; Utilize the pronunciation function of insulting the open one-chip computer to report the rotational speed of the electrical machinery. Keyword: One-chip computer Walk into the electrical machinery绪论近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。

哈工程单片机课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单片机的原理与结构，掌握单片机的基本工作方式；2. 学会使用单片机编程语言进行程序设计，并能实现简单的控制功能；3. 了解单片机在工程领域的应用，掌握相关传感器与执行器的接口技术。

技能目标：1. 能够运用所学知识，独立设计并实现基于单片机的控制系统；2. 培养学生动手能力，学会使用相关开发工具与调试设备；3. 提高学生的问题分析能力，培养他们解决实际工程问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对单片机技术的兴趣，激发他们学习相关工程的热情；2. 增强学生的团队协作意识，培养他们相互学习、共同进步的精神；3. 引导学生认识到单片机技术在我国工程领域的重要地位，树立为祖国工程技术事业贡献力量的信念。

本课程针对哈尔滨工程大学单片机课程设计，结合学生年级特点，注重理论与实践相结合，培养学生具备扎实的单片机基础知识，较强的动手实践能力，以及解决实际工程问题的综合素质。

通过本课程的学习，使学生能够在工程领域发挥所学，为我国工程技术事业做出贡献。

二、教学内容1. 单片机原理与结构：介绍单片机的基本组成、工作原理及性能特点，对应教材第一章内容；- 单片机的内部结构；- 单片机的工作原理；- 单片机的性能指标。

2. 单片机编程语言：学习单片机编程语言（如C语言、汇编语言等），对应教材第二章内容；- 编程语言的基本语法；- 编程实例分析；- 程序设计与调试方法。

3. 单片机接口技术：学习单片机与传感器、执行器的接口技术，对应教材第三章内容；- 常用接口电路；- 传感器与单片机的接口设计；- 执行器与单片机的接口设计。

4. 单片机控制系统设计：结合实际案例，学习单片机控制系统设计方法，对应教材第四章内容；- 控制系统设计步骤；- 系统分析与设计；- 系统调试与优化。

5. 实践环节：组织学生进行单片机控制系统设计与实现，结合教材内容进行实际操作；- 设计简单的单片机控制系统；- 动手编程与调试；- 分析并解决实际问题。

第二章 89C51单片机的结构和原理A TMEL 、PHLIPS 和SST 等公司生产的8位单片机89C51与80C51兼容，具有低功耗高性能的特点，特别是在内部增加了闪速存储器Flash ROM ，给单片机系统的开发应用带来很大方便，近年来得到非常广泛的应用。

本章以A T89C51为基础，详细介绍芯片的内部硬件资源、各功能部件的结构和原理。

2.1 89C51单片机内部结构及特点 2.1.1 基本组成单片机是在一块硅片上集成了CPU 、RAM 、ROM 、定时器/计数器、并行I/O 接口、串行接口 等基本功能部件的大规模集成电路，又称为MCU 。

89C51单片机包含下列部件： 1. 一个MCS-51内核的8位微处理器（CPU ）； 2. 一个片内振荡器及时钟电路，最高允许振荡频率为24MHz ； 3. 4KB 程序存储器ROM ，用于存放程序代码、数据或表格；4. 128字节数据存储器RAM ，用于存放随机数据，变量、中间结果等；5. 4个8位并行I/O 接口P0-P3，每个口都可以输入或输出；6. 2个16位定时器/计数器，每个定时器/计数器都可以设置成定时器方式或者计数器方式；7. 1个全双工串行口，用于实现单片机之间或单片机与PC 机之间的串行通讯；8. 5个中断源、2个中断优先级的中断控制系统；9. 1个布尔处理机（位处理器），支持位变量的算术逻辑操作； 10. 21个特殊功能寄存器SFR （或称专用寄存器），用于控制内部各功能部件； 对外具有64KB 的程序存储器和数据存储器寻址能力，支持111种汇编语言指令。

89C51单片机的内部结构如图2.1所示，其内部各硬件模块之间由内部总线相连接。

外部中断控制串行通信外部脉冲输入基准时钟源图2.1 MCS-89C51单片机的结构框图上图中，存储器容量和定时器/计数器数量随子型号的不同而有变化，见表2.1。

89C51是一种低功耗、低电压、高性能的8位单片机。

第六章 89C51单片机的定时器/计数器定时器/计数器是伴随计算机技术一并出现的。

计算机本身工作需要时钟节拍，另外还有大量定时和脉冲计数的需求场合。

例如PC 机上都有实时时钟系统，可以准确地给出年月日时分秒信息；单片机系统运行中也可能需要某种定时应用，比如每10ms 进行一次A/D 转换，或每100ms 扫描一次键盘，某种操作后要延时200μs 再进行下一步操作，等等。

至于计数应用也很多，这主要是对外部事件脉冲进行计量，比如某些数字化仪表，前端采用的就是电压/频率转换技术，把模拟量转换为一定频率的脉冲，如水表、电表、煤气表等。

许多工业应用的流量检测仪表也是把体积流量或质量流量转换为与流量成比例的电脉冲。

单片机中具有的定时器/计数器能方便地解决这些问题。

在工业检测和控制应用中，许多场合都需要用到定时或计数功能。

那么，定时器和计数器有怎样的区别和联系呢? 单片机内部的定时器/计数器硬件结构是相同的，其工作本质是对脉冲计数。

如果脉冲来自单片机外部，其频率未知，且随时变动，因此这时应采用计数器方式；如果脉冲来自系统内部，它的脉冲频率或周期是已知的，稳定的，则可通过选择不同的时间常数，实现定时器功能。

定时器运行的基础是振荡周期，实质是其12分频即机器周期。

衡量定时器的技术指标有下列内容：定时精度：单片机定时器的运行是对机器周期进行计数，因此定时精度与系统主频有关，比如主频为12MHz ，则定时精度就是一个机器周期，即1μs 。

定时间隔：单片机定时器单次运行所能实现的最大定时间隔，对于16位运行方式，这个时间间隔就是65536*1μs=65.536ms 。

外部脉冲限制：当用作计数器时，单片机对外部输入脉冲的识别方法是：在一个机器周期检测到高电平，在下一个机器周期检测到低电平，则可确认引脚上的一次负跳变，计数器加1。

因此可以推知，引脚上的脉冲频率应不高于主频的1/24。

例如主频为12MHz ，则外部脉冲频率应不超过500KHz 。