基于鼠标的随动系统设计学士学位论文Word格式文档下载.docx
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2.2.5复位电路设计..............................................19
2.2.6晶振电路设计..............................................19
第三章软件设计.....................................................21
3.1总体方案流程图...............................................21
3.2鼠标接口程序模块.............................................22
3.3显示程序模块.................................................24
3.4步进电机随动定位程序模块......................................29
致谢..................................................................30
参考文献..............................................................31
附录1：
设计电路图..................................................32
附录2：
鼠标接口程序..............................................32
附录3：
LCD1602显示程序...........................................37
附录4：
步进电机驱动程序..........................................40
第一章绪论
1.1课题背景
1.1.1单片机系统设计背景
二十世纪是经济和科技飞速发展的世纪，电脑，互联网的出现在很大程度上改变了人们的生活，而单片机的诞生，更是深刻的改变了我们周围的世界。
自从它诞生以来，由于其在结构和指令系统方面的无可替代的优点，似的单片机深受民用电器和仪器仪表领域的欢迎和重视。
随着单片机种类的增多，应用范围的扩大，功能的更新，现在单片机已经逐渐成为微型计算机的一个非常重要的分支。
目前单片机逐渐融入了人类生活的各个方面渗透到，我们几乎很难发现生活中没有使用单片机的地方。
从军工行业导弹的导航装置，军用民用飞机上的各种仪表盘，广泛使用的各种智能IC（IntegratedCircuit）集成电路卡，到小汽车的安全保障系统，照相机、冰箱，微波炉，电磁炉，洗衣机的控制等等，这些都离不开单片机。
所以该课题要研究的是对鼠标的二维编码用单片机采集并显示出来，同时发送给两个步进电机驱动器使之移动，完成X-Y坐标的随动定位。
该设计的优点是首先基于单片机的应用系统，具有体积小、重量轻、性价比高以及可靠性较高等优点。
然后在单片机系统中引入鼠标可以提高工作效率，方便用户，最后将可编程控制的单片机应用于步进电机随动系统，可使其具有较大程度的可改变性。
1.1.2单片机的基本知识
SCM即单片微型计算机作为微型计算机的一个非常重要的分支，特别适用于控制领域，所以又把单片微型计算机称为微控制器（Microcontroller）
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：
中央处理器CPU（centralprocessingunit）、随机存储器RAM（randomaccessmemory）、只读存储器ROM（readonlymemory）和I/O接口电路等。
所以，单片机只需要与适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
图1-1典型单片机的基本组成结构
1.2MCS-51系列单片机介绍
MCS-51单片机是美国Intel公司的8位高档单片机系列，是在MCS-48系列基础上发展而来的。
在该系列里，有多种机型，性能特点也各不相同用户可根据需要挑选。
1.2.1基本特性
在MCS-51系列里，所有产品都是以8051为核心电路发展起来的，他们都具有8051的基本结构和软件特征。
从制造工艺上看，MCS-51系列中的旗舰基本上可分为HMOS（High-speedMOS,高速MOS）和CMOS两类。
CMOS器件的特点是电流小且功耗低（掉电方式下消耗10μA），但对电平要求高（高电平大于4.5V，低电平小于0.45V）,HMOS对电平要求低（高电平大于2.0V，低电平小于0.8V），但功耗大。
1.2.2MCS-51单片机的硬件组成结构
MCS-51单片机的内部的各功能部件可以划分为CPU,存储器，I/O端口，定时器/计数器和中断系统五部分。
如下图所示。
图1-2MCS-51单片机内部结构框图
1.2.2.1CPU结构
8051它的里面的CPU为字节长度二进制8位的所谓中央内部处理单元。
8051的内部的CPU是由数字运算器ALU，控制器的组成部分以及专用的寄存器组，一共三部分电路构成。
1.算术功能逻辑部件（ALU）
8051的算术逻辑部件是一个性能非常强的运算器，它一方面可以进行一些加减乘除的四则运算，另一方面也能够实现与，或，非，异或类的逻辑运算，它还具有传送数据，移位，判断和转移程序类别的功能。
8051ALU由一个加法器，两个8位暂存器（TMP1与TMP2）和一个性能卓越的布尔处理器组成。
8051时钟频率可达12MHz。
2.可定时的控制部件
时序控制单元播放控制器，时序控制逻辑，指令的寄存器作用，以及振荡器的OSC和其它电路。
指令的寄存器红外程序存储器用于存储从脚本，定时控制指令中使用的逻辑脚本删除登记解码，并与OSC的执行命令，合作生产的定时脉冲，完成指令的执行情况。
振荡器（振荡器）是控制器的核心，该控制器可提供时钟脉冲。
3.专用的寄存器组
专用的寄存器组主要是用来指导当前需要执行指令内存的地址，其存放的操作数和它的指示的指令执行的状态。
专用的寄存器组，其主要包括了程序的计数器，即PC，累加器A，程序的状态字，即PSW，堆栈的指示器，即SP，数据的指针和通用寄存器，即DPTR和B。
（1）程序的计数器（PC）
程序的计数器（PC）是一个二进制的存放16位的地址程序寄存器，专是来存放下一条要执行的指令的内存的地址，能自动加1.
（2）累加器（A）
累加器A也被称作ACC，它是个有特殊的用途地二进制8位的寄存器，专是用来存放的操作数或者是它的运算结果。
CPU在执行一种运算之前，两操作数其中一个通常是应在累加器（A）里面，运算完成以后，累加器（A）中才能够得到运算的结果。
（3）通用的寄存器（B）
通用的寄存器（B）是专为用来做乘法以及除法的设置的一种寄存器，也同样是一个二进制的8位的寄存器，它是由八个的触发器所组成。
这种寄存器在其乘法或者除法之前，是用来作存放的乘数或者是除数，而且在乘法或者除法完成之后，用来存放所得乘积的高八位数值或除法所得的余数的数值。
（4）程序的状态字（即PSW）
PSW它是一个有8位的标志性寄存器，它是用来存放一些指令执行之后的一些相关的状态。
PSW中的各个位的状态一般是在一些指令执行的过程中，其自动而形成的，但是，也能够由用户不同的需要，从而采用传送的指令，使其加以改变。
（5）堆栈指针（SP）
堆栈指针SP是一个8位寄存器，能自动加1或减1，专门用来存放一些堆栈栈顶的地址。
一般计算机的堆栈是按照“后进先出”或者“先进后出”的规律来存取一些DATA的RAM的区域。
8051片子内部得RAM一共有大小是128B，其地址的范围是00H到7FH，所以这个区域其中的任何的子域都能够用来作为堆栈区。
堆栈区其有栈底和栈顶之分，栈底由栈底的地址标识，栈顶是由栈顶的地址指示。
栈底的地址它是一直固定不变，这决定了相应的堆栈在RAM内部的物理内存的位置，栈顶的地址始终是在SP中，就是由SP所指示，是能够被改变的，它是决定了堆栈里面是否存放着数据。
因此，党堆栈中为无数据时，栈顶地址与栈底地址必然重合。
堆栈里面的数据是由一条PUSH的指令压入内存和一条POP的指令弹出来的，PUSH的指令可以使SP之中的内容加1，POP的指令相反，可使SP减1.
（6）数据指针（即DPTR）
数据指针（即DPTR），它是一个16位寄存器，是由两个的8位的寄存器，即DPH钰DPL组合而成。
其中DPH为DPTR的高8位，DPL为DPTR的低8位。
DPTR可以用来存放片内ROM的地址，也可以用来存放片外RAM和片外ROM。
1.2.2.2存储器结构
MCS-51的存储器不仅有ROM和RAM之分，而且有片内和片外之分。
MCS-51的片内存储器集成在芯片内部，是MCS-51的一个组成部分；
片外存储器是外接的专用存储器芯片，MCS-51只提供地址和控制命令，需要通过印刷电路板上三总线才能联机工作。
1.存储器地址分配
存储器的地址分配有三个地址空间，三个地址空间是:
ROM存储器地址空间（包括片内ROM和片外ROM）,地址范围是0000H-FFFFH；
片内RAM地址空间，地址范围是00H-FFH；
片外RAM地址空间，地址范围是0000H-FFFFH.
2.片内ROM
8031没有ROM，只有8051才有4KBROM，地址范围是0000H-0FFFH。
3.片外RAM
MCS-51的片内RAM容量有128个存储单元；
可以用来存放操作数，操作结果和实时数据。
MCS-51可以对片外RAM进行读/写。
4.片内RAM
8052AH/8752BH的片内RAM共有256个存储单元，地址范围是00H到FFH。
其中，00H-7FH为片内的RAM的低128字节区，80H~FFH为片内RAM的高128字节区。
在00H-7FH这个地址空间中，根据不同的功能又能够分成工作的寄存器区和位寻址区以及便笺区这样三个子的区域。
5.具有特殊功能的寄存器（即SFR，80H到FFH）
具有特殊功能的寄存器指的是有特殊的用途的寄存器的集合。
SFR其实际的个数和对应的单片机的型号相关；
8051和8031中有SFR都是21个，8052中的SFR是26个。
每一个的SFR都是占有一个的RAM的单元，它们离散地分布于80H到FFH得地址范围之内，不被SFR所占用的那些RAM单元，其实际上不存在。
表1-1特殊功能寄存器一览表
符号
物理地址
名称
*ACC
E0H
累加器
*B
F0H
B寄存器
*PSW
D0H
程序状态子
SP
81H
堆栈指针
DPL
82H
数据的寄存器（低8指针）
DPH
83H
数据的寄存器（高8指针）
*P0
80H
通道0
*P1
90H
通道1
*P2
A0H
通道2
*P3
B0H
通道3
*IP
B8H
中断的优先级别控制
*IE
A8H
中断的允许级控制器
TMOD
89H
定时器的方式选择
*TCON
88H
定时器的控制器
*+T2CON
C8H
定时器2控制器
TH0
8CH
定时器0的高8位
TL0
8AH
定时器0的低8位
TH1
8DH
定时器1的高8位
TL1
8BH
定时器1的低8位
+TH2
CDH
定时器2高8位
+TL2
CCH
定时器2低8位
+RCAP2H
CBH
定时器2捕捉寄存器高8位
+RCAP2L
CAH
定时器2捕捉寄存器低8位
*SCON
98H
串行的控制器
SBUF
99H
串行数据的缓冲器
PCON
87H
电源的控制器
注：
*可以位寻址+仅8052有
1.2.2.3I/O端口
I/O端口又叫做I/O接口。
I/O端口是MCS-51单片机对于外部的实现控制以及信息交换的必经通道，是一个过度的集成的电路，是用于信息的传送过程中速度的匹配与增强它负载的能力。
I/O端口有串行端口和并行端口之分，串行I/O端口每次只能够传送一位的二进制的信息，并行I/O端口每次能够传送出一组的（8位）二进制的信息。
1.并行I/O端口
8051包括四个并行I/O端口，分别的命名是P0，P1，P2和P3，且四个并行的I/O端口中，每一个端口都能够实现双向I/O的功能。
即CPU既可以由四个并行的I/O端口中的随意的一个能输出数据，又可以从它们那里输入数据。
2.串行I/O端口
8051有一个全双工的可编程I/O端口。
此串行I/O端口既能够在程序的控制下将CPU的8位的并行的数据转化成串行的数据并且逐位地从发送的数据线，即TXD中发送出去，也能够把RXD线上串行的接收到得数据变成8位的并行的数据送回给CPU,且这样串行的发送以及串行的接收是能够单独进行的，也可以同时进行。
1.2.2.4定时器/计数器
8051内部有两个16位可编程序的定时器/计数器，命名为T0和T1。
T0由两个8位寄存器TH0（高8位）和TL0（低8位）拼装而成。
和T0类同，T1也由TH1和TL1拼装而成。
T0和T1有定时器和计数器两种工作模式，在定时器模式下，T0和T1的计数脉冲可以由单片机时钟脉冲经12分频后提供，故定时时间和单片机时钟频率有关。
在计数器模式下，T0和T1的计数脉冲可从P3.4和P3.5引脚上的输入。
1.2.2.5中断系统
计算机的终端是指的是CPU原程序暂停执行而变为外部的设备服务（即执行中断的服务程序），并且在服务完成后回到了原程序的整个的执行过程。
中断系统指的是可以处理上面所说的中断的过程所必须部分的电路。
中断源指的是能够产生中断的请求性信号的源泉。
8051一共能够处理5个中断源所发出来的中断的请求，可以将五个中断的请求信号来经过排队以及控制，并且响应那其中优先权能最高的那个中断请求。
8051中的五个的中断源是有内部的和外部的之分：
外部的中断源一共有两个，一般指外部的设备；
内部的中断源共有三个，一般是有两个的定时器或者计数器得中断源以及一个串行的中断源。
8051的中断系统主要有IE（InterruptEnable,中断允许）控制器和中断优先级控制器IP等电路组成。
1.2.3MCS-51的引脚功能
MCS-51系列中，各类单片机是相互兼容的，只是引脚功能略有差异。
图1-340引脚双列直插封装图
8051有40条引脚，共分为端口线，电源线和控制线三类。
1.端口线（4×
8=32）
8051共有四个并行I/O端口，每个端口都有8条端口线，用于传送数据/地址。
（1）P0.7-P0.0:
这组引脚共有8条，位P0口所专用。
这8条引脚共有两种不同的功能。
第一种的情况是其8051中不附带片外的存储器，P0口能够作为通用的I/O口使用，P0.7-P0.0用于传送CPU内的输入/输出的数据。
第二种的情况是其8051附带片外的存储器，P0.7-P0.0在CPU内访问片外的存储器时侯，先是用来传送片外的存储器中的低8位的地址，然后将传送CPU中对片外的存储器的读写数据。
（2）P1.7-P1.0：
这8条引脚和P0口得8条引脚类似。
（3）P2.7-P2.0：
这组引脚的第一功能和上述两组引脚第一功能相同，即能够作为通用的I/O使用。
它的第二功能和P0口引脚的第二功能相配合，用于输出片外的存储器中的高8位地址，共同选中片外的存储器的单元，但并不能像P0口那样还可以传送储存器的读写数据。
（4）P3.7-P3.0：
这组引脚第一功能和其余三个端口的第一功能一样。
第二功能做控制用，每个引脚不全相同。
表1-2P3口各位之1其第二功能
P3口的位
第二功能
注释
P3.0
RXD
串行数据的接收口
P3.1
TXD
串行数据的发送口
P3.2
INT0
外中断0之输入
P3.3
INT1
外中断1之输入
P3.4
T0
计数器0之计数输入
P3.5
T1
计数器1之计数输入
P3.6
WR
外部的RAM写信号
P3.7
RD
外部RAM读信号
2.电源线（2条）
VCC为+5V的电源线，VSS是接地线。
3.控制线（6条）
（1）ALE/PROG:
地址的锁存允许/编程线，配合P0口中引脚中的第二个功能的使用。
（2）EA/VPP：
允许访问片外存储器/编程电源线，可控制8051使用片内ROM还是使用片外ROM.若EA=1，则允许使用片内ROM；
若EA=0，则允许使用片外ROM。
（3）PSEN:
片外ROM选通线，在执行访问片外ROM的指令MOVC时，8051自动在PSEN线上产生一个负脉冲，用于为片外ROM芯片的选通。
其他情况下，PSEN线均为高电平封锁状态。
（4）RST/VPD：
复位/备用电源线。
可以使8051处于复位工作状态。
（5）XTAL1和XTAL2：
片内震荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容，即用来连接851片内OSC的定时反馈回路。
第二章硬件电路设计
2.1基于鼠标的随动系统的总体方案设计
总体设计流程图如下：
图2-1系统总体方案设计
2.2硬件电路设计
2.2.1PS2接口电路设计
2.2.1.1PS2鼠标的接口规范
鼠标的功能是把它自己的二维位移转换成数字代码，通过这个接口发送。
当鼠标在最小距离或拖动一个按钮状态变化，它的动作与协议将信息翻译后就可以反映距离和按钮，然后通过一次或多次发送到主机信息的规定，主机上的鼠标驱动程序按照转变信息将供用户调用其他程序。
传统的鼠标使用RS232标准接口，单向传递信息;
PS2鼠标使用的是独特接口的规范，信息能够双向的传输。
1.工作模式
PS2鼠标包括复位，增量流，远程控制，回送4种模式。
复位的模式本职是一待机的模式，通电之后自动地进入复位模式;
回送的模式是把主机所发送的信息按字节（OECH，0FFH例外）直接返回，可用来检查鼠标和接口错误的情况，或到OECHOFFH然后退出进入复位模式，远程控制模式下，鼠标是唯一的积极响应主机命令自己不主动发送信息给主机的模式;
增量流模型是鼠标的正常工作模式，在这种模式下，只要鼠标检测到自己运动或按钮状态变化，主动发送状态报告给主机。
当鼠标接通电源后自动进入复位模式，如果鼠标接收到主机的启动命令进入增量流模型，也就是进入正常工作状态。
2.接口规范
PS2鼠标用６针微型ＤＩＮ接插件，实际电路中只使用了其中四个引脚，如图2-2所示。
图2-2PS2鼠标硬件接口规范
2.2.1.2PS2鼠标接口设计
由于PS2鼠标接口使用5V的正常工作电压，并且和TTLTTL逻辑电平兼容，所以8051单片机本身可和鼠标直接连接，同时5
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