实时电机旋转系统的设计Word格式.docx
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12M晶振
DS1302
32.768KHZ晶振
ULN2003
30p电容
2
4位数码管
10p电容
2位数码管
220欧排阻
步进机
10K电阻
按钮
6位排针
（2）器件功能介绍
步进电机
（1）步进电机的结构：
电机转子上分布着很多的小齿，定子尺上有三个励磁绕组，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
相邻两转子齿轴线间的距离为齿距，用T表示，当A与齿1相对齐时，B与齿2向右错开1/3T，C与齿3向右错开2/3T。
步进电机的结构
（2）步进电机的工作过程
当A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐（转子不受任何力）；
当B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子转过1/3T，齿3与C的偏移量变为1/3T，齿4与第二个A的偏移为T-1/3=2/3T；
当C相通电，A，B相不通电时，齿3应与C对齐，此时转子又向前转过1/3T，齿4与第二个A对齐，转子又向右移过1/3T；
这样经过A，B，C，A分别通电状态，齿4移到第二个A相，电机转子向右移过一个齿距，如果不断地按0FEH-0FDH-0FBH-0F7H-----的1相励磁法通电，电机就按每步18度，20步为一圈的方式正时针运行。
反之，如果不断地按0F7H-0FBH-0FDH-0FEH---的1相励磁法通电，电机就按每步18度，20步为一圈的方式反时针运行。
由此可知：
电机的位置和速度与导电次数（脉冲数）和频率分别生成对应关系，而电机转动方向则由导电顺序决定。
主控制器P89C51
P89C51管脚图
89C51单片机89C51RD2HBP型单片机
（2）管脚介绍
①Vss（20脚）:
接地
②VCC（40脚）:
主电源+5V
③XTAL1（19脚）:
接外部晶体的一端。
在片内它是振荡电路反相放大器的输入端。
在采用外部时钟时，对于HMOS单片机，该端引脚必须接地；
对于CHMOS单片机，此引脚作为驱动端。
④XTAL2（18脚）:
接外部晶体的另一端。
在片内它是一个振荡电路反相放大器的输出端，振荡电路的频率是晶体振荡频率。
若需采用外部时钟电路，对于HMOS单片机，该引脚输入外部时钟脉冲；
对于CHMOS单片机，此引脚应悬浮。
⑤RST（9脚）:
单片机刚接上电源时，其内部各寄存器处于随机状态，在该脚输入24个时钟周期宽度以上的高电平将使单片机复位（RESET）
⑥PSEN（29脚）:
在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。
CPU在向片外存储器取指令期间，PSEN信号在12个时钟周期中两次生效。
不过，在访问片外数据存储器时，这两次有效PSEN信号不出现。
PSEN端同样可驱动8个LSTTL负载。
我们根据PSEN、ALE和XTAL2输出端是否有信号输出，可以判别80C51是否在工作。
⑦ALE/PROG（30脚）:
在访问片外程序存储器时，此端输出负脉冲作为存储器读选通信号。
⑧EA/VPP（31脚）:
当EA端输入高电平时，CPU从片内程序存储器地址0000H单元开始执行程序。
当地址超出4KB时，将自动执行片外程序存储器的程序。
当EA输入低电平时，CPU仅访问片外程序存储器。
在对87C51EPROM编程时，此引脚用于施加编程电压VPP。
⑨输入/输出引脚：
1）P0.0—P0.7
（39脚—32脚）
2）P1.0—P1.7
（1脚—8脚）
3）P2.0—P2.7
（26脚—21脚）
4）P3.0—P3.7
（10脚—17脚）
（3）寄存器组介绍
RS1
RS0
寄存器组
片内PAM地址
通用寄存器名称
0组
00H~07H
R0~R7
1组
08H~0FH
2组
10H~17H
3组
18H~1FH
实时时钟DS1302
实时时钟电路DS1302是DALLAS公司的一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。
采用普通32.768kHz晶振。
（1）DS1302的结构及工作原理
DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路，它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时，具有闰年补偿功能，工作电压为2.5V～5.5V。
采用三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。
DS1302内部有一个31×
8的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
DS1302是DS1202的升级产品，与DS1202兼容，但增加了主电源/后背电源双电源引脚，同时提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。
（2）引脚功能及结构
图1示出DS1302的引脚排列,其中Vcc1为后备电源，VCC2为主电源。
在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。
DS1302由Vcc1或Vcc2两者中的较大者供电。
当Vcc2大于Vcc1＋0.2V时，Vcc2给DS1302供电。
当Vcc2小于Vcc1时，DS1302由Vcc1供电。
X1和X2是振荡源，外接32.768kHz晶振。
RST是复位/片选线，通过把RST输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。
RST输入有两种功能：
首先，RST接通控制逻辑，允许地址/命令序列送入移位寄存器；
其次，RST提供终止单字节或多字节数据的传送手段。
当RST为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对DS1302进行操作。
如果在传送过程中RST置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O引脚变为高阻态。
上电运行时，在Vcc≥2.5V之前，RST必须保持低电平。
只有在SCLK为低电平时，才能将RST置为高电平。
I/O为串行数据输入输出端（双向），后面有详细说明。
SCLK始终是输入端。
（3）DS1302的控制字节
DS1302的控制字如图2所示。
控制字节的最高有效位（位7）必须是逻辑1，如果它为0，则不能把数据写入DS1302中，位6如果为0，则表示存取日历时钟数据，为1表示存取RAM数据;
位5至位1指示操作单元的地址;
最低有效位（位0）如为0表示要进行写操作，为1表示进行读操作，控制字节总是从最低位开始输出。
（4）数据输入输出（I/O）
在控制指令字输入后的下一个SCLK时钟的上升沿时，数据被写入DS1302，数据输入从低位即位0开始。
同样，在紧跟8位的控制指令字后的下一个SCLK脉冲的下降沿读出DS1302的数据，读出数据时从低位0位到高位7。
（5）DS1302的寄存器
DS1302有12个寄存器，其中有7个寄存器与日历、时钟相关，存放的数据位为BCD码形式,其日历、时间寄存器及其控制字见表1。
此外，DS1302还有年份寄存器、控制寄存器、充电寄存器、时钟突发寄存器及与RAM相关的寄存器等。
时钟突发寄存器可一次性顺序读写除充电寄存器外的所有寄存器内容。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类：
一类是单个RAM单元，共31个，每个单元组态为一个8位的字节，其命令控制字为C0H～FDH，其中奇数为读操作，偶数为写操作；
另一类为突发方式下的RAM寄存器，此方式下可一次性读写所有的RAM的31个字节，命令控制字为FEH（写）、FFH（读）。
（6）3DS1302实时显示时间的软硬件
DS1302与CPU的连接需要三条线，即SCLK（7）、I/O（6）、RST（5）。
图3示出DS1302与89C2051的连接图，其中，时钟的显示用LCD。
（7）DS1302与CPU的连接
实际上，在调试程序时可以不加电容器，只加一个32.768kHz的晶振即可。
只是选择晶振时，不同的晶振，误差也较大。
另外，还可以在上面的电路中加入DS18B20，同时显示实时温度。
只要占用CPU一个口线即可。
LCD还可以换成LED，还可以使用北京卫信杰科技发展有限公司生产的10位多功能8段液晶显示模块LCM101，内含看门狗（WDT）/时钟发生器及两种频率的蜂鸣器驱动电路，并有内置显示RAM，可显示任意字段笔划，具有3－4线串行接口，可与任何单片机、IC接口。
功耗低，显示状态时电流为2μA（典型值），省电模式时小于1μA，工作电压为2.4V～3.3V，显示清晰。
若在调试中遇到的下列问题，可作如下处理：
DS1302与微处理器进行数据交换时，首先由微处理器向电路发送命令字节，命令字节最高位MSB（D7）必须为逻辑1，如果D7=0，则禁止写DS1302，即写保护；
D6=0，指定时钟数据，D6=1，指定RAM数据；
D5～D1指定输入或输出的特定寄存器；
最低位LSB（D0）为逻辑0，指定写操作（输入），D0=1，指定读操作（输出）。
在DS1302的时钟日历或RAM进行数据传送时，DS1302必须首先发送命令字节。
若进行单字节传送，8位命令字节传送结束之后，在下2个SCLK周期的上升沿输入数据字节，或在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。
DS1302与RAM相关的寄存器分为两类:
再一类为突发方式下的RAM寄存器，在此方式下可一次性读、写所有的RAM的31个字节。
要特别说明的是备用电源B1，可以用电池或者超级电容器（0.1F以上）。
虽然DS1302在主电源掉电后的耗电很小，但是，如果要长时间保证时钟正常，最好选用小型充电电池。
可以用老式电脑主板上的3.6V充电电池。
如果断电时间较短（几小时或几天）时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。
100μF就可以保证1小时的正常走时。
DS1302在第一次加电后，必须进行初始化操作。
初始化后就可以按正常方法调整时间。
（8）DS1302总结
DS1302存在时钟精度不高，易受环境影响，出现时钟混乱等缺点。
DS1302可以用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录，能实现数据与出现该数据的时间同时记录。
这种记录对长时间的连续测控系统结果的分析及对异常数据出现的原因的查找具有重要意义。
传统的数据记录方式是隔时采样或定时采样，没有具体的时间记录，因此，只能记录数据而无法准确记录其出现的时间；
若采用单片机计时，一方面需要采用计数器，占用硬件资源，另一方面需要设置中断、查询等，同样耗费单片机的资源，而且，某些测控系统可能不允许。
但是，如果在系统中采用时钟芯片DS1302，则能很好地解决这个问题。
我们使用ULN2003作为电路的驱动，ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下：
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。
（三）系统硬件电路设计图
四、系统程序设计：
（一）主程序流程图
（二）时间调整：
（1）按键控制时间调整
调时原理：
调整时间用了两个按钮，一个作为移位，控制用，另一个作为加用，分别定义为控制按钮，加按钮。
在调整时间过程中，要调整的位与别的位有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位。
闪烁原理是，让要调整的一位每隔一定时间熄灭一次，比如说50ms。
利用定时器计时，当达到50ms溢出时，就送给该位熄灭符，在下次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束。
此时送正常显示值给该位，再进入下一位调整闪烁程序。
（2）上下课时间电机转动流程图（3）电机正反转子程序流程图
步进电机正转时序
步进
P0.3
P0.2
P0.1
P0.0
0FEH
0FDH
0FBH
3
0F7H
4
步进电机反转时序
0FE7H
五．控制源程序清单
;
时:
75H~74H
分:
73H~72H
秒:
71H~70H
*********************
SCLKEQUp3.2
IOEQUP3.3
RSTEQUP3.4
HOURDATA62H
MINTUEDATA61H
SECONDDATA60H
DS1302_ADDRDATA32H
DS1302_DATADATA31H
ORG0000H
AJMPSTART
ORG0003H
RETI
ORG000BH
ORG0013H
ORG001BH
LJMPINT1
ORG0023H
ORG002BH
*************************
主程序
START:
SETBEA
MOVTMOD,#10H
MOVTL1,#00H
MOVTH1,#00H
MOVDS1302_ADDR,#8EH
MOVDS1302_DATA,#00H
LCALLWRITE
MOVDS1302_ADDR,#90H
MOVDS1302_DATA,#0A6H;
1302充电，充电电流1.1MA
MAIN1:
MOVDS1302_ADDR,#85H;
读小时
LCALLREAD
MOVHOUR,DS1302_DATA
MOVDS1302_ADDR,#83H;
读分钟
MOVMINTUE,DS1302_DATA
MOVDS1302_ADDR,#81H;
读秒
MOVSECOND,DS1302_DATA
LCALLZCOMP1
LCALLFCOMP1
MOVR0,HOUR
LCALLDIVIDE
MOV74H,R1
MOV44H,R1
MOV75H,R2
MOV45H,R2
MOVR0,MINTUE
MOV72H,R1
MOV42H,R1
MOV73H,R2
MOV43H,R2
MOVR0,SECOND
MOV70H,R1
MOV40H,R1
MOV71H,R2
MOV41H,R2
LCALLDISPLAY
JNBP3.6,SETG
LJMPMAIN1
**********************
调时程序
SETG:
SETBTR1
SETBET1
CLR0DH
CLR0EH
MOVDS1302_DATA,#00H;
允许写1302
MOVDS1302_ADDR,#80H
MOVDS1302_DATA,#80H;
1302停止震荡
GWAIT:
JNBP3.6,GWAIT
SETG1:
JNBP3.6,SETG2
JNBP3.7,GADDHOUR
AJMPSETG1
GADDHOUR:
MOVR7,62H;
小时加1
LCALLADD1
MOV62H,A
CJNEA,#24H,GADDHOUR1
MOV62H,#00H
GADDHOUR1:
MOVDS1302_ADDR,#84H;
小时值送1302
MOVDS1302_DATA,62H
MOVR0,62H
MOV74H,R1;
小时值送显示缓存
WAITT1:
JNBP3.7,WAITT1
SETG2:
SETB0EH;
调分闪标志
GWAIT1:
JNBP3.6,GWAIT1
SETG3:
JNBP3.6,SETGOUT
JNBP3.7,GADDMINTUE
AJMPSETG3
GADDMINTUE:
MOVR7,61H;
分加1
MOV61H,A
CJNEA,#60H,GADDMINTUE1
MOV61H,#00H
GADDMINTUE1:
MOVDS1302_ADDR,#82H;
分送1302
MOVDS1302_DATA,61H
MOVR0,61H
WAITT2:
JNBP3.7,WAITT2
SETGOUT:
;
结束调整
1302开始振荡
MOVDS1302_ADDR,#8EH;
禁止写入1302
MOVDS1302_DATA,#80H
CLRET1
CLRTR1
************************
闪动中断程序
INT1:
PUSHACC
PUSHPSW
GFLASH:
CPL0DH
JB0DH,GFLASH1
MOV75H,45H
MOV74H,44H
MOV73H,43H
MOV72H,42H
MOV71H,41H
MOV70H,40H
GFLASHOUT:
出中断
POPPSW
POPACC
GFLASH1:
闪时
JB0EH,GFLASH2
MOV75H,#0AH
MOV74H,#0AH
AJMPGFLASHOUT
GFLASH2:
闪分
MOV73H,#0AH
MOV72H,#0AH
加1程序
ADD1:
MOVA,R7
ADDA,#01H
DAA
RET
分离程序
DIVIDE:
MOVA,R0
ANLA,#0FH
MOVR1,A
SWAPA
MOVR2,A
*****************************
读1302程序~
READ:
CLRSCLK
NOP
SETBRST
MOVA,32H
MOVR4,#8
READ1:
RRCA;
送地址给1302
MOVIO,C
SETBSCLK
DJNZR4,READ1
READ2:
NOP;
从1302中读出数据
MOVC,IO
RRCA
DJNZR4,READ2
MOV31H,A
CLRRST
RET
写程序
WRITE:
WRITE1:
DJNZR4,WRITE1
MOVA,31H
WRITE2:
送数据给1302
DJNZR4,WRITE2
************************************
显示程序
DISPLAY:
MOV
升级会员 