51单片机原理图.docx

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51单片机原理图

2.351单片机增强型学习系统各组成部份原理图及功能简介

2.3.1共阴极数码管动态扫描控制

图2.251单片机增强型学习系统的四位共阴极数码管动态扫描硬件连接原理图

AT89S51单片机P0口是一组8位漏极开路型双向I/O口，也即地址/数据总线复用口。

作为输出口用时，每位能驱动8个TTL逻辑门电路，对端口写“1”可作为高阻抗输入端用。

在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。

在Flash编程时，P0口接收指令字节，而在程序校验时，输出指令字节，校验时，要求外接上接电阻。

AT89S51单片机P2口是一个带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，作输入口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

在访问外部程序存储器或16位地址的外部数据存储器（例如执行MOVX@DPTR指令）时，P2口送出高8位地址数据。

在访问8位地址的外部数据存储器（如执行MOVX@Ri指令）时，P2口线上的内容（也即特殊功能寄存器SFR区中P2寄存器的内容），在整个访问期间不改变。

Flash编程或校验时，P2亦接收高位地址和其它控制信号。

在上面的硬件连接原理图里，我们用到的是P0和P2口控制四位数码管显示的。

四位数码管显示的方式是动态扫描显示，动态扫描显示是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一。

其接口电路如上图是把所有显示器的8个笔划段a-h同名端连在一起由单片机的P0.0~P0.7控制，而每一个数码管的公共极（阴极）是各自独立地受单片机P2.7~P2.4控制。

CPU向字段输出口P0口送出字形码时，所有数码管接收到相同的字形码，但究竟是那个数码管亮则取决于P2.7~P2.4的输入结果，所以我们就可以自行决定何时显示哪一位了。

而所谓动态扫描就是指我们采用分时的方法，轮流控制各个数码管的公共极，使各个数码管轮流点亮。

在轮流点亮扫描过程中，每位数码管的点亮时间是极为短暂的（约1ms），但由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就是一组稳定的显示数据，不会有闪烁感。

以下是控制四位数码管显示“8051”的程序，我们从中可以看到是如何控制数码管动态扫描的过程：

LOOP:

MOVP0,#0FFH;赋初值，关显示

MOVP2,#0FFH;赋初值，关显示

MOVP0,#01111111B;显示8

CLRP2.7;选中第一个数码管

LCALLDELAY;延时1ms

SETBP2.7;关显示

MOVP0,#00111111B;显示0

CLRP2.6;选中第二个数码管

LCALLDELAY;延时1ms

SETBP2.6;关显示

MOVP0,#01101101B;显示5

CLRP2.5;选中第三个数码管

LCALLDELAY;延时1ms

SETBP2.5;关显示

MOVP0,#00000110B;显示1

CLRP2.4;选中第四个数码管

LCALLDELAY;延时1ms

SETBP2.4;关显示

AJMPLOOP;反复循环

DELAY:

MOVR6,#250;延时1ms子程序

DJNZR6,$

RET

运行这段程序后，可以看到51单片机增强型学习系统上的四位数码管显示“8051”四个数字。

利用51单片机增强型学习系统控制四位数码管显示这一功能可以做以下等实验：

（1）控制一位数码管做数字从0~9显示实验

（2）控制两位数码管做99计数器实验

（3）控制四位数码管做9999计数器实验

（4）控制四位数码管做四位数字钟实验

（5）控制四位数码管做轮流显示数字和流水灯实验

（6）控制四位数码管做四位数字跑动显示实验

（7）控制数码管做加减成除法运算和数据排序等实验

（8）控制数码管做电话计费器实验

（9）控制数码管做交通灯数显实验

2.3.2步进电机控制

图2.3_151单片机增强型学习系统的单片机与步进电机硬件连接原理图

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

通俗一点讲：

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（及步进角）。

你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；同时你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。

步进电机分三种：

永磁式（PM）、反应式（VR）和混合式（HB）

（1）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；

（2）反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。

在欧美等发达国家80年代已被淘汰；

（3）混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。

它又分为两相和五相：

两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。

这种步进电机的应用最为广泛。

一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

步进电机在工作过程中会发热，如果步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

AT89S51单片机P1口是一个带内部上接电阻的8位双向I/O口，P1的输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对端口写“1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口。

因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。

Flash编程和程序校验期间，P1接收低8位地址。

74LS07为集电极开路输出的六组驱动器，A1~A6为输入端；Y1~Y6为输出端。

图2.3_274LS07逻辑图

因为我们的学习系统工作电压是在5V，为了方便配合学习系统的我们选用的是四相5V的步进电机，该步进电机在实验过程中发热量很少，工作比较稳定。

从上图的连接原理图可以看到，步进电机的四组线圈通过驱动芯片74LS07分别连到了单片机的P1.0~P1.3脚，通过指令控制该脚位的电平便可控制好步进电机。

以下看一下是如何编写程序控制步进电机转动的：

AA:

MOVP1,#11111110B；给步进电机第一个线圈通电

LCALLKK；延时

MOVP1,#11111101B；给步进电机第一个线圈断电，第二个线圈通电

LCALLKK；延时

MOVP1,#11111011B；给步进电机第二个线圈断电，第三个线圈通电

LCALLKK；延时

MOVP1,#11110111B；给步进电机第三个线圈断电，第四个线圈通电

LCALLKK；延时

SJMPAA；循环时行

KK:

MOVR5,#250；延时程序

K1:

NOP

DJNZR5,K1

RET

通过程序看到，依次给步进电机四相轮流通断电一次，步进电机就会转动7.2度，不断地给这四相轮流通断电，步进电机就会不断地转动。

利用51单片机增强型学习系统控制步进电机可以做以下等实验：

（1）控制步进电机正转、反转

（2）控制步进电机快转、慢转

（3）通过按键控制步进电机正转、反转、快转、慢转、停止

2.3.3直流电机控制

图2.4_151单片机增强型学习系统的单片机P2.2口与直流电机硬件连接原理图

图2.4_2直流电机内部结构图

其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。

转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。

（其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的）上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。

定子与转子之间有一气隙。

在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。

换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。

换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。

在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

学习系统用到的是5V的直流电机，通过给直流电机两端一个正负电压就可以使其转动，从上面原理图我们可以看到直流电机的一端接+5V，另一端经三极管连到单片机的P2.2口，这里的三极管起开关作用，三极管导通，直流电机转动；反之停止。

以下看一下是如何编写程序经三极管开关控制直流电机转动的：

AA：

CLRP2.2;使三极管导通，直流电机转动

LCALLKK;延时

SETBP2.2;使三极管关断，直流电机停止转动

LCALLKK;延时

SJMPAA;循环

KK：

MOVR5，#250：

延时子程序

K1：

NOP

NOP

DJNZR5，K1

RET

以上程序可以看到通过控制单片机的P2.2口使直流电机转动和停止，在延时时间上调节一下，可改变直流电机转动速度的快慢。

51单片机增强型学习系统通过单片机的P2.2口控制直流电机可做以下等实验：

（1）控制直流电机做快转、慢转实验

（2）通过按键控制直流电机做快转、慢转、停止等实验

2.3.4发光二极管控制

图2.551单片机增强型学习系统的单片机P1、P3口与16个LED硬件连接原理图

AT89S51单片机P1口引脚功能在步进电机应用那里已提到，在这里我们还用到P3口引脚。

AT89S51单片机P3口是一组带有内部上拉电阻的8位双向I/O口。

P3口输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流）4个TTL逻辑门电路。

对P3口写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。

作输入端时，被外部拉低的P3口将用上拉电阻输出电流。

51单片机增强型学习系统通过单片机P1、P3口分别控制16个发光二极管的。

二极管是有单向导通性的，而发光二极管则是在导通的同时使它发光。

硬件电路连接如上图，我们只要把16个发光二极管的一端接上高电平“1”（接电源+5V），另一端分别由单片机的P1、P3口去控制，只要相应的位给出低电平“0”，发光二极管就会接通发亮。

因为其原理比较简单，所以应用性也比较广。

以下看一下是如何编写程序控制16个发光二极管亮灭的：

AA:

MOVP1,#00000000B；让P1口控制的8个发光二极管全亮

MOVP3,#00000000B；让P3口控制的8个发光二极管全亮

LCALLKK；延时1S

MOVP1,#11111111B；让P1口控制的8个发光二极管全灭

MOVP3,#11111111B；让P1口控制的8个发光二极管全灭

LCALLKK；延时1S

SJMPAA；循环

KK:

MOVR5,#10；延时1S程序

K1:

MOVR6,#0FFH

K2:

MOVR7,#80H

K3:

NOP

DJNZR7,K3

DJNZR6,K2

DJNZR5,K1

RET

通过以上程序可以看到P1、P3口控制的16个发光二极管不