基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明

1、存檔日期： 存檔編號(hào)：本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)論 文 題 目：姓 名： 燦鋒 學(xué) 院： 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 班 級(jí) 、 學(xué) 號(hào)： 08電51班 08285015 指 導(dǎo) 教 師： 包建華 師大學(xué)教務(wù)處印制59 / 66摘 要本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的紅外遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)容包括了紅外接收，紅外解碼和步進(jìn)電機(jī)控制三大塊。如今紅外遙控技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用；其利用紅外線來傳輸數(shù)據(jù)，這種情況下不需要實(shí)體連線，體積小，成本低，功能強(qiáng)。我們?nèi)粘Ｉ钪械碾娨暀C(jī)，洗衣機(jī)，空調(diào)，航天飛機(jī)，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等都運(yùn)用了紅外遙控的技術(shù)。本設(shè)計(jì)中發(fā)射端采用專用的發(fā)射芯片來實(shí)現(xiàn)紅外

2、遙控碼的發(fā)射，且遙控碼格式是NEC標(biāo)準(zhǔn)。接收端采用市面上流行的1838一體化紅外接收頭，接收到的紅外信號(hào)經(jīng)由1838接收頭完成 光/電轉(zhuǎn)化和解調(diào)的工作，然后把33位的完整碼發(fā)送到解碼芯片中去完成解碼工作。本設(shè)計(jì)中的主芯片是STC89C52單片機(jī)，主芯片和解碼芯片之間進(jìn)行串行通訊。系統(tǒng)啟動(dòng)后，解碼芯片將解碼后得到的8位數(shù)據(jù)碼串行發(fā)送到主芯片中，然后通過主芯片來控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速。本設(shè)計(jì)中的被控對(duì)象是步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)最適合做數(shù)字控制。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。本設(shè)計(jì)過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過控制脈沖頻率來控制電

3、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。關(guān)鍵詞： 紅外遙控技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)控制 單片機(jī)控制AbstractThis design is based ontheinfrared remote controlMCUsystem design, design elements includetheinfrared receiver,infrareddecodingand steppermotor controlthree blocks.First, theinfrared remote control technologyhasbeena wide range of applications; us

4、einfraredto transferthedata, this casedoesnotrequirea physical connection, small size, low cost, function. Inour daily lives,televisions,washing machines,air conditioners,space shuttle, the industrial field devicesandsothe use ofthetechnologyofinfrared remote control.The senderofthisdesignusing a de

5、dicatedtransmitter chipto achievetheemissionofinfraredremote controlcode, and theremote controlcode formatistheNEC standard.The receiving end ofthe popularity ofthe1838integration ofinfrared receiver, theinfraredsignalreceivedthrough1838to receivethe head, theoptical / electricalconversionand demodu

6、lation of the33completecodesent to thedecoder chipto completethedecoding.The design of the mainchipisSTC89C52. Serial communicationbetweenthemain chipanddecoder chip. System startup, thedecoder chipdecoding8-bit serialdata codesent to the mainchip, andthenthrough the mainchipto controlthestepper mot

7、orforward, reverse, speed up, slow down.The design of the controlled objectisastepper motor,stepper motoristhe mostsuitable fordigitalcontrol. Thestepper motoris theelectrical pulsesintoangular displacementorlinear displacementof theopen-loopcontrolelement. This designby controllingthe number of pul

8、sesto controltheamount of angular displacement, so as to achieveaccurate positioning purposes; at the same timeby controlling thepulse frequencytocontrol the motor rotationspeed and acceleration, so as to achievethepurposeofspeed control.Key word： Stepper motor Infrared remote controlSingle-Chip Mic

9、rocomputer Control目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1 課題研究背景與意義11.2本設(shè)計(jì)的主要工作12 硬件設(shè)計(jì)22.1 整體設(shè)計(jì)方案與框圖22.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)32.2.1紅外收發(fā)模塊32.2.2紅外解碼電路模塊62.2.3 顯示模塊72.2.4 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊92.2.5 電源模塊142.2.6 主機(jī)模塊143 軟件設(shè)計(jì)193.1 主程序設(shè)計(jì)193.2 解碼程序設(shè)計(jì)244 調(diào)試與開發(fā)環(huán)境284.1 硬件調(diào)試與開發(fā)環(huán)境284.2軟件調(diào)試與開發(fā)環(huán)境305 總結(jié)和改進(jìn)335.1 設(shè)計(jì)總結(jié) 335.2設(shè)計(jì)改進(jìn)33致34附錄一35附錄二56附錄三57參考文獻(xiàn)581 緒論

10、1.1課題研究背景與意義本設(shè)計(jì)采用紅外線來遙控步進(jìn)電機(jī)。紅外遙控是如今廣泛使用的一種通信和遙控手段；紅外線遙控利用紅外線來傳輸數(shù)據(jù)，這種情況下不需要實(shí)體連線，體積小，成本低，功能強(qiáng)；因此紅外遙控設(shè)備已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在如今的電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)交互和設(shè)備控制中2。比如航空航天與我們?nèi)粘Ｖ械碾娨暀C(jī)，洗衣機(jī)，空調(diào)等。并且在工業(yè)設(shè)備中，在輻射，高壓，粉塵，有毒氣體，許多惡劣的環(huán)境中能夠有效的隔離電氣干擾。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，通常需要控制機(jī)械部件的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)4，這些機(jī)械部件的驅(qū)動(dòng)大多采用交流電機(jī)，直流電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，在這三種電機(jī)中，步進(jìn)電機(jī)最適合做數(shù)字控制，因此在數(shù)控機(jī)床，家用電器，步進(jìn)電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用。由

11、于紅外遙控和步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)越性，本設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)紅外解碼與產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)。因?yàn)榧t外遙控和步進(jìn)電機(jī)都得到了廣泛的應(yīng)用，所以此課題基于紅外遙控步進(jìn)電機(jī)是很有實(shí)際意義的。1.2本設(shè)計(jì)的主要工作本設(shè)計(jì)是紅外遙控步進(jìn)電機(jī)，設(shè)計(jì)的工作主要包括以下幾個(gè)方面。（1）硬件電路設(shè)計(jì)，包括紅外接收電路，紅外解碼電路，主電路，顯示電路，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)，雙機(jī)通訊等。（2）軟件設(shè)計(jì)，在keil uVison3平臺(tái)上編寫步進(jìn)控制主程序，顯示程序，紅外解碼程序。（3）軟硬件的調(diào)試，包括在protel99se平臺(tái)下原理圖的繪制，焊接電路板，keil平臺(tái)下程序的編寫與調(diào)試，STC_ISP下載等。（4）總結(jié)以與改

12、進(jìn)。2硬件設(shè)計(jì)2.1整體設(shè)計(jì)方案與框圖本設(shè)計(jì)采用的是NEC編碼的遙控器，當(dāng)遙控器的某個(gè)按鍵被按下以后，遙控器產(chǎn)生紅外脈沖信號(hào)通過紅外發(fā)射管發(fā)射出去2，接收端采用1838的紅外接收頭來接收紅外脈沖信號(hào)，1838接收頭的信號(hào)輸出端OUT連接到STC12C2052的外部中斷INT0,這樣1838把接收到的紅外脈沖信號(hào)送到STC12C2052去解碼，解碼處理完成后得到的8位有效數(shù)據(jù)通過串行口TXD發(fā)送到主機(jī)STC89C52去處理，主程序中的switch語句能夠判斷出什么鍵被按下了，同時(shí)根據(jù)不同鍵值產(chǎn)生不同的控制策略，比如步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖通過P2.0P2.3送出，經(jīng)由ULN2003功率放大，驅(qū)動(dòng)4相5

13、線的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)P0口能送出段碼使數(shù)碼管上顯示轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)硬件包含了5個(gè)主要部分。(1) 紅外接收部分，包括1838紅外接收器與其外圍電路。(2) 紅外解碼電路，包括STC12C2052做解碼芯片。(3) 顯示部分 ，包括有3個(gè)運(yùn)行指示燈和4位8段數(shù)碼管。(4) 主機(jī) STC89C52 與其外圍電路，復(fù)位電路，晶振電路等。(5) 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路，ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)4相5線的步進(jìn)電機(jī)。 系統(tǒng)整體的框圖如圖2-1所示。紅外發(fā)射運(yùn)行指示燈步進(jìn)電機(jī)紅外接收STC12C2052INT0TXD解碼芯片P1.0p1.2P1.4p1.7P3.0/RXD P2.0p2.3 主機(jī)STC89C52數(shù)碼

14、管顯示步進(jìn)驅(qū)動(dòng)圖2-1 系統(tǒng)整體框圖2.2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)2.2.1紅外收發(fā)模塊紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩個(gè)部分組成。發(fā)送部分包括了遙控器鍵盤，編碼調(diào)制芯片，LED紅外發(fā)射器；接收部分包括了光/電轉(zhuǎn)化放大器2，解碼，解調(diào)。本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)成遙控器，此遙控器使用了專用的集成發(fā)射芯片來實(shí)現(xiàn)遙控碼的發(fā)射。信號(hào)發(fā)射，就是將某個(gè)按鍵所對(duì)應(yīng)的控制指令和系統(tǒng)碼，調(diào)制在38KHz的載波上，經(jīng)由放大，驅(qū)動(dòng)紅外發(fā)射管將信號(hào)發(fā)射出去。而接收電路采用紅外線接收和放大于一體的一體化紅外接收器，不需要任何外接元件，就能完成從紅外線接收到輸出與TTL電平信號(hào)兼容的所有工作，而體積和普通的的塑料封裝的三極管大小一樣，它適用于各種

15、紅外遙控和紅外線數(shù)據(jù)傳輸。如圖2-2所示。圖2-2 紅外線遙控系統(tǒng)框圖由于不同公司的遙控芯片，采用的遙控碼格式不一樣?，F(xiàn)在市場(chǎng)上較為普遍的編碼標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一種是NEC標(biāo)準(zhǔn)，一種是PHILIPS標(biāo)準(zhǔn)。本設(shè)計(jì)中的遙控器的遙控芯片是NEC標(biāo)準(zhǔn)，下文介紹一下什么是NEC標(biāo)準(zhǔn)。遙控發(fā)射的信號(hào)調(diào)制在頻率38KHz的載波上；當(dāng)用戶按下按鍵時(shí)發(fā)送一個(gè)完整碼。一個(gè)完整碼7 = 一位引導(dǎo)碼 + 8位用戶碼 + 8位用戶碼 + 8位數(shù)據(jù)碼 + 8位數(shù)據(jù)反碼 ，總共33位，其中引導(dǎo)碼是9ms = 4.5 ms 的高電平 + 4.5 ms的低電平；其中用戶碼16位，它的作用是用來區(qū)分不同的遙控設(shè)備，不至于不同的遙控設(shè)備

16、互相干擾。注意同一個(gè)遙控器，按哪個(gè)鍵用戶碼都是一樣的。最后發(fā)送的是16位的數(shù)據(jù)碼，數(shù)據(jù)碼是有8位的數(shù)據(jù)碼和8位的數(shù)據(jù)反碼組成12，數(shù)據(jù)反碼用來校驗(yàn)接收的是否準(zhǔn)確。在本設(shè)計(jì)中，真正需要的是8位的數(shù)據(jù)碼，所以解碼過程中最重要的工作就是判斷出這8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)碼是什么？需要逐次判斷出8位數(shù)據(jù)碼中每一位是0還是1，這就是所謂的解碼。然后發(fā)送給主機(jī)的就是解碼后的8位數(shù)據(jù)碼。由于0碼和1碼電平持續(xù)的時(shí)間是不同的，通過判斷0 ，1電平持續(xù)的時(shí)間的不同來區(qū)分。由于NEC標(biāo)準(zhǔn)中：0的表示：0.56的高電平 + 0.565ms的低電平 = 1.125ms1的表示：0.56的高電平 1.69ms的低電平 = 2.2

17、5ms但是要非常注意的是當(dāng)LED發(fā)射管發(fā)射高電平的時(shí)候，1838紅外接收管輸出的是低電平。且當(dāng)LED發(fā)射管發(fā)射的是低電平的時(shí)候，1838紅外接收管輸出的是高電平；所以1838接收頭輸出的波形是與發(fā)射波形反向的。紅外信號(hào)是從1838的OUT端獲得的，所以解碼時(shí)候要按照如下來判斷0，1：0的表示 ：0.56的低電平 + 0.565ms的高電平 = 1.125ms1的表示 ：0.56的低電平 1.69ms的高電平 = 2.25ms顯而易見，由于低電平時(shí)間一致；那么解碼程序編寫的思路就是在解碼程序通過一個(gè)while循環(huán)語句判斷出每位高電平的時(shí)間是0.565ms還是1.69ms，如果一位碼的高電平持續(xù)的

18、時(shí)間0.565ms，那么就是碼0；如果高電平持續(xù)的時(shí)間是1.69ms，那么這位碼就是1。遙控器發(fā)射的信號(hào)和1838輸出的信號(hào)的區(qū)別如圖2-3所示。圖2-3 遙控器輸出信號(hào)和1838輸出信號(hào)對(duì)比本設(shè)計(jì)采用protel99se繪制紅外接收電路，1838是自建的元件庫(kù)畫出來的，104是0.1UF瓷片電容做去耦電容用，與47UF電容配合做電源濾波用。22k是上拉電阻，100歐是限流電阻。1838紅外接收頭的OUT端是信號(hào)輸出端，GND端接地，VCC端供電。信號(hào)輸出端OUT端接到解碼芯片的INT0口。圖2-4 紅外接收電路2.2.2紅外解碼電路模塊（1）本設(shè)計(jì)中采用STC12C2052作為紅外解碼芯片。

19、1838的OUT管腳接到STC12C2052的INT0端，1838將紅外信號(hào)送到解碼芯片中去解碼。然后解碼芯片STC12C2052的TXD端接到主機(jī)STC89C52的RXD端2，STC12C2052將解碼后的8位數(shù)據(jù)發(fā)送到主機(jī)中去。雙機(jī)通訊，主機(jī)和從機(jī)的波特率均是設(shè)定為9600bps。（2）解碼芯片STC12C2032STC12C2052,DIP-20,超小封裝的8051.特點(diǎn)如下：-增強(qiáng)型1T流水線，精簡(jiǎn)指令集RISC型CPU核，速度比普通的8051快12倍-工作頻率圍：0-35MHz,當(dāng)大于8051的0-420MHz-無法解密-低功耗，掉電模式<0.1UA,空閑模式<1MA,工

20、作模式 4MA-7MA-高速，高可靠，強(qiáng)抗靜電，強(qiáng)抗干擾-部集成了R/C振蕩器，精度不高可以省去外部晶振-寬電壓（3.4 V-5.5V）-256字節(jié)片RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器-2個(gè)硬件16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，兼容普通的8051-2K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器-在系統(tǒng)可編程，無需編程器（3）波特率設(shè)定的計(jì)算過程。波特率 = (2SMOD/32) * 定時(shí)器T1的溢出率1 定時(shí)器T1的溢出率 = T1計(jì)數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù) = （fosc / 12）/ (2k - TC) K- 定時(shí)器T1的位數(shù) TC-定時(shí)器T1的預(yù)置初值SMOD = 0 ，fosc = 11.0592MHz = 11059200Hz，k

21、 = 8 ,TC = 0Xfd = 253代入公式中得 波特率 = （1 / 32）* (11059200 / 12) / (28 - 253 ) = 9600bps紅外解碼電路如圖2-5所示。圖2-5 紅外解碼電路2.2.3顯示模塊（1）本設(shè)計(jì)采用的是4位合一的八段LED數(shù)碼管作為顯示模塊，4位8段數(shù)碼管采用共陽接法，將4個(gè)八段數(shù)碼管的段選線分別并在一起，位選線獨(dú)立引出；這種4位合一的數(shù)碼管只能是動(dòng)態(tài)掃描形式；所以每一時(shí)刻只能片選一個(gè)數(shù)碼管，讓其選中，然后送出相應(yīng)的段碼（反碼）。每個(gè)管子依次交替點(diǎn)亮，由于管子之間切換時(shí)間很短，動(dòng)態(tài)掃描起來利用人眼視覺暫留，讓人覺得每個(gè)管子都在亮。之所以用共陽

22、數(shù)碼管，是由于單片機(jī)的拉電流的能力很弱，不建議用共陰極接法。采用共陽接法，公共端接到VCC +5V，單片機(jī)的8位I/0口P0分別接在段選線上，P0輸出的相應(yīng)的反碼即可顯示相應(yīng)的數(shù)字。由于位選線上的電流可能很大，比如8位數(shù)碼管一起亮，所以位選端要用PNP三極管驅(qū)動(dòng)。將e極接在VCC上；基極接在p1.4 到p1.7，當(dāng)基集是低電平的時(shí)候，管子導(dǎo)通，完成片選，集電極提供了數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電流。（2）由于是共陽接法，P0.0P0.7送出相應(yīng)的反碼使得數(shù)碼管相應(yīng)的段點(diǎn)亮。表2-1是段碼表。表2-1 段碼表顯示字符反碼dpgfedcBA00xc01100000010xf91111100120xa41010010

23、030xb01011000040x991001100150x921001001060x821000001070xf81111100080x801000000090x9010010000 A0x8810100000B0x8310110000C0xc611000000D0xa111010000E0x861110000F0x8e11110000數(shù)碼顯示電路如圖2-6所示。圖中的4位數(shù)碼管是自建的，其中的三極管是PNP S8550 ，段選段的限流電阻是470歐，位選端的限流電阻是5.1K。圖2-6 數(shù)碼管顯示電路2.2.4步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊（1）步進(jìn)控制系統(tǒng)組成步進(jìn)控制系統(tǒng)由3個(gè)部分組成，第一部分是控制器，

24、第二部分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，第三部分是步進(jìn)電機(jī)以與步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的工作臺(tái)4 ；控制器可以是PLC ,定位控制模塊和單片機(jī) ，控制器的功能是產(chǎn)生脈沖以與正弦方案信號(hào)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器收到控制器發(fā)出來的脈沖，對(duì)脈沖進(jìn)行分配和功率放大以控制步進(jìn)電機(jī)每一相線圈是否得電，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，拖動(dòng)工作臺(tái)工作10。（2）步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)的分類表2-2所示。表2-2 步進(jìn)電機(jī)分類表分類方式具體類型按力矩產(chǎn)生的原理5（1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行（我們現(xiàn)在大量用的是反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)）（2）激磁式：定，轉(zhuǎn)子均有激磁繞組，或轉(zhuǎn)子是永久磁鋼由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行按輸出力矩大?。?）伺服式：輸出力

25、矩在百分之幾至十分之幾（N.M）只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載（2）功率式：輸出力矩在550N.m以上，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載（我們現(xiàn)在主要用的是功率式的，步進(jìn)電機(jī)和機(jī)床工作臺(tái)直接相連）按定子數(shù)（1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組的分布（2） 徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列（2） 軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列我國(guó)使用的多為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，分為軸向分布式和徑向分布式兩種。反應(yīng)式的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有小齒，不同的步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)子上齒的個(gè)數(shù)是不同的，定子上要有線圈（線圈按軸向分布，或徑向分布），反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

26、定子除了有軸向分布的繞組外，它的定子還分成幾個(gè)極.，一個(gè)極上一個(gè)繞組以與有小齒，轉(zhuǎn)子上也有小齒。（3）步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)工作原理實(shí)際上是電磁鐵作用的原理6,當(dāng)某相定子勵(lì)磁后（所謂勵(lì)磁后就是給定子繞組，線圈通電），它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該定子磁極上的齒對(duì)齊了，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，換一相得電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，如此每一相不停的輪流得電，轉(zhuǎn)子不停轉(zhuǎn)動(dòng)。也就是說，先給定子線圈通電，定子線圈（繞組，磁極）產(chǎn)生磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)力的作用下會(huì)吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就是轉(zhuǎn)子上的齒和定子上的齒對(duì)齊了，轉(zhuǎn)子就停下來了，不停的給每一相輪流通電，轉(zhuǎn)子就不停轉(zhuǎn)動(dòng)了。假設(shè)先給A相通電以后，產(chǎn)生磁場(chǎng)，因?yàn)榇帕€力圖通

27、過磁阻最小路徑，故而產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，使靠近A相轉(zhuǎn)子齒被吸引到與定子極A對(duì)齊的位置，這個(gè)磁力線經(jīng)過轉(zhuǎn)子，將轉(zhuǎn)子磁化，因此在磁場(chǎng)力的作用下，這個(gè)時(shí)候，磁場(chǎng)會(huì)吸引.這個(gè)轉(zhuǎn)子，對(duì)齊后就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)了。A相斷電，B相通電以后，那么會(huì)在這個(gè)方向建立一個(gè)磁場(chǎng)，這個(gè)轉(zhuǎn)子會(huì)隨著磁場(chǎng)變化下轉(zhuǎn)動(dòng)，它會(huì)將離這個(gè)B相磁極最近的齒把它吸引過來。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不僅要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，而且還要克服慣性轉(zhuǎn)矩，如果脈沖頻率過高 ，轉(zhuǎn)子跟不上，電動(dòng)機(jī)就會(huì)失步，甚至不能啟動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步啟動(dòng)的最高頻率為啟動(dòng)頻率。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，不受電壓，負(fù)載與環(huán)境的影響，上述特性正好符合數(shù)字控制系統(tǒng)的

28、要求 ，因此步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控 機(jī)床，軍事工業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用。（4）步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鲚S的角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)10，因此也稱為脈沖電機(jī)。交流電機(jī)，直流電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進(jìn)電機(jī)是一步一步的旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)每次能夠轉(zhuǎn)動(dòng)的最小的角度是步距角（本設(shè)計(jì)中的步距角是0.087890625°）；每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)就按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，即步進(jìn)角?？梢酝ㄟ^改變加在驅(qū)動(dòng)器上的脈沖的頻率來改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度；可以通過改變加在驅(qū)動(dòng)器上的脈沖的個(gè)數(shù)來改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度； 利用這一個(gè)線性關(guān)系的存在，使得步進(jìn)電機(jī)在速度控制，

29、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常的簡(jiǎn)單。 本設(shè)計(jì)中用到的步進(jìn)電機(jī)是28BYJ-48 ，5V驅(qū)動(dòng)的4相5線的步進(jìn)電機(jī)，且是減速的步進(jìn)電機(jī)，參考手冊(cè)中這個(gè)步進(jìn)電機(jī)的減速比是1：64，步進(jìn)角是為0.087890625°（5.625°/64 = 0.087890625°）那么轉(zhuǎn)過一圈要4096個(gè)脈沖（360°/0.087890625°= 4096 ）。本設(shè)計(jì)中采用四相八拍的驅(qū)動(dòng)方式，8拍一步，8拍方式的精度更高。那么每一步轉(zhuǎn)過的角度是0.703125°（8 *0.087890625°=0.703125°），所以512

30、步轉(zhuǎn)一圈。（360°/ 0.703125°= 512步 ）。四相五線步進(jìn)電機(jī)28BYJ-481.額定電壓：5V2.相數(shù)：43.減速比：1/644.步距角：5.625°/64 = 0.087890625°5.驅(qū)動(dòng)方式：4相8拍（5） 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器本設(shè)計(jì)采用ULN2003做驅(qū)動(dòng)芯片10。ULN2003的特點(diǎn)是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管，由七個(gè)硅NPN復(fù)合晶體管組成。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流下并行運(yùn)行，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載，輸入5V電平，輸出可達(dá)500mA/50V。由于5

31、1的拉電流的能力小于100uA,灌電流10mA,而本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)需要200mA的驅(qū)動(dòng)電流，所以需要ULN2003來驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖2-7所示。圖2-7 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（6）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)脈沖分配表正轉(zhuǎn)表：4-1-2驅(qū)動(dòng)，8拍一步D-DC-C-CB-B-BA-A-AD表2-3 正轉(zhuǎn)表P2端口值P20(D相)P21(C相)P22(B相)P23(A相)0x0110000x0311000x0201000x0601100x0400100x0c00110x0800010x091001反轉(zhuǎn)表：4-1-2驅(qū)動(dòng)，8拍一步D-DA-A-AB-B-BC-C-CA表2-4 反轉(zhuǎn)表P2端口值P20(D相)P2

32、1(C相)P22(B相)P23(A相)0x0110000x0910010x0800010x0c00110x0400100x0601100x0201000x0311002.2.5電源模塊本設(shè)計(jì)中用4節(jié)5號(hào)電池來供電，4節(jié)5號(hào)電池提供的電壓是 5 * 1.5 = 6V，不能直接加到系統(tǒng)里面，所以我用了IN2007這個(gè)二極管來分壓，IN4007上的壓降約為0.7V，6 - 0.7 = 5.3V，那么VCC約為5.3V，5.3V作為VCC沒有超過5.5V,可以作為供電電源。電源模塊原理圖如圖2-8所示。圖2-8 電源電路2.2.6主機(jī)模塊主機(jī)電路如圖2-9所示。圖2-9 主機(jī)電路本設(shè)計(jì)的主芯片采用ST

33、C89C52單片機(jī)，STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/

34、計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35Mhz，6T/12T可選。STC89C52具體介紹如下：（1） 主電源引腳（2根）VCC(Pin40)：電源輸入，接5V電源GND(Pin20)：接地線（2）外接晶振引腳（2根）XTAL1(Pin19)：片振蕩電路的輸入端XTAL2(Pin20)：片振蕩電路的輸出端（3）控制引腳（4根）RST/VPP(Pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通

35、信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，如果接高電平則從部程序存儲(chǔ)器讀指令。（4）可編程輸入/輸出引腳（32根）STC89C52單片機(jī)有4組8位的可編程I/O口，分別位P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位（8根引腳），共32根。P0口（Pin39Pin32）：8位雙向I/O口線，名稱為P0.0P0.7P1口（Pin1Pin8）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P1.0P1.7P2口（Pin21Pin28）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P2.0P2.7P3口（Pin10Pin17）：8位準(zhǔn)雙向I/O口線，名稱為P3.0P3.7下文簡(jiǎn)單介紹一下本設(shè)計(jì)中使

36、用到的STC89C52的功能寄存器1，與其初始化。（1） 串行通信控制寄存器：可位尋址的專用寄存器，它用于定義串行口的工作方式與實(shí)施接收和發(fā)送的控制，單元地址是98H 。如表2-5所示。表2-5 SCON寄存器SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1 = 00,方式0，8位同步移位寄存器，其波特率為fosc / 121SM0,SM1 = 01,方式1，10位異步接收/發(fā)送，其波特率可變，由定時(shí)器1控制SM0,SM1 = 10,方式2，11位異步接收/發(fā)送，其波特率為fosc / 64，fosc / 32（SMOD）SM0,SM1 = 1

37、1,方式3，11位異步接收/發(fā)送，波特率可變，有定時(shí)器控制。fosc 是系統(tǒng)晶振的頻率，本設(shè)計(jì)中晶振頻率是11.0592MHz = 11059200HzREN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止，REN = 1時(shí)，允許接收，REN = 0，禁止接收.該位可以軟件置位以允許接收，又可以軟件清0來禁止接收。TI 發(fā)送操作是在TI = 0下進(jìn)行的，然后由發(fā)送電路自動(dòng)在數(shù)據(jù)前后分別添加1個(gè)起始位和一個(gè)停止位 ，串行數(shù)據(jù)由TXD引腳輸出，發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，TXD引腳主動(dòng)維持高電平，且TI在發(fā)送停止位時(shí)有硬件自動(dòng)置位，并可向CPU發(fā)送中斷請(qǐng)求，T1位必須軟件復(fù)位。本設(shè)計(jì)中的，串行口設(shè)定工作方式一，SM0,SM1

38、= 01,方式1，10位異步接收/發(fā)送，其波特率可變，由定時(shí)器1控制，由于設(shè)定為波特率可變的10位異步通信方式，發(fā)送或接收一幀信息包括1個(gè)起始位0，8位數(shù)據(jù)位和一個(gè)停止位1。這是模式下，發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘和通信波特率由定時(shí)器1溢出信號(hào)經(jīng)過32分頻，并由SMOD倍頻，因此方式1的波特率是可變的。波特率9600bps計(jì)算過程首先由公式： 波特率 = (2SMOD/32) * 定時(shí)器T1的溢出率 T1的溢出率 = T1計(jì)數(shù)率/產(chǎn)生溢出所需的周期數(shù) = （fosc / 12）/ (2k - TC) K- 定時(shí)器T1的位數(shù) TC-定時(shí)器T1的預(yù)置初值SMOD = 0 ，fosc = 11.0592MHz

39、 = 11059200Hz，k = 8 ,TC = 0Xfd = 253代入公式中得 波特率 = （1 / 32）* (11059200 / 12) / (28 - 253 ) = 9600bps （2） 本設(shè)計(jì)中用到了TMOD這個(gè)特殊功能寄存器。如表2-6所示。表2-6 TOMD寄存器TMODD7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0TMOD的功能是用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0,T1的工作方式的，TMOD寄存器不能位尋址，只能用字節(jié)傳送指令設(shè)置其容，字節(jié)地址是89H1。本設(shè)計(jì)中TMOD = 0X21，定時(shí)器T1工作在方式2，是自動(dòng)重新裝入計(jì)數(shù)初值的8位定時(shí)器計(jì)

40、數(shù)器/工作模式，用于串口通信中波特率發(fā)生器，16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被拆成兩個(gè)8位寄存器TH1,TL1,CPU在對(duì)它們初始化的時(shí)候必須裝入一樣的定時(shí)器初值。這樣省去了程序需不斷給計(jì)數(shù)賦值的麻煩，計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性也提高了，由T1作為波特率發(fā)生器，SCON工作在方式1的時(shí)候波特率是由定時(shí)器T1的溢出率控制。而定時(shí)器T0工作方式一，是16位的定時(shí)器方式，TH0為高8位，TH0為低8位,T0作用是產(chǎn)生50ms的定時(shí)，50ms的定時(shí)時(shí)間是這樣得到。給TH0和TL0賦初值TH0 = 0x4c ； TL0 = 0x00;由公式得 ： T = (M - TC) * T0 M -計(jì)數(shù)器的模值 TC-預(yù)設(shè)的初值 T0-

41、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖的周期，即單片機(jī)系統(tǒng)主頻周期的12倍M = 216 = 65535, TC = 0x4C00 = 19456；T0 = 12/11059200 0x4C00 = 19456;65535-19456 = 46080;T = (M - TC) * T0=（65535-19456）*（12/11059200）=46080 * = 0.05S = 50ms;這樣只要啟動(dòng)定時(shí)器0后，就會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生50ms的定時(shí)了。注意 由于這種方式下，計(jì)數(shù)初值在每次進(jìn)入中斷后都要重新賦值。（3）中斷優(yōu)先級(jí)寄存器。如表2-7所示。表2-7 IP寄存器IPD7D6D5D4D3D2D1D0-PSPT1PX1PT0

42、PX0STC89C52有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源都可以設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，或者低優(yōu)先級(jí)，以便CPU對(duì)所有的中斷實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。（4）中斷允許控制寄存器 IESTC89C52中斷系統(tǒng)中，中斷的允許或禁止是由片可進(jìn)行位尋址的8位中斷允許寄存器IE來控制的。如表2-8所示1。表2-8 IE寄存器IED7D6D5D4D3D2D1D0EA-ESET1EX1ET0EX0EA：允許中斷的總控制位ES：串行口允許中斷控制位ET1/ET0：定時(shí)器1，定時(shí)器0溢出中斷允許控制位EX0,EX1:外中斷INT1,INT0的中斷控制位3 軟件設(shè)計(jì)3.1主程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中主程序燒寫在主機(jī)STC89C

43、52中，主機(jī)完成步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算，電機(jī)控制，LED數(shù)碼管顯示等功能（1）轉(zhuǎn)速計(jì)算本設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角是0.087890625°(5.625/ 64 = 0.087890625°)，8拍一步，那么一步轉(zhuǎn)過的角度就是0.703125°( 8 * 0.087890625°= 0.703125°)；那么步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一圈需要的步數(shù)是512步（360°/ 0.703125°= 512） ；512步一圈，所以每一步轉(zhuǎn)過的圈數(shù)是0.001953125 圈（1 / 512 = 0.001953125 圈）。綜上所述，在程序中聲明一個(gè)uin

44、t變量pedometer并初始化0，用來統(tǒng)計(jì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步數(shù)，那么在主程序中每當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過一步，pedometer自增1；電機(jī)啟動(dòng)的同時(shí)啟動(dòng)T0定時(shí)器， T0每計(jì)50ms就申請(qǐng)中斷，當(dāng)中斷達(dá)到20次后，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行1s了，此時(shí)統(tǒng)計(jì)一下pedometer的值 ，此值就是步進(jìn)電機(jī)一秒轉(zhuǎn)過的步數(shù)，所以 轉(zhuǎn)速 = 每1秒的步數(shù) * 每1步轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，此值是步進(jìn)電機(jī)每秒的轉(zhuǎn)速，再乘上60s就是步進(jìn)電機(jī)的每分鐘的轉(zhuǎn)速了。T0中斷20次后要調(diào)用 time_chuli()函數(shù)10。void time_chuli() /每秒鐘的時(shí)間處理 /每分鐘60秒,所以速度*60的倍數(shù)rate=60*10*pedomete

45、r*0.001953125;/其中0.001953125是1/512得來的,因?yàn)槊?12個(gè)8拍等于360度,一步也就是1/512pedometer=0;/臨時(shí)速度清零 乘上10是因?yàn)檗D(zhuǎn)速有一個(gè)小數(shù)位計(jì)算得到了轉(zhuǎn)速，自然要送到數(shù)碼管顯示出來，顯示方式是動(dòng)態(tài)掃描（2）void Disply_rev()/顯示函數(shù) uchar a,b,c;/a是十位數(shù)，b個(gè)位數(shù)，c是小數(shù)點(diǎn)后第一位 uint k;/定義一個(gè)臨時(shí)變量存儲(chǔ)轉(zhuǎn)速 k=rev;/每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，因?yàn)榘艘粋€(gè)小數(shù)位，放大10倍 a=k / 100;/獲得十位 k=k % 100; b=k /10;/獲得個(gè)位 c=k %10；/獲得小數(shù)位（3）定

46、時(shí)器，串口初始化函數(shù)void Serial_initialize(void) /串口初始化 SCON = 0x50; / 串行口工作在方式1，10位異步的接收和發(fā)送，波特率可變，有定時(shí)器1控制 TMOD = 0x21; /兩個(gè)定時(shí)器一起工作, 定時(shí)器0定時(shí)方式1 ，16位定時(shí)器方式，定時(shí)器1是方式2，波特率發(fā)生器 TH1 = 0xfd;/T1波特率9600bps, TL1 = 0xfd; PCON=0x00;/smod 波特率加倍位是0 EA=1;/開總中斷, ES=1;/開串行中斷 PS=1;/串行中斷為優(yōu)先級(jí)； PT0=0;/定時(shí)中斷為低優(yōu)先級(jí) TR1= 1; /啟動(dòng)串行口通訊 TH0 =

47、 0x4c;/定時(shí)器在11.0592M晶振下定時(shí)方式1時(shí)延時(shí)50MS的值 TL0 = 0x00; /計(jì)數(shù)值重裝 void time_init() TH0 = 0x4c;/定時(shí)器在11.0592M晶振下定時(shí)方式1時(shí)延時(shí)50MS的值 TL0 = 0x00; /計(jì)數(shù)值重裝 milli_second=0; ET0=1;/開啟中斷 TR0=1;/開啟定時(shí)器主流程圖如圖3-1所示。圖3-1 主流程圖定時(shí)器T0中斷處理過程如圖3-2所示。圖3-2 定時(shí)器T0中斷函數(shù)圖3-3 串行中斷子函數(shù)3.2解碼程序設(shè)計(jì)解碼程序主要部分: if(Infrared_in=0) /等待9MS的引導(dǎo)碼低電平 Time=0;/先

48、清0 while(Infrared_in=0)/引導(dǎo)碼到了 Time+;/數(shù)值自增，直到引導(dǎo)碼4.5ms低電平掠過 if(Time>Lead_min && Time<Lead_max) /如果大于最小,并且/小于最大,那么是真正的引導(dǎo)碼 while(Infrared_in) /等待引導(dǎo)碼4.5MS的高電平過去 /*循環(huán)16次，略過16位無用的用戶碼*/ for(i=0;i<16;i+) /16位用戶代碼，沒用的，用來區(qū)別不同的遙控設(shè)備，每一位是先低電平到高電平組成的 while(Infrared_in=0) /低電平，過去while(Infrared_in=1

49、) /高電平，過去 for(i=0;i<16;i+) /16位需要的的數(shù)據(jù)碼與較驗(yàn)補(bǔ)碼 while(Infrared_in=0)/把每一位數(shù)據(jù)碼的低電平略/過去，因?yàn)?，1代碼低電平持續(xù)的時(shí)間都是0.56ms一樣，無法區(qū)分，略過去/等待數(shù)據(jù)Time=0;/計(jì)數(shù)值清零 while(Infrared_in)/高電平時(shí)間 Time+; if(Time>Short_min && Time<Short_max) Decode_Data16i=0;/數(shù)據(jù)位為0 elseif(Time>Long_min && Time<Long_max) Dec

50、ode_Data16i=1;/數(shù)據(jù)位為1 else Decode_Data16i=2;/接收不正確 right=0;/校驗(yàn)位 for(i=0;i<16;i+) if(Decode_Data16i=2) right=1;/說明解碼錯(cuò)誤了 break; if(right=0)Send_data=Transcode();/碼轉(zhuǎn)化,8位的用戶碼 SBUF=Send_data;/ 紅外解碼流程圖如圖3-4所示。圖3-4 紅外解碼流程圖4 系統(tǒng)調(diào)試和開發(fā)環(huán)境4.1硬件調(diào)試和開發(fā)環(huán)境4.1.1原理繪制本設(shè)計(jì)中采用protel99se來繪制原理圖，繪制原理圖中有些元件諸如1838紅外接收頭，ULN200

51、3驅(qū)動(dòng)芯片，4位8段數(shù)碼管在元件庫(kù)里面不存在的，所以只能在自己創(chuàng)建的元件庫(kù)畫出。本設(shè)計(jì)的中用到的元件與其功能如表4-1所示。表4-1 元件清單原件名稱參數(shù) 功能R1 1K限流R222K上拉R3100歐限流R41K復(fù)位R5470歐限流R6470歐限流R7470歐復(fù)位R8R15470歐限流R16R195.1K限流R20 A420J4700K上拉C1 104瓷片電容0.1UF去耦電容C2 極性電容47UF濾波C3，C4 ，C5,C6 瓷片電容30PF晶振電路C7 極性電容10UF復(fù)位D1,D2,D3,D4,D5 LED壓降2V, 10MA運(yùn)行指示燈D6 IN4007壓降0.7V電源分壓晶振11.0592M ULN2003步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，功率放大Q1Q4 PNP S8550驅(qū)動(dòng)，擴(kuò)流4位8段數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速 STC12C2052解碼芯片STC89C52主機(jī)1838紅外