畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于AT89S52單片機(jī)的激光燈控制器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要激光燈以它顯示的圖案鮮明光亮、變幻神奇、內(nèi)容豐富等獨(dú)特的魅力特效吸引了越來越多的人的目光，成為很多聚會(huì)或場景的一道亮點(diǎn)。隨著usb接口的蓬勃發(fā)展并成為一種標(biāo)準(zhǔn)的pc外圍接口,本課題將usb傳輸和單片機(jī)控制相結(jié)合,設(shè)計(jì)出一種新型的基于usb接口的激光燈控制器,使usb傳輸和單片機(jī)控制的各自優(yōu)勢都得以發(fā)揮。設(shè)計(jì)主要由光學(xué)系統(tǒng)、控制器和驅(qū)動(dòng)電路組成,其中控制器是核心部件；它利用單片機(jī)從u盤中讀取已有的圖形數(shù)據(jù)，作為顯示圖像的依據(jù)；再編程實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向及速度的控制，改變激光反射鏡的偏轉(zhuǎn)角度，從而實(shí)現(xiàn)對激光束的調(diào)制，得到預(yù)想的各種圖案。關(guān)鍵詞：激光燈;單片機(jī)；控制器；電機(jī)控制目 錄1. 緒

2、論11.1 引言11.2 目前激光燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r11.3 本課題研究的目的與意義22. 總體結(jié)構(gòu)分析及原理框圖32.1 總體結(jié)構(gòu)分析33.整機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)43.1 光學(xué)系統(tǒng)43.1.1 激光發(fā)生器43.1.2 光學(xué)控制臺(tái)43.2 控制電路53.2.1 at89s52的cpu的組成63.2.2 at89s52的總線結(jié)構(gòu)73.3 驅(qū)動(dòng)電路83.3.1 驅(qū)動(dòng)電路方案論證83.3.2 驅(qū)動(dòng)模塊電路83.3.3 電動(dòng)機(jī)控制93.4 usb接口電路113.4.1 接口模塊設(shè)計(jì)113.4.2 接口芯片 ch375123.4.3 usb總線協(xié)議143.4.4 固件程序及枚舉154. 程序流程圖

3、與軟件介紹164.1 程序流程圖164.1.1 控制數(shù)據(jù)流程圖164.1.2 電機(jī)控制流程圖164.1.3 單片機(jī)讀u盤流程圖174.2 仿真軟件介紹174.2.1 keil軟件174.2.2 proteus介紹204.2.3 演示軟件說明225. 總 結(jié)25致 謝26參考文獻(xiàn)27附 錄28程序清單28原理圖581. 緒 論1.1 引言激光是20世紀(jì)以來，繼原子能、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體之后，人類的又一重大發(fā)明，被稱為“最快的刀”、“最準(zhǔn)的尺”、“最亮的光”和“奇異的光”。 它的亮度為太陽光的100億倍。它的原理早在 1916 年已被著名的物理學(xué)家愛因斯坦發(fā)現(xiàn)，但要直到 1958 年激光才被首次成功制

4、造。激光是在有理論準(zhǔn)備和生產(chǎn)實(shí)踐迫切需要的背景下應(yīng)運(yùn)而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光的發(fā)展不僅使古老的光學(xué)科學(xué)和光學(xué)技術(shù)獲得了新生，而且導(dǎo)致整個(gè)一些新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)。在科技高速發(fā)展的今天，激光顯示工業(yè)日趨成熟，激光顯示的應(yīng)用逐漸廣泛。這一方面是由于激光光源所產(chǎn)生的效果能滿足人們的追求新奇的心理，并帶來一定的視覺沖擊；另一方面，由于這種光源可方便地被計(jì)算機(jī)控制，通過編程，即可產(chǎn)生豐富的變化，極具智能化特點(diǎn)。激光顯示光色純正，能量集中，系統(tǒng)方便地被計(jì)算機(jī)控制，能表現(xiàn)出應(yīng)時(shí)應(yīng)景的主體內(nèi)容和艷麗奇特的效果魅力，其應(yīng)用的場合非常廣泛。如主題公園、城市建設(shè)、舞臺(tái)燈光、盛大集會(huì)、迪斯科舞廳、

5、俱樂部、展示會(huì)、太空館。我們在電視屏幕上，觀看到在漢城舉行的第i4屆亞運(yùn)會(huì)開幕式上，布滿了五彩的激光光束，隨音樂聲在夜空中掃描，為開幕式增添了光彩。我國慶祝建國五十周年的國慶之夜，天安門廣場上空的激光表演，把節(jié)日氣氛推向又一個(gè)歡樂的高潮。從激光特點(diǎn)來分析，它是點(diǎn)狀光束，具備了隨意性和可塑性。比如掃描成像，顯示字形，顯示動(dòng)態(tài)圖像，全息成像和各種變形玻璃創(chuàng)造的畸變。再通過電子計(jì)算機(jī)的編程和程序控制，表現(xiàn)力是十分豐富。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)以及激光器技術(shù)的發(fā)展，激光顯示技術(shù)必然越來越顯示其活力。1.2 目前激光燈控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展?fàn)顩r目前國內(nèi)外的激光掃描系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從根本上來說都很相似，一般由激

6、光器(包括光學(xué)系統(tǒng)、激光電源、聲光電源、制冷系統(tǒng))和掃描系統(tǒng)(包括控制計(jì)算機(jī)、圖形輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換d/a卡、振鏡驅(qū)動(dòng)、振鏡)組成，其變動(dòng)之處也就是在于振鏡性能的提高，或者某個(gè)環(huán)節(jié)改動(dòng)一下，或者加點(diǎn)什么附件(光學(xué)調(diào)制器、分光鏡等以實(shí)現(xiàn)不同的效果)，整個(gè)系統(tǒng)的組裝技術(shù)還是沒有什么根本的變化。其中控制計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)中樞，用戶在上面編排制作節(jié)目，演示時(shí)計(jì)算機(jī)根據(jù)用戶編排節(jié)目內(nèi)容發(fā)出控制指令信號(hào)(數(shù)字量)，經(jīng)d/a轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)同時(shí)控制x -y二維振鏡的偏轉(zhuǎn)，將激光束投射到指定的位置。當(dāng)光點(diǎn)在屏幕上沿圖形輪廓快速運(yùn)動(dòng)達(dá)到視覺暫留，就形成穩(wěn)定的圖形。隨著高速掃描器和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用單片機(jī)控制激光掃描

7、己經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，微機(jī)控制激光燈技術(shù)也越來越成熟，掃描的效果也越來越有藝術(shù)性。現(xiàn)在最新的激光顯示技術(shù)，該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成也是繼承了以往的激光顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，也具備以往激光顯示的效果，隨著單片機(jī)的性能越來越強(qiáng)大，不僅可以控制激光掃描，還可以控制激光器的功率，在激光器工作參數(shù)(電壓、電流、水溫、水流)不正常時(shí)可以自動(dòng)關(guān)閉激光器。而且該系統(tǒng)表演時(shí)還可以與音樂效果相結(jié)合，更增添了藝術(shù)效果。1.3 本課題研究的目的與意義本激光燈控制器設(shè)計(jì)是針對各種場合激光燈的應(yīng)用，靈活應(yīng)用單片機(jī)及電機(jī)控制技術(shù)，通過單片機(jī)從u盤中讀取圖形數(shù)據(jù)，利用pwm實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向及速度的控制，實(shí)現(xiàn)對激光束的調(diào)制，得到預(yù)想的圖案。以往最

8、簡單的控制方式是將表演節(jié)目固化在單片機(jī)系統(tǒng)的eprom里，由于其內(nèi)存受限，這種表演方式主要是針對光束掃描，而且節(jié)目不易改動(dòng)。隨著usb總線技術(shù)的發(fā)展，usb數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)越來越完善，采用帶u盤存儲(chǔ)的單片機(jī)控制系統(tǒng)便可彌補(bǔ)上述不足，激光掃描系統(tǒng)可以直接通過單片機(jī)讀取u盤圖形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖案圖形顯示。且我們可以方便的利用圖象處理軟件進(jìn)行圖形文字的輸入、實(shí)時(shí)掃描輸出，以實(shí)現(xiàn)不同節(jié)目的調(diào)整?，F(xiàn)在一般微機(jī)控制激光顯示系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，利用圖形處理文件(coreldraw,photoshop等)輸入圖形到計(jì)算機(jī)，根據(jù)軟件提供的程序界面編排節(jié)目，然后把節(jié)目程序數(shù)據(jù)傳輸?shù)絬盤，通過控制電路完成激光的掃描。利用這種系統(tǒng)可

9、以掃描出各種各樣的二維甚至三維圖形和文字，以及動(dòng)畫效果。相比前面的計(jì)算器軟件控制，成本大大降低，控制電路簡單，更易于推廣、應(yīng)用。本設(shè)計(jì)集光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)等知識(shí)于一體，是多學(xué)科技術(shù)綜合的應(yīng)用。2. 總體結(jié)構(gòu)分析及原理框圖2.1 總體結(jié)構(gòu)分析激光燈控制器主要由光學(xué)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、接口電路、控制電路四部分組成。光學(xué)系統(tǒng)包括激光器和兩個(gè)平面反射鏡，反射鏡傾角可調(diào)，采用全反射，以保證獲得良好的激光投射光斑；驅(qū)動(dòng)電路由電壓放大和功率放大兩級(jí)組成，其作用是提供電機(jī)帶動(dòng)鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的功率。其中驅(qū)動(dòng)電路和控制電路使用不同且不共接地的電源，用數(shù)字控制模擬開關(guān)連接，以割斷控制對象對控制電路的干擾；接口電路包括數(shù)

10、字控制模擬開關(guān)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和usb讀寫接口，其主要作用是將控制電路的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓模擬量送給驅(qū)動(dòng)電路和對u盤數(shù)據(jù)的讀??；控制電路主要是at89s52最小系統(tǒng)完成，其作用是對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)編程，協(xié)調(diào)控制整個(gè)系統(tǒng)工作。2.2 整機(jī)原理框圖數(shù)字控制模擬開關(guān)控制電 路導(dǎo)光系統(tǒng)電機(jī)x1#d/a轉(zhuǎn)換電機(jī)y2#d/a轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)據(jù)讀取 圖1.1 整機(jī)原理框圖本設(shè)計(jì)的顯圖工作原理是：分別安裝在量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上由之驅(qū)動(dòng)不斷旋轉(zhuǎn)的有一定傾角的反射鏡，先后反射激光器發(fā)出的亮度光束，當(dāng)兩反射鏡的轉(zhuǎn)速成一定比例和按一定的轉(zhuǎn)向組合時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光束的空間動(dòng)態(tài)合成，在接收屏幕上得到某一穩(wěn)定圖形。若改變兩電動(dòng)機(jī)電樞上所加電壓的

11、大小及正負(fù)極性，即對電機(jī)進(jìn)行可逆調(diào)速，或手工調(diào)節(jié)附設(shè)于鏡面即電機(jī)殼座上的微調(diào)旋鈕，改變兩反射鏡面傾角，則可以得到諸如三葉玫瑰線等一系列形態(tài)各異、內(nèi)容豐富的幾何圖形來。3. 整機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)3.1 光學(xué)系統(tǒng)3.1.1 激光發(fā)生器激光發(fā)生器是整個(gè)系統(tǒng)的光源，根據(jù)激光顯示的環(huán)境、幕體和要求達(dá)到的效果配置不同顏色、不同功率的激光器。一般在室內(nèi)顯示、幕體與發(fā)射點(diǎn)距離越近，要求的功率越低，而由于人眼對紅光的敏感度較高，相同條件下選擇紅色激光發(fā)生器的功率可比其它顏色的激光發(fā)生器的功率較低。激光器用于顯示，其光亮強(qiáng)度8001200流明，已能滿足大多數(shù)人的要求，故顯示系統(tǒng)的激光器的功率在幾十mw20w。本激光器

12、采用波長為0.63um的半導(dǎo)體激光器，因其波長與0.6328um相近，故而可以取代he-ne激光器產(chǎn)生紅光，小型牢固，不易損壞，彌補(bǔ)了he-ne激光器的不足。3.1.2 光學(xué)控制臺(tái)光學(xué)控制臺(tái)是激光顯示系統(tǒng)中控制光路的部分，包括導(dǎo)光系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。導(dǎo)光系統(tǒng)對激光束進(jìn)行光路切換、掃描，使激光束產(chǎn)生豐富多彩的效果?？刂葡到y(tǒng)對導(dǎo)光系統(tǒng)的光學(xué)器件的位移、轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。光路單元在光學(xué)控制臺(tái)的前端，由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和反射鏡、單片機(jī)的控制信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角，帶動(dòng)反射鏡將入射激光束反射到屏幕形成圖案。光路掃描信號(hào)來自圖文文件。通過一般的圖形圖像處理軟件制作出要顯示的圖文輪廓線，在制作輪廓線時(shí)要注意輪廓線的封閉和簡

13、潔。根據(jù)顯示圖文的失真度取出輪廓線上的錨點(diǎn)，錨點(diǎn)取得越多，圖形越接近原稿，但顯示文件越大，一幅圖的掃描周期增加。錨點(diǎn)的坐標(biāo)(x,y)經(jīng) d/a轉(zhuǎn)換輸出，通過光學(xué)控制臺(tái)驅(qū)動(dòng)板分別控制反射鏡的方向，將錨點(diǎn)映射到幕體。由于振鏡的掃描頻率很大，可以作到 25 幀圖/秒，因此，激光掃描顯示的質(zhì)量可以保障。激光動(dòng)畫顯示的原理與一般動(dòng)畫顯示類似，一個(gè)動(dòng)畫文件由多幅動(dòng)作相關(guān)的圖片組成，依次取錨點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行定位掃描。光路掃描單元是整套系統(tǒng)產(chǎn)生圖文效果的直接執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.1.3 x-y工作平臺(tái)光學(xué)控制臺(tái)的導(dǎo)光系統(tǒng)光路切換是由電機(jī)帶動(dòng)反射鏡變化轉(zhuǎn)角完成的。根據(jù)預(yù)先編排的節(jié)目，單片機(jī)通過 d/a卡輸出切換信號(hào)至分光單元

14、的電機(jī)驅(qū)動(dòng)板，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。要在投射面上得到幾何圖形 ,關(guān)鍵在于兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的組合 ,實(shí)現(xiàn)對激光束的空間動(dòng)態(tài)組合。由于光的連續(xù)性 ,當(dāng)在反射鏡轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),必然在兩個(gè)點(diǎn)之間連成一條線 ,所以要在屏幕上投射出圖形,就可以把圖形分割為一段段直線段 ,只要控制反射鏡把激光束在每個(gè)端點(diǎn)之間按順序快速移動(dòng)就可以了。在屏幕上作一坐標(biāo)軸 ,通過反射鏡的光路分析 ,可以認(rèn)為 x向電機(jī)控制的反射鏡1和 y向電機(jī)控制的反射鏡2分別控制投射圖形的x方向和 y方向。以正方形為例,如圖所示 ,取正方形的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)(也就是光路的起始點(diǎn)) ,正方形的四個(gè)頂點(diǎn)分別為 a、b、c、d。要在屏幕上投射出這樣的正方形

15、 ,兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和順序?yàn)?先將屏幕上的投影點(diǎn)移到e點(diǎn) ,即步進(jìn) y向電機(jī)正轉(zhuǎn)3步;然后 x向電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)3步(a點(diǎn));y向電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng) 6 步(b 點(diǎn)) ;x向電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)6步(c點(diǎn)) ;y向電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)6步(d點(diǎn)) ;x向電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)3步(e點(diǎn))。由此可見,要在屏幕上得到某種圖形,只需將圖形在 xy平面上分割成一段段相互連接的直線段,再計(jì)算出各端點(diǎn)的位置,就可以編程控制電機(jī)了。但是,由于電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度的限制,要使屏幕上投射的圖形沒有閃爍,則圖形就不能太復(fù)雜。 圖2.1 動(dòng)態(tài)組合坐標(biāo)圖3.2 控制電路3.2.1 控制模塊 作為設(shè)計(jì)的控制核心，單片機(jī)無疑起到了舉足輕重的作用。通過它來完

16、成外部圖形數(shù)據(jù)的讀取、軟件的編程產(chǎn)生脈沖序列實(shí)現(xiàn)對電機(jī)方向與速度的控制，最終達(dá)到對激光燈光束轉(zhuǎn)向的控制而獲得圖案圖形?；谛阅軆?yōu)越、程序下載方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，我們這里選用的單片機(jī)為at89s52。 圖3.1 整體控制電路圖3.2.1 at89s52的cpu的組成 at89s52的 cpu能處理8位二進(jìn)制數(shù)或代碼。cpu是單片機(jī)的主要核心部件，在 cpu里面包含了運(yùn)算器、控制器以及若干寄存器等部件給成。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ram）： at89s52 單片機(jī)芯片共有 256 個(gè) ram 單元，其中后 128 單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前 128 單元，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)

17、。因此通常所說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器就是指前128單元，簡稱內(nèi)部ram。地址范圍為00hffh（256b）。是一個(gè)多用多功能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通用工作寄存器、堆棧、位地址等空間。 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（rom）： at89s52 內(nèi)部有 4kb/8kb 字節(jié)的 rom（51 系列為 4kb，51 系列為 8kb），用于存放程序、原始數(shù)據(jù)或表格。因此稱之為程序存儲(chǔ)器，簡稱內(nèi)部ram。地址范圍為0000hffffh（64kb）。 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 at89s52共有2個(gè) 16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（52系列共有3個(gè) 16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器），以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)功能，并以其定時(shí)或計(jì)數(shù)結(jié)果對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。定時(shí)時(shí)靠

18、內(nèi)部分頻時(shí)鐘頻率計(jì)數(shù)實(shí)現(xiàn)，做計(jì)數(shù)器時(shí)，對 p3.4（t0）或p3.5（t1）端口的低電平脈沖計(jì)數(shù)。 并行i/o口 at89s52共有4個(gè) 8位的 i/o口（p0、p1、p2、p3）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入輸出。 串行口 at89s52有一個(gè)可編程的全雙工的串行口， 以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為移位器使用。rxd （ p3.0）腳為接收端口，txd（p3.1）腳為發(fā)送端口。 中斷控制系統(tǒng) ： at89s52單片機(jī)的中斷功能較強(qiáng)，以滿足不同控制應(yīng)用的需要。51系列有5個(gè)中斷源（52系列有 6 個(gè)中斷源），即外中斷 2 個(gè)，定時(shí)中斷 2

19、 個(gè)，串行中斷 1 個(gè)，全部中斷分為高級(jí)和低級(jí)共二個(gè)優(yōu)先級(jí)別。 定時(shí)與控制部件： at89s52 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益的反相放大器，基輸入端為 xtal1 輸出端為 xtal2。mcs-51芯片的內(nèi)部有時(shí)鐘電路，但石英晶體和微調(diào)電容需外接。時(shí)鐘電路為單片機(jī)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列。3.2.2 at89s52的總線結(jié)構(gòu)at89s52的管腳除了電源、復(fù)位、時(shí)鐘接入、用戶i/o口部分p3外，其余管腳都是為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)擴(kuò)展而設(shè)置的。這些管腳構(gòu)成了三總線形式，即： （1）地址總線（ab）：地址總線寬度為16位，因此，其外部存儲(chǔ)器直接地址外圍為64k字節(jié)。16位地址總線由p0經(jīng)地址鎖存器提供低8位地址（a0a7）；

20、p2口直接提供高8位地址（a8a15）。 （2）數(shù)據(jù)總線（db）：數(shù)據(jù)總線寬度為8位，由p0口提供。 （3）控制總線cb）：由部分p3口的第二功能狀態(tài)和4根獨(dú)立控制線reset、,ale、組成。at89s52結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示：時(shí)鐘電路romram定時(shí)/計(jì)數(shù)器cpu并行接口串行接口中斷系統(tǒng)p0p1p2p3txdrxd/int0/int1t0t1圖3.2 at89s52結(jié)構(gòu)圖t2復(fù)位電路3.3 驅(qū)動(dòng)電路3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路方案論證方案一：采用mos管放大方案,利用pwm產(chǎn)生高低電平來控制mos管的g極，從而控制d極和s極之間的通斷，當(dāng)d極和s極導(dǎo)通時(shí)，電極正極接電源，負(fù)極接地。當(dāng)d極和s極斷

21、開時(shí)，電極正極和電源相連，而負(fù)極通過二極管通向電容的正極，給電容充電，形成回路。這樣就可以達(dá)到一種平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)pwm方波的占空比就可以調(diào)節(jié)電極兩端的電流，從而控制電極的轉(zhuǎn)速。但二極管續(xù)流會(huì)嚴(yán)重影響電源，對電源要求比較高，不宜選取。方案二：采用集成芯片l298 ，l298是st公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3a，持續(xù)工作電流為2a；內(nèi)含兩個(gè)h橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)二個(gè)直流電動(dòng)機(jī);采用標(biāo)準(zhǔn)ttl邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作；有一

22、個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作。l298采用15腳multiwatt塑料封裝，通過散熱片可用螺釘固定在散熱器上。l298內(nèi)部包含：兩個(gè)h橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器a與b(每個(gè)全橋由4只npn型三極管構(gòu)成)；邏輯電路供電穩(wěn)壓器；邏輯控制電路等。其內(nèi)部電部如圖3.3所示。 圖3.3 l298內(nèi)部原理圖3.3.2 驅(qū)動(dòng)模塊電路電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片l298,其電路如圖3.4圖3.4 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路此設(shè)計(jì)電路能同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī),既實(shí)現(xiàn)低電壓小電流信號(hào)控制較高電壓和強(qiáng)電流。由于電機(jī)的大功率、高電平會(huì)對單片機(jī)產(chǎn)生較嚴(yán)重的干擾,不能直接把單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)直接連在電機(jī)

23、上,需要進(jìn)行強(qiáng)弱電隔離。在實(shí)際運(yùn)用中, 對于強(qiáng)弱電隔離一般采用電子開關(guān)方法或光電隔離的方法。由于電機(jī)工作需要較大的功率,所以通常需要使用功率放大器來提供電機(jī)的工作電流,將光電隔離器送來的弱電信號(hào)變?yōu)閺?qiáng)電信號(hào),可以采用集成功放也可以采用分立元件。在這里,采用了成本少、電路簡單且可靠性高的光電耦合芯片4n25,通過此設(shè)計(jì)能使單片機(jī)的供電電源同電機(jī)的供電電源隔開,大大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.3.3 電動(dòng)機(jī)控制（1）直流電機(jī)工作原理直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成，在定子上裝有一磁極，電磁式直流電機(jī)的定子磁極上繞有勵(lì)磁繞組。其轉(zhuǎn)子由硅鋼片疊壓而成，轉(zhuǎn)子外圓有槽，槽內(nèi)嵌有電樞繞組，繞組通過換向器和電刷

24、引出。 圖 3.5 直流電機(jī)結(jié)構(gòu)圖在勵(lì)磁式直流伺服電機(jī)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速由電樞電壓決定，在勵(lì)磁電壓和負(fù)載轉(zhuǎn)矩恒定時(shí)，電樞電壓越高，電機(jī)轉(zhuǎn)速就越快；電樞電壓降至0v時(shí)，電機(jī)停轉(zhuǎn)；改變電樞電壓的極性，電機(jī)轉(zhuǎn)向隨之改變。因此，小功率直流電機(jī)的調(diào)速可以通過控制電樞平均電壓來實(shí)現(xiàn)。（2）電機(jī)調(diào)向調(diào)速 本設(shè)計(jì)采用的是直流電動(dòng)機(jī)，功率要求不高，股選用結(jié)構(gòu)簡單，成本低的gtr-m系統(tǒng)，gtr-m系統(tǒng)即晶體管放大器-直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它是應(yīng)用線性放大原理構(gòu)成的，功率晶體管處于放大工作狀態(tài)。dac0832輸出的電流經(jīng)運(yùn)放后轉(zhuǎn)換成電壓輸出，為了獲得足夠的功率以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，在電壓放大后又進(jìn)行了功率放大。第一級(jí)接成電壓跟隨器

25、形式，第二級(jí)是兩射極輸出器組成的乙類互補(bǔ)對稱式功率放大電路，分別給電機(jī)提供不同方向的電流，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 圖3.6 直流電機(jī)可逆調(diào)速電路電路中，兩個(gè)三極管是性能完全對稱的npn和pnp型功放管，并組成上下兩個(gè)完全對稱的射極輸出器，向同一感性負(fù)載輸送電壓與電流。當(dāng)輸入信號(hào)為0時(shí)，兩只管子都無偏置而截止，電路中無電流，電機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)電壓為正電壓時(shí)，t1導(dǎo)通，t2截止，電流經(jīng)t1自左到右流入電機(jī)；而當(dāng)電壓為負(fù)電壓時(shí)，t2導(dǎo)通，t1截止，電流經(jīng)t2自右向左流入電機(jī)。兩者電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的調(diào)向。若再改變電壓的數(shù)值大小，則可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。3.4 usb接口電路3.4.1 接口模塊設(shè)計(jì)

26、圖3.7 單片機(jī)與usb接口電路圖ch375在本地端可工作在usb主機(jī)方式下,可以采取串行接口和并行接口兩種方式。為了節(jié)約單片機(jī)的i/o 引腳,本文采用并行接口,其接口電路原理圖如圖2-11所示。模塊具有兩個(gè)外部接口：p1 是usb 插座，可以直接插入u 盤或者通過usb 延長線連接u 盤， 當(dāng)進(jìn)行程序升級(jí)或者重新配置時(shí)應(yīng)該通過usb 對連線連接計(jì)算機(jī)的usb 端口；p2 是16 腳的雙排針或者插座，用于連接單片機(jī)系統(tǒng)。 在串口方式下，單片機(jī)與模塊的p2 端口相連接，只需要使用高8 腳（第9 腳到第16腳），其余引腳可以不連接。模塊可以通過串行輸入sin、串行輸出sout 連接到單片機(jī)的異步串

27、口，除此之外，啟動(dòng)輸入sta#還應(yīng)該連接到單片機(jī)的一個(gè)i/o 引腳，而中斷輸出int#可以根據(jù)需要決定是否連接到單片機(jī)的中斷引腳。 模塊的串口是1 位起始位、8 位數(shù)據(jù)位、1位停止位的異步串口，串口的通訊波特率可以在功能配置時(shí)設(shè)定，如果未設(shè)定那么默認(rèn)是4800bps（與晶體x2 的頻率有關(guān)），單片機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)需要通過cmd_baudrate 命令設(shè)定更高的波特率。如果在功能配置時(shí)選擇檢查串口超時(shí)，那么在通過串口輸入命令包時(shí)，模塊會(huì)檢查串口數(shù)據(jù)輸入超時(shí)，如果連續(xù)兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)之間的間隔大于串口輸入超時(shí)時(shí)間，則模塊將放棄該命令包。4+1 線串口是指gnd、sin、sout、sta#和可選的int#

28、，p2 引腳定義如下：模塊還支持三線制串口，在這種方式下，單片機(jī)與模塊之間只需要連接sin 和sout 兩根信號(hào)線及公共地線，單片機(jī)通過串口發(fā)送兩個(gè)同步碼字節(jié)（57h、abh）代替原來向模塊的sta#引腳提供的啟動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)與模塊的命令同步。在通過串口輸入兩個(gè)同步碼字節(jié)時(shí)，模塊會(huì)檢查串口數(shù)據(jù)輸入超時(shí)，如果連續(xù)兩個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)之間的間隔大于串口輸入超時(shí)時(shí)間，則模塊將放棄該同步碼及命令包。3.4.2 接口芯片 ch375（1）概述ch375 是一個(gè)usb總線的通用接口芯片，支持usb-host主機(jī)方式和usb-device/slave設(shè)備方式。在本地端，ch375具有8位數(shù)據(jù)總線和讀、寫、片選控制線以

29、及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機(jī)/dsp/mcu/mpu等控制器的系統(tǒng)總線上。在usb主機(jī)方式下，ch375還提供了串行通訊方式，通過串行輸入、串行輸出和中斷輸出與單片機(jī)/dsp/mcu/mpu 等相連接。 ch375的usb 主機(jī)方式支持常用的usb 全速設(shè)備，外部單片機(jī)可以通過ch375 按照相應(yīng)的usb 協(xié)議與usb 設(shè)備通訊。ch375 還內(nèi)置了處理mass-storage 海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件，外部單片機(jī)可以直接以扇區(qū)為基本單位讀寫常用的usb 存儲(chǔ)設(shè)備。 ch375 芯片可以工作于usb-host 主機(jī)方式或者usb 設(shè)備方式。 ch375的usb 主機(jī)方式支持并行接

30、口和串行接口。 在usb主機(jī)方式下，ch375支持各種常用的usb全速設(shè)備，外部單片機(jī)需要編寫固件程序按照相應(yīng)的usb協(xié)議與usb 設(shè)備通訊。但是對于usb 存儲(chǔ)設(shè)備，ch375 內(nèi)置了相關(guān)協(xié)議，通常情況下，外部單片機(jī)不需要編寫固件程序，就可以直接通訊。 （2）串行接口 串行接口只能用于usb 主機(jī)方式，ch375 芯片的usb 設(shè)備方式不支持串口。 串口信號(hào)線包括：串行數(shù)據(jù)輸入引腳rxd、串行數(shù)據(jù)輸出引腳txd、中斷輸出引腳int#。通過串行接口，ch375 可以用最少的連線與單片機(jī)、dsp、mcu 進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的點(diǎn)對點(diǎn)連接。ch375芯片的rxd 和txd可以分別連接到單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)輸出

31、引腳和串行數(shù)據(jù)輸入引腳。int#輸出的中斷請求是低電平有效，用于通知單片機(jī)。 ch375 的串行數(shù)據(jù)格式是1個(gè)起始位、9個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位，其中前8個(gè)數(shù)據(jù)位是一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，最后1個(gè)數(shù)據(jù)位是命令標(biāo)志位。第9位為0時(shí)，前8位的數(shù)據(jù)被寫入ch375芯片中，第9位為1時(shí)，前8位被作為命令碼寫入ch375芯片中。ch375的串行通訊波特率默認(rèn)是9600bps，單片機(jī)可以隨時(shí)通過set_baudrate 命令選擇合適的通訊波特率。 圖3.8 ch375串口連接圖中的p3 端口就是連接模塊的端口。由于是串口連接，所以連接信號(hào)線較少，只需要三個(gè)信號(hào)線：sin，sout 和sta#，模塊的中斷信號(hào)線int#是

32、可選的，如果采用中斷通知方式，那么可以連接int0 或者int1，否則不必連接模塊的int#信號(hào)線。建議參考該圖，將模塊端口的14 腳（原并口的cs#引腳）接vcc，避免并口被選中。（3） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)ch375 芯片內(nèi)部集成了pll 倍頻器、主從usb 接口sie、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、被動(dòng)并行接口、異步串行接口、命令解釋器、控制傳輸?shù)膮f(xié)議處理器、通用的固件程序等。pll 倍頻器用于將外部輸入的12mhz 時(shí)鐘倍頻到48mhz，作為usb 接口sie 時(shí)鐘。 主從usb 接口sie是usb主機(jī)方式和usb設(shè)備方式的一體式sie，用于完成物理的usb數(shù)據(jù)接收和發(fā)送，自動(dòng)處理位跟蹤和同步、nrzi編碼和解碼、

33、位填充、并行數(shù)據(jù)與串行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換、crc數(shù)據(jù)校驗(yàn)、事務(wù)握手、出錯(cuò)重試、usb 總線狀態(tài)檢測等。數(shù)據(jù)緩沖區(qū)用于緩沖usb 接口sie 收發(fā)的數(shù)據(jù)。 被動(dòng)并行接口用于與外部單片機(jī)/dsp/mcu 交換數(shù)據(jù)。異步串行接口用于代替被動(dòng)并行接口與外部單片機(jī)/dsp/mcu 交換數(shù)據(jù)。命令解釋器用于分析并執(zhí)行外部單片機(jī)/dsp/mcu 提交的各種命令?？刂苽鬏?shù)膮f(xié)議處理器用于自動(dòng)處理常用的控制傳輸?shù)亩鄠€(gè)階段，簡化外部固件編程。通用的固件程序包含兩組：一組用于usb 設(shè)備方式，自動(dòng)處理usb默認(rèn)端點(diǎn)0 的各種標(biāo)準(zhǔn)事務(wù)等；另一組用于usb 主機(jī)方式，自動(dòng)處理mass-storage 海量存儲(chǔ)設(shè)備的專用通訊

34、協(xié)議。（4）引腳說明 表2-1 ch375 引腳說明3.4.3 usb總線協(xié)議 在單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)usb數(shù)據(jù)移動(dòng)存儲(chǔ)功能，具體包括usb主機(jī)接口的硬件設(shè)計(jì)和整機(jī)usb驅(qū)動(dòng)固件的設(shè)計(jì)。其中驅(qū)動(dòng)固件的設(shè)計(jì)具體又包含幾個(gè)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)：usb1.1控制傳輸協(xié)議、usb bulk傳輸協(xié)議、usb海量存儲(chǔ)類協(xié)議、ufi磁盤操作命令和fat文件系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)等。usb（通用串行總線）用于將usb接口的外圍設(shè)備（device）連接到主機(jī)（host），實(shí)現(xiàn)二者之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐獠靠偩€結(jié)構(gòu)，是一種快速、靈活的總線接口，usb的傳輸類型有控制（control）、批量（bulk）、中斷（interrupt）和同步（synchron

35、ous）傳輸4種，它最大的特點(diǎn)是易于使用，即插即用，主要是用在中速和低速的外設(shè)。 控制數(shù)據(jù)用于在usb接入總線時(shí)對其進(jìn)行配置，其他的驅(qū)動(dòng)軟件可以根據(jù)具體的應(yīng)用來選擇使用控制傳輸，這種數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。典型的批量數(shù)據(jù)包括象使用打印機(jī)或掃描儀時(shí)所出現(xiàn)的大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)，這種批量數(shù)據(jù)是連續(xù)的，通過在硬件中實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)檢測功能，并且有選擇地進(jìn)行一定的應(yīng)進(jìn)重試操作，可以在硬件層次上保證數(shù)據(jù)的可靠交換。由設(shè)備自發(fā)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)傳輸是中斷數(shù)據(jù)傳輸，這類數(shù)據(jù)傳輸可以由usb設(shè)備在任意時(shí)刻發(fā)起，而且usb總線以不低于設(shè)備說明的速率進(jìn)行傳輸。同步數(shù)據(jù)在產(chǎn)生、傳送和處理過程中是連續(xù)的和實(shí)時(shí)的，在穩(wěn)定的同步數(shù)據(jù)發(fā)送和接收速

36、率中包含了相應(yīng)的時(shí)鐘信息，為了保持定時(shí)關(guān)系，同步數(shù)據(jù)必須按照接收的速率進(jìn)行傳輸。 3.4.4 固件程序及枚舉 所有的傳輸都是由主機(jī)開始的,固件設(shè)計(jì)成完全的中斷驅(qū)動(dòng),當(dāng)cpu處理前臺(tái)任務(wù)時(shí),usb的傳輸可在后臺(tái)進(jìn)行。這就確保了最佳的傳輸速率和更好的軟件結(jié)構(gòu)。usb主機(jī)系統(tǒng)固件的編寫比較繁瑣，主要涉及到usb控制傳輸、usb批量傳輸、海量存儲(chǔ)類協(xié)議、ufi磁盤操作命令和fat文件系統(tǒng)的編寫，全部都是最底層的程序操作，沒有現(xiàn)成的類庫支持，故程序整體框架的搭建和具體協(xié)議的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的組織是非常關(guān)鍵的。該模塊設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)在于軟件程序的編寫，由于牽涉的協(xié)議多，在編寫程序時(shí)要重視模塊化的思想，每一個(gè)具體的協(xié)

37、議盡量都編寫在一個(gè)源文件里，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和常量、變量最好定義在每個(gè)模塊的頭文件中。在調(diào)試usb 底層的控制傳輸時(shí)，可以充分利用bus hound工具抓取usb移動(dòng)存儲(chǔ)剛插入計(jì)算機(jī)時(shí)與計(jì)算機(jī)通信的數(shù)據(jù)來分析、對比和參考開發(fā)，加深對usb整個(gè)底層信息交互的理解。任何usb設(shè)備連上usb主機(jī)后，都必須經(jīng)過usb主機(jī)的枚舉配置后才能正確使用。usb總線枚舉的步驟和方法，對于所有usb設(shè)備來說都是一樣的，必須遵守標(biāo)準(zhǔn)的usb協(xié)議過程，通過控制傳輸?shù)摹耙粏栆淮稹眮韺?shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)必要的幾個(gè)數(shù)據(jù)交流：獲取設(shè)備描述符、分配設(shè)備地址和配置設(shè)備。形象點(diǎn)講usb主機(jī)枚舉的過程就是：首先獲取設(shè)備屬性，設(shè)備會(huì)返回18個(gè)數(shù)值（

38、值中對固件有用的是最大包端點(diǎn)長度），然后為設(shè)備分配一個(gè)操作地址，地址范圍可以根據(jù)實(shí)際情況而定，并且配置設(shè)備，最后列舉設(shè)備端點(diǎn)，獲取設(shè)備的每一個(gè)端點(diǎn)號(hào)（地址）。枚舉的實(shí)質(zhì)目的就是想獲取設(shè)備的端點(diǎn)地址，靠它來完成數(shù)據(jù)包的收發(fā)。4. 程序流程圖與軟件介紹4.1 程序流程圖4.1.1 控制數(shù)據(jù)流程圖 圖 3.1 控制數(shù)據(jù)流程圖 4.1.2 電機(jī)控制流程圖 圖3.2 電機(jī)控制流程圖4.1.3 單片機(jī)讀u盤流程圖 圖3.3 單片機(jī)讀u盤流程圖 4.2 仿真軟件介紹4.2.1 keil軟件 keil軟件是德國keil公司開發(fā)的單片機(jī)編譯器，是目前最好的51單片機(jī)開發(fā)工具之一，可以用來編譯c源代碼和匯編源程序

39、、連接和重定位目標(biāo)文件和庫文件、創(chuàng)建hex文件、調(diào)試目標(biāo)程序等，是一種集成化的文件管理編譯環(huán)境。在proteus中，可以直接與keil編程軟件進(jìn)行聯(lián)調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對所設(shè)計(jì)電路的驗(yàn)證。 （1） keil µvision中的源程序設(shè)計(jì)與編譯對于剛剛使用keil的用戶，一般可以按照下面的步驟來創(chuàng)建一個(gè)自己的應(yīng)用程序：一個(gè)工程項(xiàng)目文件 選擇目標(biāo)器件 設(shè)置軟硬件調(diào)試環(huán)境 創(chuàng)建源程序文件并輸入程序代碼 保存創(chuàng)建的源程序項(xiàng)目文件 把源程序文件添加到項(xiàng)目中。（2） 具體建立應(yīng)用程序并進(jìn)行仿真調(diào)試操作1. 建立一個(gè)項(xiàng)目雙擊桌面快捷圖標(biāo)即可進(jìn)入如圖6-7所示的集成開發(fā)環(huán)境編輯操作界面，主要包括三個(gè)窗口：工

40、程項(xiàng)目窗口、編輯窗口和輸出窗口。單擊 project 菜單，在彈出的下拉菜單中選中“new project”選項(xiàng)，新建一個(gè)項(xiàng)目，下圖1所示： 圖4.1然后選擇要保存的路徑，輸入工程文件的名字，然后單擊“保存”按鈕。這時(shí)會(huì)彈出一個(gè)對話框，要求選擇單片機(jī)的型號(hào)。這里可以根據(jù)所使用的單片機(jī)來選擇，keil幾乎支持所有51核的單片機(jī)，這里以atmel的89c51來說明，下圖2所示：圖4.2首先選擇atmel公司，然后單擊左邊的“+”號(hào)選擇at89c51 之后，右邊欄的“options”對話框中選擇“output”標(biāo)簽欄，并按如下圖3所示設(shè)置其中各項(xiàng)。 圖4.32. 建立一個(gè)新的asm匯編語言程序并編譯

41、 在菜單欄中，單擊“file”菜單，再在下拉菜單中單擊“new”選項(xiàng)，或直接單擊工具欄的快捷圖標(biāo)來建立了一個(gè)新的編輯窗口。此時(shí)光標(biāo)在編輯窗口里閃爍，這時(shí)可以輸入用戶的應(yīng)用程序了。建議首先保存該空白文件，單擊菜單上的“file”，在下拉菜單中選中“save as”選項(xiàng)，在彈出對話框的“文件名”欄右側(cè)編輯框中，輸入欲使用的文件名，同時(shí)，必須輸入正確的擴(kuò)展名，如“text1.asm”，然后，單擊“保存”按鈕。 （注意：如果用語言編寫程序，則擴(kuò)展名為“.c”；如果用匯編語言編寫程序，則擴(kuò)展名為“.asm”，且必須添加擴(kuò)展文件名。） 回到編輯界面后，單擊“target 1”前面的“”號(hào)，然后在“sour

42、ce group 1”上單擊右鍵，彈出如下圖4所示的快捷菜單。 圖4.4然后單擊“add file to groupsource group 1”，打開如下圖所示對話框，在“文件類型”處默認(rèn)為“c source file(*.c)”，因?yàn)榍懊嫖覀儽４娴氖菂R編語言的文件，故需要選擇“asm source file(*.s*;*.src;*.a*)”，這樣在上面就可以看到剛才保存的匯編語言文件“xianshi.asm”，雙擊該文件則自動(dòng)添加至項(xiàng)目，單擊“close”關(guān)閉對話框。 然后就可以在右側(cè)的編輯區(qū)輸入?yún)R編源程序了。在輸入指令時(shí)，讀者可以看到事先保存待編輯文件的好處：keil會(huì)自動(dòng)識(shí)別關(guān)鍵字，

43、并以不同的顏色提示用戶加以注意，這樣會(huì)使用戶少犯錯(cuò)誤，有利于提高編程效率。程序輸入完畢后別忘了再次保存。 程序文件編輯完畢后，單擊“project”菜單，選中“built target”選項(xiàng)(或者使用快捷鍵 f7)，或者單擊工具欄的快捷圖標(biāo)來進(jìn)行編譯， 如果有錯(cuò)誤，則在最后的輸出窗口中會(huì)出現(xiàn)所有錯(cuò)誤所在的位置和錯(cuò)誤的原因，并有“target not created”的提示。雙擊該處的錯(cuò)誤提示，在編輯區(qū)對應(yīng)錯(cuò)誤指令處左面出現(xiàn)藍(lán)色箭頭提示，然后對當(dāng)前的錯(cuò)誤修改。 將所有提示過的錯(cuò)誤進(jìn)行修改，然后再次重復(fù)的操作進(jìn)行編譯，直至出現(xiàn)“"shiyan1" - 0 error(s), 0

44、 warning(s)”，說明編譯完全通過。4.2.2 proteus介紹proteus isis 是英國labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows 操作系統(tǒng)上， 可以仿真、分析( s p ice ) 各種模擬器件和集成電路， 該軟件的特點(diǎn)是： 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232 動(dòng)態(tài)仿真、i2c 調(diào)試器、spi 調(diào)試器、鍵盤和lcd 系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器， 如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系

45、列、8051 系列、avr 系列、pic12 系列、pic16 系列、pic18 系列、z80 系列、hc11系列以及各種外圍芯片。 提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)， 因此在該軟件仿真系統(tǒng)中， 也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2 等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊?， 該軟件是一款集單片機(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。本節(jié)介紹proteus isis 軟件的工作環(huán)境和一些基本操作。 圖4.5 protues操作界面（1） 建立程序文件打開

46、keil µvision3，新建keil項(xiàng)目，選擇at89c51單片機(jī)作為cpu；新建匯編源文件，編寫程序并將其導(dǎo)入到“source group 1”中；在“options for target”對話框中，選中“output”選項(xiàng)卡中的“create hex file”選項(xiàng)和“debug”選項(xiàng)卡中的“use：proteus vsm simulator”選項(xiàng)；編譯源程序，修改程序中的錯(cuò)誤直至通過。 （2） 加載目標(biāo)代碼文件在proteus isis中，左鍵雙擊at89c51元件打開“edit component”對話框，設(shè)置單片機(jī)的頻率為12mhz；在該窗口的“program file

47、”欄中，選擇先前在keil中編譯產(chǎn)生的“.hex”文件；在proteus isis菜單欄中選擇【file】【save design】選項(xiàng)，保存設(shè)計(jì)；在proteus isis菜單欄中，打開“debug”下拉菜單，在菜單中選擇“use remote debug monitor”選項(xiàng)，以支持與keil的聯(lián)調(diào)。（3） 進(jìn)行調(diào)試與仿真在keil的菜單欄中選擇【debug】【start/stopdebug session】選項(xiàng)，或者在工具欄中直接單擊圖標(biāo)，進(jìn)入調(diào)試環(huán)境。（4） 進(jìn)行調(diào)試與仿真在keil的菜單欄中選擇【debug】【start/stop debug session】選項(xiàng)，或者在工具欄中直接

48、單擊圖標(biāo)，進(jìn)入調(diào)試環(huán)境；按“f5”鍵或圖標(biāo)，順序執(zhí)行程序；在proteus isis界面中，按動(dòng)開關(guān)，可看到顯示結(jié)果。4.2.3 演示軟件說明由于圖形處理算法復(fù)雜,必須借助圖形處理軟件才能完成, 圖形處理部分由計(jì)算機(jī)完成, 計(jì)算機(jī)完成對所需打標(biāo)的 plt, bmp 或 pcx 格式的圖形圖像文件的生成、數(shù)據(jù)處理后將生成的圖形文件通過usb標(biāo)準(zhǔn)接口傳輸給單片機(jī)。單片機(jī)將接收到的圖形文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而控制掃描鏡頭偏轉(zhuǎn)角度從而控制光點(diǎn)的位置、移動(dòng)速度和加速度,最后完成圖案掃描。由于激光演示的圖形是由一支或多支光筆打點(diǎn)形成的，所以設(shè)計(jì)激光表演的圖

49、形設(shè)計(jì)要點(diǎn)的是圖形的輪廓線和錨點(diǎn)。常用的軟件有 coreldraw、photoshop、autodesk animator pro等。下面介紹一款國內(nèi)的演示軟件：大普激光演示系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)繪制的圖形圖像經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換便可生成程序代碼。軟件系統(tǒng)功能簡介一、異想天開編輯器主要通過界面強(qiáng)大的編輯窗口編輯制作激光演示文件，其類型為動(dòng)畫節(jié)目文件(.bgd)。如上圖所示:1. 菜單欄1.1、 文件: 新建、打開、保存、另存為動(dòng)畫節(jié)目文件。（注意：打開文件時(shí)，要在和軟件執(zhí)行文件同一個(gè)目錄中的bgdlib文件夾中選?。?。1.2、 編輯：進(jìn)入和退出編輯文件、提取和優(yōu)化輪廓、輸入位圖、進(jìn)行單幀動(dòng)畫編輯。1.3、

50、演示：播放和停止文件，預(yù)覽和停止預(yù)覽文件。1.4、 實(shí)時(shí)書寫：進(jìn)入和退出實(shí)時(shí)書寫環(huán)境，另外可保存實(shí)時(shí)書寫數(shù)據(jù)。2工具欄從左到右按鈕有：新建、保存、播放/停止、預(yù)覽/停止、提取輪廓、單幀動(dòng)畫編輯、復(fù)制單幀畫面、粘貼單幀畫面、進(jìn)入/退出實(shí)時(shí)書寫、優(yōu)化圖形。這些按鈕功能和菜單欄中的菜單是相對應(yīng)的，只是多了一個(gè)優(yōu)化圖形按鈕、一個(gè)復(fù)制單幀畫面按鈕、一個(gè)粘貼單幀畫面按鈕，當(dāng)提取輪廓后，覺得輪廓不合自已的要求，可單擊優(yōu)化圖形按鈕對圖形的單點(diǎn)進(jìn)行編輯。3工具箱順序從左到右，從上到下依次說明如下：31、選?。哼x取圖形。32、畫筆：提供四種不同粗細(xì)的畫筆。33、橡皮擦：提供四種不同大小的橡皮擦。34、文字：單擊后

51、在文字編輯欄中輸入文字，然后用在窗口中選取輸出位置后彈出一個(gè)字體選擇窗口，選擇好字體單擊確定即可。35、畫圓：畫一個(gè)圓。36、畫矩形：畫一個(gè)矩形。37、畫直線：畫一個(gè)直線。二、迷你播放器主要進(jìn)行播放支動(dòng)畫節(jié)目文件（.bgd）。5. 總 結(jié)通過這次實(shí)踐，我了解了激光燈控制器的工作原理，熟悉了單片機(jī)的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果。同時(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露

52、出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對自己大學(xué)三年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但懂得自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中不斷學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。致 謝我之所以能順利完成本次設(shè)計(jì)，是和指導(dǎo)我的指導(dǎo)老師是有關(guān)。我首先謝謝我的指導(dǎo)教師雷軍老師。在整個(gè)設(shè)計(jì)完成期間，從原理上的可行到實(shí)際硬件電路上出現(xiàn)的的問題，以及后期軟硬件的改進(jìn)，不管是什么時(shí)候遇到困難，只要和劉老師一說他就會(huì)給我們講，從不厭其煩。這一點(diǎn)我深表感謝。我很想說一句“謝謝您，您辛苦了” ！再一個(gè)就是我要感謝的就是電氣與信息工

53、程學(xué)院給我們提供這么多的支持。不管是從老師還是其它的輔助設(shè)施上，我深表感謝，給我們帶來了極大的方便。第三 我也很感謝論文答辯的各位評委老師，感謝他們在百忙之中抽出時(shí)間幫我們答辯。我心里深深知道不管他們提出什么樣的問題，難也好，容易也好，其目的只有一個(gè)，那就是幫助我們提高，在這我也想說一聲謝謝您們！謝謝您們幫助我們提高，歡迎你們提出寶貴的意見。第四：我要感謝我的室友在精神上給我的支持與鼓勵(lì)。每次遇到困難時(shí)，他們都能給予我?guī)椭还苤酪埠?，還是不知道也好，總是對我充滿信心，沒有他們的精神鼓勵(lì)，設(shè)計(jì)也許是斷斷續(xù)續(xù)。參考文獻(xiàn)1 李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)m，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19982

54、 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編1.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20013 李翰蓀.電路分析m，北京：中央廣播電視大學(xué)出版社；4 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程m，北京：高等教育出版社，1998.10；5 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽作品選，1999年；6 電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)，浙江大學(xué)出版社2000；7 謝自美.電子電路設(shè)計(jì)，華中理工出版社期20008 周立功.基于arm7設(shè)計(jì)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.3；9 李軍.51系列單片機(jī)高級(jí)實(shí)例開發(fā)指南，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.6；10 李朝青 .pc單片機(jī)&dsp數(shù)據(jù)通信技術(shù)選編，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

55、5；11林遠(yuǎn)方等.一種通過對電機(jī)可逆調(diào)速獲得合成圖案的激光投射儀j，電子應(yīng)用技術(shù) ,1999 .附 錄程序清單#include<reg52.h>#include<stdio.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned char#define nosport 0#define move_up_r 1#define move_down_r 2#define move_left_r 3#define move_right_r 4#define move_round 5#define zoom_up_r 6#define zoom_down_r 7#define zoo