基于單片機的光源自適應(yīng)跟蹤系統(tǒng)..

1、指導(dǎo)教師評定成績：審定成績：重慶郵電大學(xué)自動化學(xué)院設(shè)計題目基于單片機的光源自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計單位（二級學(xué)院）：自動化學(xué)院學(xué)生姓名:專業(yè):班級:學(xué)號:指導(dǎo)教師:設(shè)計時間：年月重慶郵電學(xué)院自動化學(xué)院制摘要本設(shè)計給出了一種基于單片機的點光源自動跟蹤系統(tǒng)設(shè)計方案，該設(shè)計使用TI公司的超低功耗的AT89C51單片機作為整個系統(tǒng)的控制核心，主要由電機驅(qū)動模塊，點光源檢測模塊，電源轉(zhuǎn)換模塊等模塊組成。利用8路光敏二極管來檢測點光源的位置并將檢測到的信號經(jīng)過放大傳給控制器AT89C51單片機，經(jīng)過過單片機的運算和處理來確定點光源的運動趨勢，并將運算的控制信號傳給兩臺步進電機，使其跟隨點光源運動。本設(shè)計可以擴展

2、為以后的太陽能發(fā)電的自動跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能自動根據(jù)太陽光方向來調(diào)整太陽能電池板朝向，結(jié)構(gòu)簡單、成本低，而且在跟蹤過程中能自動記憶和更正不同時間的坐標(biāo)位置，不必人工干預(yù)，特別適合天氣變化比較復(fù)雜和無人值守的情況，有效地提高了太陽能的利用率，有較好的推廣應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞：AT89C51單片機，光源，自動跟蹤，DS18B20，傳感器9摘要2一、設(shè)計題目41.1基于單片機的光源自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計41.2設(shè)計要求4二、設(shè)計報告正文52.1設(shè)計方案總體方向的選擇52.1.1基本系統(tǒng)方案52.1.2方案選擇52.1.3設(shè)計思路62.2硬件電路的設(shè)計62.2.1 AD轉(zhuǎn)換模塊62.2.2 步進電機模塊82

3、.2.3電機驅(qū)動模塊102.2.4檢測模塊：122.2.5顯示模塊142.2.6單片機模塊142.3系統(tǒng)軟件設(shè)計17三、設(shè)計重點18四、設(shè)計總結(jié)22五、參考文獻23六、附錄24一、設(shè)計題目1.1基于單片機的光源自適應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計一控制系統(tǒng)，假設(shè)有一個太陽能電池板，為了使電池板最大限度的接受光照強度，通過控制器調(diào)節(jié)電池板的角度使電池板始終正對光線。采用步進電機作為角度調(diào)整裝置，使系統(tǒng)能上下和左右旋轉(zhuǎn)，并能夠正確檢測光線角度，同時可以進行溫度檢測和顯示。1.2設(shè)計要求1、繪出電路原理圖;2、制作電路圖；3、編寫程序；4、調(diào)試運行。二、設(shè)計報告正文2.1設(shè)計方案總體方向的選擇2.1.1基本系統(tǒng)方

4、案根據(jù)題目要求，系統(tǒng)可以分為支路控制部分和單元控制部分。其中支路控制部分包括：自動檢測光源模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)化模塊、溫度檢測模塊、液晶顯示模塊、步進電機驅(qū)動模塊，單元控制部分包括單元控制器模塊。2.1.2方案選擇根據(jù)題目要求，控制支路主要用于各個模塊的信號接收和辨認(rèn)處理、控制路燈的開關(guān)以及顯示地址等。對于控制支路的選擇我們采用宏晶科技公司（STC）的STC89C52RC作為系統(tǒng)控制器的方案。單片機算術(shù)運算功能強，軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制，并且由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低等優(yōu)點，使其在各個領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在本設(shè)計中，我們采用了單片機分別對7個單元模塊進行監(jiān)測和

5、控制，提高了系統(tǒng)的工作效率，同時CPU分階段地對路燈狀態(tài)控制，減少了外圍設(shè)備。由STC89C52RC控制兩個步進電機分別豎直水平方向轉(zhuǎn)動、檢測光源明暗、溫度檢測和接受模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果等功能，同時檢測光源，并控制步進電機轉(zhuǎn)動自適應(yīng)調(diào)整對準(zhǔn)光源，并達到顯示光線角度及實時溫度等功能。2.1.3設(shè)計思路圖2-1系統(tǒng)設(shè)計框圖2.2硬件電路的設(shè)計2.2.1AD轉(zhuǎn)換模塊1. ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)

6、字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。2. ADC0809引腳結(jié)構(gòu)ADC0809各腳功能如下：D7-D0：8位數(shù)字量輸出引腳。IN0-IN7:8位模擬量輸入引腳。VCC：+5V工作電壓。GND：地。REF（+）:參考電壓正端。REF（-）:參考電壓負(fù)端。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號輸入端。ALE：地址鎖存允許信號輸入端。（以上兩種信號用于啟動A/D轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出引腳，開始轉(zhuǎn)換時為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時為高電平0E：輸出允許控制端，用以打開三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK:時鐘信號輸入端（一般為500KHz）。A、B、C：地址輸入線。如圖2-2所示1EM2

7、IN4J141risr.stistoIN6AEST7BSTCEOCAKE3OECLKvccVRBF+252625空23222?20"1916ITONT?VKKF-J31132圖2-2實物圖和管腳圖ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是05V，若信號太小，必須進行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加米樣保持電路。地址輸入和控制線：4條ALE為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A，B，C三條地址線的地址信號進行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進入轉(zhuǎn)換器進行轉(zhuǎn)換。A，B和C用于選通IN0IN

8、7上的一路模擬量輸入。通道選擇表如表2-3所示。表2-3輸入通道：數(shù)字量輸出及控制線：11條ST為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST上跳沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時，開始進行A/D轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST應(yīng)保持低電平。EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進行A/D轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1,輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0,輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7-D0為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。因ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號必須由外界提供，通常使用頻率為500KHZ,VREF(+),VREF()為參

9、考電壓輸入。3.ADC0809應(yīng)用說明1) ADC0809內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51單片機直接相連。2) 初始化時，使ST和OE信號全為低電平。3) 要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A，B，C端口上。4) 在ST端給出一個至少有100ns寬的正脈沖信號。5) 是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC信號來判斷。6) 當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機了。如圖2-4所示，IN0-IN7分別與8個光敏電阻連接，D0-D7管腳接在單片機1的P3口，ST管腳于單片機1的P1.2連接，OE、EOC分別與P1.0、P1.1連接，A、B和C與P1.4-P1.6連接，CLK接外部時鐘

10、電路，11、12管腳接VCC,13、16管腳接地。2.2.2步進電機模塊1驅(qū)動方法及主要參數(shù)驅(qū)動方式：(4-1-?)導(dǎo)線顏色13456786紅+4楡3黃2粉一1-主要技術(shù)參數(shù)電機型號電壓V相數(shù)相電阻Q±10X步距角度減速比起動轉(zhuǎn)矩100P.P.Sg.cm起動頻率P.P.S定位轉(zhuǎn)矩g.cm摩擦轉(zhuǎn)矩g.cm嘈聲dB絕緣介電強度28BYJ-48543005.625/641:64>300事550三300w35600VAC1S2.步進電機的主要特性：1）步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）

11、轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。2）黑金剛配套的是28BYJ48、5V驅(qū)動的4相5線的步進電機，而且是減速步進電機，減速比為1：64，步進角為5.625/64度。如果需要轉(zhuǎn)動1圈，那么需要360/5.625*64=4096個脈沖信號。3）步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。4）改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。電機線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，電機示意圖和各線圈通電順序圖2-5和表2-6所示：表2-6各線圈通電順序相順序1234561001110210011131110114111100相順序從0到1稱為一步，電機軸將轉(zhuǎn)過5.625度，四相四拍為0-1-2-3則稱為通

12、電一周，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來，而進行相反的通電順序如3-2-1-0將使電機同速反轉(zhuǎn)。同理四相八拍的通電順序為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A（本設(shè)計用的是四相八拍）。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高，則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步顫動。INININININININULN2003OUT1OUT2OUT3OUT4OUTjOUT6OUT7CLAM*VCCSHEADER23467圖2-7步進電機1控制芯片電路IN1OUT1IN2OUT2IN3OUT3IN4OUT4INj

13、OUTJIN6OUT6IN7OUT7CQMXENCLAXPY3aIVCCT.SHE.AEEROoOOOO圖2-8步進電機2控制芯片電路2.2.3電機驅(qū)動模塊本設(shè)計采用51單片機AT89C52（晶振頻率為11.0592MHZ）對該四線八相制步進電機進行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經(jīng)過特定芯片驅(qū)動步進電機。本文選用ULN2003構(gòu)成步進電機的驅(qū)動電路，下面但見介紹下ULN2003的結(jié)構(gòu)和特點：ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與

14、TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003采用DIP16塑料封裝。ULN2003方框圖如圖3-3-1所示。11圖2-9ULN2003內(nèi)部方框圖利用ULN2003以及AT89C54RD設(shè)計的步進電機驅(qū)動電路如圖2-10所示?？?12223L24Al125A4226A3A23.42!AlA3567)1I3(j29072021222324252627AlVCCY1A6A2Y6Y2A5A3Y5Y3A4GNDY4;VCCIIII1

15、413HE9A41784IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7COMMONULN20D311:3Ej11(j9VG0-'OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT?CLAMP圖2-10ULN2003和AT89C52構(gòu)成的驅(qū)動電路51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機的狀態(tài)進行控制。在上述設(shè)計的基礎(chǔ)上采用AT89C52的P0口作為8位共陰數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。2.2.4檢測模塊:I-!I-!11I-!I-!13圖2-11比較控制式太陽跟蹤裝置。設(shè)置一個圓筒形外殼，在圓筒外部，東、南、西、北四個方向上分別布置4只光電阻;其中一對光電阻（PI,P3

16、）東西對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略的檢測太陽由東往西運動的偏轉(zhuǎn)角度即方位角;另一對光電阻（PZ，P4）南北對稱安裝在圓筒的兩側(cè)，用來粗略檢測太陽的視高度即高度角；在圓筒內(nèi)部，東、南、西、北四個方向上也分別布置4只光電阻;其中一對光電阻（PS，P7）東西對稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽由東往西運動的偏轉(zhuǎn)角度；另一對光電阻（P6,PS）南北對稱安裝在圓筒的內(nèi)側(cè)，用來精確檢測太陽的視高度，傳感器外形如圖3-4-1所示。該跟蹤裝置對太陽的高度角和方位角進行雙軸跟蹤，現(xiàn)在單獨研究對方位角進行跟蹤的工作原理，假設(shè)太陽的高度角是不變的，即假設(shè)圓筒是始終在高度方向?qū)?zhǔn)太陽的。當(dāng)太陽光線以與傳感器板垂直

17、的方向照射到傳感器上，兩組光電阻（PI，P3），（P5，P7）接收到的光照度相同，比較電路的輸出值為零。當(dāng)太陽光偏離垂直方向一個較小的角度時（Pl，P3）這一對光電阻可能受環(huán)境散射光的影響，不會反應(yīng)出太陽光線的變化;而（PS，P7）這一對光電阻受到了圓筒對環(huán)境散射光的屏蔽保護，它們接收的照度會出現(xiàn)差值，這就是偏離信號。該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制單元開始工作，控制自動跟蹤器調(diào)整太陽光接收裝置的角度，直到太陽光接收裝置對準(zhǔn)太陽。當(dāng)太陽光偏離了一個較大的角度時（陰雨天或者烏云過后），筒內(nèi)的傳感器可能接收不到太陽光，筒外的傳感器就能反應(yīng)出照度差值，該信號經(jīng)放大后送入控制單元，控制跟蹤器開始工作。

18、高度角的跟蹤基本原理及工作雷同。為了使傳感器準(zhǔn)確的跟蹤太陽運動，首先要通過試驗找出較為合適的光敏電阻。當(dāng)光敏電阻的阻值較小的時候，光電阻在太陽照射下可能會很快達到飽和狀態(tài)，此時采集的信號就失真，不能正確反應(yīng)太陽光線的變化情況，會影響到跟蹤效果，跟蹤精度因此降低。但提高光敏電阻的阻值，使得相應(yīng)的供電電源的電壓要變大才能驅(qū)動跟蹤器，提高了能耗及其成本。其次要設(shè)計長度合適的圓筒。理論上講，圓筒的長度越長，跟蹤器的精度就越高。隨著圓筒的增長，內(nèi)部兩個光電阻同時接受太陽光照的太陽光偏離角度的范圍會變?。患僭O(shè)圓筒內(nèi)部兩個光電阻同時直接受到太陽光照射的情況下，長圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為A,如圖1.10

19、a所示，即太陽光線的偏離角度在A的范圍內(nèi)，長圓筒內(nèi)部的兩個光敏電阻不會出現(xiàn)照度差;短圓筒允許太陽光偏離角度的范圍為B,如圖1.10b所示，即太陽光線的偏離角度在B的范圍內(nèi)，短圓筒內(nèi)部的兩個光敏電阻不會出現(xiàn)照度差。當(dāng)使用長圓筒時，假設(shè)太陽光線偏離一個超出了范圍A又在B的范圍內(nèi)的角度，如圖1.10c，所示因為偏離角度超過了范圍A,圓筒內(nèi)部兩個光電阻產(chǎn)生了照度差值，該信號經(jīng)過處理放大，控制跟蹤器跟蹤上太陽；如果此時使用較短圓筒，偏離角度在B的范圍內(nèi)則不會使內(nèi)部兩個光電阻產(chǎn)生照度差，系統(tǒng)不會進行跟蹤，因此此時系統(tǒng)的精度高于使用短圓筒的情況。太陽光線偏離角度在一個較大范圍內(nèi)時，長圓筒內(nèi)部的兩個光敏電阻不

20、會出現(xiàn)照度差，系統(tǒng)不能連續(xù)跟蹤太陽光線的角度變化。（呂）圖2-12不同長度圓筒的太陽光偏離角度方位示意圖圖2-1317ADO2了AD0226ADO?25ADC-43H2HIh2.2.5顯示模塊如圖2-14數(shù)碼管管腳A1到A8是位選接入單片機的P0口，A9到A12是段選P2.4到P2.7口。如圖3-13所示LED數(shù)碼管在本次設(shè)計需要數(shù)字顯示，一個LED數(shù)碼管可用來顯示一位09十進制數(shù)和一個小數(shù)點，在小型專用微機系統(tǒng)和單板機等場合，它是主要的顯示器件，在通用微機系統(tǒng)中，也常用來作為狀態(tài)等顯示。對于共陰極顯示器，要點亮的顯示段引腳需接低電平1,要顯示的是輸出電壓值為數(shù)字，它有簡單、經(jīng)濟、易于與單片機

21、接口等優(yōu)點。VCCVCCPC'.O(AD)PC'.1(AD1)PC-.2(AD2)PC'.3(AD3)PC'.4(AD4)PC'.5(AD5)PC-.(ADPC-.7(AD7)甌VP焉ALE(IE.OG)PSENP2.7(A15)P2.-5(A14)P2.5(A13)圖2-14數(shù)碼管顯示模塊2.2.6單片機模塊1.AT89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳AT89S52是一個低功耗高性能單片機，40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時內(nèi)含2個外部中斷口，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在

22、線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。管腳說明如下：VCC:電源。GND：地。P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用做高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在Flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。在程序校驗時，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動4個TT邏輯電平。當(dāng)對P1端口寫

23、“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分別作為定時器/計數(shù)器2的外部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和定時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在Flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TT邏輯電平。對P2端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口：P3口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8位

24、雙向I/O口，P2輸出緩沖器能驅(qū)動4個TT邏輯電平。對P3端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。當(dāng)作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流（IIL）。P3口也可作為AT89S51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（記時器0外部輸入）P3.5T1（記時器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST:復(fù)位輸入。在晶振工作時，RST

25、腳持續(xù)兩個機器周期高電平將使單片機復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST腳輸出96個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR（地址8EH）上的DISRTO位可以使此功能無效。在DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。ALE/PROG:地址鎖存控制信號（ALE）在訪問外部程序存儲器時，鎖存低8位地址的輸出脈沖。在Flash編程時，此引腳（PROG）也用做編程輸入脈沖。PSEN:外部程序存儲器選通信號（PSEN）是外部程序存儲器選通信號。當(dāng)AT89S52從外部程序存儲器執(zhí)行外部代碼時，PSEN在每個機器周期被激活兩次，而在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，PSEN將不被激活。EA/VPP:訪問外部程序存儲器控制信號。為使

26、能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC。在Flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。XTAL1：振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。AT89S52單片機引腳功能介紹（如圖2-15）：140239338斗375366357348339321031113012291328142715269S52DIP封1724182319222021(T2)P1.0(T2EX)P1.1匚P1.2匚P1.3匚P1.4匚(MOSI)P1.5匚(MISO)P1.6匚(SCK)P1.7匚RST匚(RX

27、D)P3.0匚(TXD)P3.1匚(INTO)P3.2匚(INT1)P3.3匚(TO)P3.4匚(T1)P3.5匚圖2-®AT8(RD)P3.7匚2單片機1電路設(shè)計靈;： VCC PO.O(ADO) P0.1(AD1) P0.2(AD2) P0.3(AD3) P0.4(AD4) P0.5(AD5) P0.6(AD6) P0.7(AD7) EA/VPP ALE/PROG PSEN P2.7(A15)P2.6(A14) P2.5(A13)罐管腳分布圖 P2.2(A10) P2.1(A9) P2.0(A8)OE1EOC2STrJD3斗D4*JD5D6D7sRST5ST10EOC11OE12

28、CLK13ALE141H152H3H17XTAL2ISXTAL11920GNDP1.0(T2)VCCP1.1ST2EX)PQ.0(AD0)Pl.2PD.1(AD1)Pl.3PD.2(AD2)Pl.4P0.3(AD3)Pl.5PQ.4(AD4)Pl.6PD.5(AD5)Pl.7PD.5(AD5)RSTPD.7(AD7)P3.0(RXD)EA(V瑪PS.lfTXD)ALE(IROG)P3.2(INT0)PSENP3.3(INT1)P2.7(A15)P3.4CT0)P2.6(A14)P3.5(T1)P2.5(A13)P3.S(rR)P2.4A12)P3.7(EtO)P2.3(AU)XTAL2P2.2

29、(A10)XTAL1P2.1(A9)GNDP2.0(AS)E5C5231E5C523?34rrJJ2E-4D012726ADCj25adm2斗232221迅；L棍怖看圖2-16單片機1與ADC0809連接：gnd匚3單片機2電路設(shè)計:AEllAD022ADO33AD0441：TTII17L4互近TsI?IFPl,D(T2)vccPl.l(TJEX)PC.0(ADC；.Pl.2PC.l(ADl)Pl.3PC.2(AD2)Pl.斗PC.3(ADS)Pl.5PC.4(AD4)Pl.5P0.5(AD5)Pl.7PC.5(ADC)RSTPC.7(AD7)P3.O(RXD)EAfVP丹P3.1(TKD)A

30、LE(PROG)P3,2(IKTC)PSENP3.3(INT1)Pl.7(Al5)P3,4(TD)Pl.5(Al4)P3；J(T1)Pl.5(Alj)P3.5(WR)Pl.4(Al2)P3,7(RO)Pl.3(Al1)XTAL2Pl.2(Al0)XTAL1P2.1(A9)GNDELKAS)S9C2GND圖2-172.3系統(tǒng)軟件設(shè)計本設(shè)計，程序采用c語言進行設(shè)計。程序中主要有以下幾個主要子程序：主程序，ADC0809初始化、采集、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)程序，電機驅(qū)動控制程序。程序源代碼見附錄。三、設(shè)計重點在本次課程設(shè)計的實驗中我主要負(fù)責(zé)硬件的選擇和電路圖繪制（電路圖總圖見附錄）及電機驅(qū)動的設(shè)計，以及焊接電路板

31、。本實驗的硬件電路米用是兩個單片機來控制，有一個單片機來控制米集的數(shù)據(jù)，并通過ADC0809轉(zhuǎn)換到單片機進行比較大小。然后通過P2.4、P2.5、P2.6三個口輸出到另外一個單片機。通過比較三根信號線的信號高低來控制電機正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)工作。本設(shè)計所采用的是28BYJ48型步進電機，它使用+5V直流電源，步距角為5.625度。電機線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，電機示意圖和各線圈通電順序圖3-2-1和表3-2所示：表3-2各線圈通電順序如圖相順序123456100111021001111931110114111100相順序從0到1稱為一步，電機軸將轉(zhuǎn)過5.625度，四相四拍為0-1-2-3則稱為

32、通電一周，若循環(huán)進行這種通電一周的操作，電機便連續(xù)的轉(zhuǎn)動起來，而進行相反的通電順序如3-2-1-0將使電機同速反轉(zhuǎn)。同理四相八拍的通電順序為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A（本設(shè)計用的是四相八拍）。通電一周的周期越短，即驅(qū)動頻率越高，則電機轉(zhuǎn)速越快，但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因為它每走一步需要一定的時間，若信號頻率過高，可能導(dǎo)致電機失步，甚至只在原步顫動。在設(shè)計中我們采用采用51單片機AT89C52（晶振頻率為11.0592MHZ）對該四線八相制步進電機進行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進電機的控制信號，信號經(jīng)過特定芯片驅(qū)動步進電機。本文選用ULN2003構(gòu)成步進電

33、機的驅(qū)動電路，下面但見介紹下ULN2003的結(jié)構(gòu)和特點：ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅NPN達林頓管組成。該電路的特點如下：ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003采用DIP16塑料封裝。ULN2003方框圖如圖3-3-1所示。圖3-3-1ULN2003內(nèi)部方框圖利用ULN2003以及AT89C52RD設(shè)計的步進電機驅(qū)

34、動電路如圖3-3-2所示。072021222324252627垃片盤LITuT23IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7COMMON24茁28il10113029V2122|23AlVCCY1A6A2Y6Y2A5A3Y5Y3A4GNDY4ITT2A23A3567HD74LS141413亙HE101A48'73斗5jIIIIImm_nJLN200：311.113Ej11(j9yce-OUT1OUT2OUT3OUT4OUT5OUT6OUT7CLAMP圖3-3-2ULN2003和AT89C52構(gòu)成的驅(qū)動電路我們本來打算在ULN2003前面加一個751S14來穩(wěn)壓，但是我們發(fā)現(xiàn)不加這個芯片

35、也能實現(xiàn)電機正常功能。在試驗中采用10uf的電解電容以及復(fù)位開關(guān)進行復(fù)位，復(fù)位電路如下圖所示如上圖所示，當(dāng)開關(guān)沒有閉合時電源對電解電容進行供電。當(dāng)復(fù)位開關(guān)閉合時，電源和電解電容同時向單片機的rest口輸出高電平，讓單片機復(fù)位。另外，在這次試驗中我還負(fù)責(zé)焊接電路圖，由于電機的轉(zhuǎn)矩有限，因此我們選擇很小的電路板焊接。在焊接檢測電路的時候，怎樣布局顯得非常重要，要將8個帶有光明電阻的放大電路焊接在一起，可以說是非常困難的，但是通過我的認(rèn)真思考，最終完成了布局。25四、設(shè)計總結(jié)本次課程設(shè)計培養(yǎng)了我對計算機控制技術(shù)更全面的認(rèn)識，以及對于PROTEL、KEIL、VISUALC+等相關(guān)軟件的深入的學(xué)習(xí)，從而

36、提高我分析解決此類問題的能力。同時，對于使用計算機仿真的方法也有了更加深入的了解。雖然，本設(shè)計通過兩片AT89C52分別控制數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片ADC0809與電機驅(qū)動控制芯片構(gòu)成數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換電路與電機驅(qū)動控制電路實現(xiàn)光源的自適應(yīng)控制。同時又利用單片機AT89C52內(nèi)部計時器，節(jié)約了大量資源。但是，由于存在步進電機轉(zhuǎn)角度數(shù)精度不高、ADC0809數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換不夠精確等問題，所以本設(shè)計還有待繼續(xù)研究和改進。在本次課程設(shè)計中，對我?guī)椭畲蟮倪€是老師在我求解的整個過程中對我的悉心指導(dǎo)與錯誤糾正。完全可以說碰到困難，最快捷的方法就是問老師，這也使得我在小問題上節(jié)省了很多時間來應(yīng)付更大的障礙。特在此忠心感謝我們的指

37、導(dǎo)老師蔣建春老師！五、參考文獻1 張毅剛.單片機原理及應(yīng)用M.北京：高等教育出版社，2010.5.2 AT89S51中文資料ADC0809中文資料4ULN2003中文資料六、附錄附錄一：電路圖總圖IIIIIIIInnnn三三附錄2：電機驅(qū)動模塊XIKLOCTLK2on203OUT304OCT4ISjOCTiE百OO百tjttOO7CCMJOKC1AMFvccvc匸IE3KZaDE氏光源檢測模塊竺VCXJFlvocEl二OR"E?.TTQRE?._縣工工OKE?._E?.Z:KokTKQKK0EKli0KADC轉(zhuǎn)換模塊:STECCE01_匸GKD'l|Di-34eVhl-ein

38、ixixixstedz口D6E"帀DO|S7D.WC-J5O929附錄4：元件清單名稱型號數(shù)量數(shù)值單片機STC89C52RD2步進電機28byj-482步進電機驅(qū)動芯片ULN20034六反相施密特觸發(fā)器74HC142八進制3態(tài)非反轉(zhuǎn)透明鎖存器74HC5734電阻1010K50510Q501K504.7K5010K可變電阻20三極管NPN901420電容1030pf電解電容10數(shù)字溫度傳感器dsl8b208復(fù)位開關(guān)24段共陰數(shù)碼管2白光led40模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08094光敏電阻GL550620反向器CD40692電源穩(wěn)壓芯片78052萬用板2底座雙列直插40引腳2雙列直插28引腳4雙

39、列直插20引腳4雙列直插8引腳4其他焊錫一卷，排針、導(dǎo)線若干，小螺釘加冒若干附件5：程序單片機1程序：#includereg52.h#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharucharcodeLEDData二0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;ucharcodepip8=0x0f,0xlf,0x2f,0x3f,0x4f,0x5f,0x6f,0x7f;/通道選擇uintbuffer8=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00;/數(shù)據(jù)存放charc

40、harset10='0',T','2','3','4','5','6','7','8','9'sbitP25=P2'5;sbitP26=P2飛；sbitP24=P2"4;sbitOE=P10;sbitEOC=Pl;sbitST=P12sbitCLK=P3'3;uchari=0;uchars6='I','','=','','','&#

41、39;voidlong_char(ucharl,char*s)*(s+3)=charsetl/100;*(s+4)=charsetl%100/10;*(s+5)=charsetl%10;voidDelayMS(uinti)/延時iMSucharx,j;for(j=0;ji;j+)for(x=0;x=148;x+);voidSendStr(unsignedchar*s);/*串口初始化*/voidInitUART(void)SCON=0x50;/SCON:模式1,8-bitUART,使能接收TMOD|=0x20;/TMOD:timer1,mode2,8-bit重裝TH1=0xFD;/TH1:重裝值9600波特率晶振11.0592MHzTR1=1;/TR1:timer1打開EA=1;/打開總中斷/ES=1;/打開串口中斷/*發(fā)送一個字節(jié)*/voidSendByte(chardat)SBUF=dat;while(!T