单片机步进电机控制毕业设计说明书.doc

1、毕业设计（论文）说明书- 1 -目录目录 .1前言 .31 绪论 .41.1 选题背景 .41.2 百叶窗帘发展现状 .41.3 选题意义 .52 总体方案设计 .72.1 设计的总体思路 .72.2 系统功能要求 .72.2.1 硬件功能要求 .72.2.2 软件功能要求 .82.3 单片机机型选择 .82.4 方案选择论证 .82.4.1 方案的提出 .92.4.2 方案的比较 .92.4.3 方案的确定 .92.5 系统硬件结构 .92.5.1 光控电路测光部分 .102.5.2 单片机控制执行部分 .112.5.3 电机控制执行部分 .112.5.4 时钟电路控制部分 .133 输入通

2、道说明 .143.1 光敏传感器的性能 .143.1.1 光敏传感器的定义 .143.1.2 光敏传感器的发展趋势 .16毕业设计（论文）说明书- 2 -3.1.3 光敏传感器的特性 .173.1.4 光敏传感器的分类 .183.1.5 光敏传感器的作用 .184 MCS-51 单片机的基本结构及工作原理 .194.1 MCS-51 单片机 基本结构 .194.2 输入/输出端口的功能及使用说明 .214.2.1 端口负载能力和要求 .234.3 中断系统 .244.3.1 中断控制功能 .244.3.2 中断系统的初始化 .244.4 定时器/计数器 .254.4.1 定时器/计数器的初始化

3、 .255 MCS-51 系列单片机的系统扩展 .275.1 单片机外部总线结构 .275.1.1 MCS-51 单片机扩展时的地址译码方法 .275.2 程序存储的扩展电路 .275.2.1 典型的 EPROM 外引脚排列和功能图 .285.3 简单的并行 I/O 接口扩展 .285.3.1 并行 I/O 口 8255A 的扩展 .286 电机控制 .316.1 步进电机概述 .316.1.1 步进电机的工作原理 .316.2 光电隔离器的工作原理 .366.3 步进电机的驱动控制系统组成 .396.4 步进电机控制程序设计 .397 结束语 .46致谢 .47参考文献 .48毕业设计（论文

4、）说明书- 3 - 前言当今，随着科学技术的发展，计算机技术带来了科研和生产的许多重大的飞跃，特别是单片微型计算机的应用已经渗透到生产和生活中的各个方面，有力的推动了社会的发展。单片微机以其体积小，集成度高，价格便宜，在数据处理、实时控制等方面无与伦比的强大功能而受到广大科技工作者的好评。其性能不断提高，应用范围愈来愈广，在计算机应用领域已突显出日益重要的地位。它的应用程度已经成为衡量一个国家科学技术水平的一项重要指标。百叶窗帘遮阳控制电路就是单片微型计算机的一个典型的应用。现在市面上的百叶窗帘品种繁多，功能强大。作为一个毕业设计的课题，我们本着从大处着眼，从小处入手的原则，对单片机的应用做了

5、一些初步的尝试和探讨。我们利用了 MCS51 单片机 I/O 口的扩展技术以及外接的锁存器 74LS373 实现了扩展并行 I/O 接口功能，从而以单片机为控制核心，初步实现了市面上的百叶窗帘遮阳控制的一些基本功能。在将近两个月的时间里，在李老师的认真指导下，完成了这次毕业设计的任务。实现了预期的目的，在此我要特别感谢李文忠老师的细心指导。由于我们的水平有限，时间也很仓促，所以论文中一定会有很多的不足之处，敬请读者批评和指正。毕业设计（论文）说明书- 4 - 1 绪论1.1 选题背景窗户是居室的眼睛，一幅搭配得体的窗帘对于提升居室的氛围有着非常重要的作用，是家居装饰中最出彩的部分。窗帘装饰用品

6、，被称为“房屋的名片”，可以反映屋主人的品位和地位。 提起百叶窗，会让人想起许多浪漫美丽的片段。电影中，百叶窗背后的女孩偷偷望着窗外的心爱男孩，无限温柔的眼神从百叶窗的缝隙中流露，画面中带着一种含蓄的美丽。而一到了夏天，漂亮的百叶窗也摇身一变成了家居中的实用品，通过窗叶角度的变化，窗外的阳光往室内投射出不同的光影，就这样，百叶窗和夏日阳光玩起了调皮的捉迷藏游戏。 在许多人的观念中，百叶窗似乎难登大雅之堂，而若想要为窗户穿上外套，人们的首选也是布艺窗帘。不过，在一些以现代风格设计的家居中，百叶窗却大量出现在了客厅、卧室、洗浴间等家居主要的地方，其装饰效果非常好。据说，家居设计师对百叶窗之所以如此

7、喜爱是因为百叶窗比起窗帘来，能够更加灵活地调节室内的光线，为室内营造不同感觉的光线效果，增添家居的灵动气息。而且百叶窗既实用又美观，从经济角度上来看，比起定做窗帘的花费也要少得多，比较适合追求时尚的年轻人。此外，百叶窗之所以在夏天特别受欢迎，不仅因为它可以遮挡窗外射进来的光线，还在于它能够保证室内的通风。只要轻轻转动调节杆，百叶窗的叶片角度便能够自由调节，让人们在夏日的房间里也能够尽享空气流通的舒适感。在这个快节奏的都市生活中，人们更强调产品的便捷性和功能性，因此百叶窗更符合现代人对家居生活高标准要求。毕业设计（论文）说明书- 5 -1.2 百叶窗帘发展现状百叶窗帘遮阳控制电路采用光敏传感器作

8、为感光元件，具有优越的遮光性及遮蔽性，可按自己的需要任意调整光线，是二十一世纪居家、办公皆宜的个性化装饰品。新品的百叶窗风格多样，或华丽，或粗犷，或可爱，或清雅，多元化的材质令百叶窗有了更加传神的形态，也让百叶窗在各种风格家居中的适用性进一步提高。除了传统的塑料、木片和铝合金制作的百叶窗之外，清新自然的竹片、草席制作的百叶窗帘和现代感十足的粗糙毛纺布艺窗帘亦成为百叶窗家族中的新成员。竹片和草席编成的百叶窗帘色彩清雅柔和，本身的材质带有一种天然的清凉感，能降低夏日家居的温度，与中国传统朴素风格的家居也非常契合。而竹片和草席窗帘材质轻盈，使用时轻巧灵活，即使风吹雨打日晒也不会伸缩变形。而毛纺布艺百

9、叶窗感觉时尚，夏天的布艺百叶窗新品在材质上也创新的以粗糙面目示人，不同色彩的丝麻质布料包裹着百叶窗的叶片，摸上去虽然手感粗糙，却与百叶窗浑然一体，给简洁的空间带来一种赏心悦目之感。如今，已是 21 世纪，此时的百叶窗帘除了具有一般百叶窗通风、遮阳、隐密、美观的特点外，还具有了防盗、隔音、隔热、采光、遮雨、逃生、防蚊虫的特点，这样就最大限度地解决了一般用户在选择窗户时所要碰到一切问题，如省下窗帘、遮雨（阳）篷，不用担心下雨有没有关窗户，室外的噪音也吵不着睡觉的你，冷器的效果也达到最佳。精益求精，为解决百叶窗在关闭下室内采光问题，研究开发出新型PCTC 板叶片，使百叶窗拥有水晶板透光怀，为您创造出

10、安静、明亮的生活工作空间，而且还能有效的防紫外线。层出不穷，奋勇向上，给人们生活增添无限生趣。1.3 选题意义随着现代科学技术的不断发展，传感器技术、计算机技术和通信技术已经成为 21 世纪最常用、最基础、最实用的技术。因此，作为提供信毕业设计（论文）说明书- 6 -息的传感技术及传感器已经进入一个飞速发展的新阶段。然而作为现代居家个性装饰的百叶窗帘，它以其无可比拟的优越性快速发展起来，为了进一步了解百叶窗帘遮阳控制电路，因此选做该题。本次设计不仅是对于我们所学知识的深究，而且对于我们独立思考问题能力的培养都有很大的帮助。另外，我们还学会了怎样去查阅资料，怎样分析问题、解决问题。我认为这是一笔

11、可贵的财富。无论我们以后是继续深造，还是参加工作，我想这都是很有意义的。毕业设计（论文）说明书- 7 - 2 总体方案设计2.1 设计的总体思路本题要求设计百叶窗帘遮阳控制电路，首先，我们要考虑它的整体性，主要有以下几个原则：(1) 遵循从整体到局部的设计原则。在硬件和软件的设计过程中，应遵循从整体到局部的设计原则，把复杂难处理的问题分为若干个较为简单的、容易处理的问题，分别加以解决。(2) 经济性要求。为了获得较高的性能价格比，设计时不应盲目追求复杂高级的方案。在满足性能指针的前提下，应尽可能采用简单的方案，方案简单,这样所用的元器件就少，可靠性高，而且比较经济。(3) 可靠性要求。所谓可靠

12、性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。(4) 操作和维护要求。在百叶窗帘遮阳控制电路的硬件和软件设计时，应当考虑操作方便，尽量降低对操作人员的专业知识的要求，以便产品的推广应用。其次，根据本课题所研究的对象以及它要实现的功能，利用现有工艺条件， 设计一个百叶窗帘遮阳控制功能的单片机系统，实现其在光照强弱下的开合控制。系统总体设计方案如下图 2-1 所示：图 2-1 总体设计方案图2.2 系统功能要求2.2.1 硬件功能要求毕业设计（论文）说明书- 8 -本设计的硬件部分主要是由光控电路测光部分、单片机控制执行部分、电机控制执行部分以及时钟电路控制部分组成，它们分别完成不同的

13、功能，光控电路测光部分是完成输入通道对信息的处理，单片机控制执行部分是对其外围电路进行控制，最终由步进电机实现对百叶窗帘的控制。硬件的良好性能正是保证系统正常实现和运行的前提，是设计的重要部分。2.2.2 软件功能要求软件设计的总体概述是，以简单的操作命令为基础，能使操作人员方便、容易地掌握该程序的基本操作和功能原理。为了实现单片机与步进电机之间的通信，以接收从输入通道传送进来的信息，我们要选用能满足信号比较的光敏传感器及其电路，快速而及时的传输实时信息；通过编写单片机的初始化程序，设置单片机的功能口、时钟频率等信息，从而传送给单片机进行驱动步进电机，实现对百叶窗帘的控制。这就是整个通信、传输

14、、驱动的过程。下面会详细介绍单片机、及驱动步进电机的选择。2.3 单片机机型选择单片机是一种特殊的计算机，根据工业测控系统数字化、智能化的迫切要求而提出的。由于它的集成度高、功能强、通用性好，特别是它具有体积小、重量轻、能耗低、价格便宜、可靠性高、抗干扰能力强和使用方便等独特优点，使单片机迅速得到了推广应用，并成为新电子产品的关键部件。单片机的分类方式有很多种，按位数来看，有 4 位、8 位、16 位和32 位单片机，8 位单片机从 1976 年面世至今，其技术已有了巨大的发展，目前乃至将来仍是单片机的主流机型。MCS 51 单片机是 Intel 公司在1980 年继 MCS48 系列 8 位

15、单片机之后推出的高档 8 位单片机。MCS51 单片机在性能和片内功能方面大大优于 MCS48 系列单片机。由于考虑到单片机本身的性能和课题开发的特点，综合各方面性能来看，我选用 MCS-51 系列单片机 8031。毕业设计（论文）说明书- 9 -2.4 方案选择论证百叶窗帘遮阳控制电路是由光控电路测光部分、单片机控制执行部分、电机控制执行部分，时钟电路控制部分组成。针对任务要求，我们发现此项设计的核心部分在单片机控制执行以及电机控制执行部分。因此，设计方案的比较主要对此展开。2.4.1 方案的提出方案一：采用电机控制活动转轴使每个窗叶转动一定的角度来实现对窗帘的控制。方案二：采用电机控制全部

16、窗叶实现对窗帘整体的开合控制。2.4.2 方案的比较方案一所谓的电机控制活动转轴使每个窗叶转动一定的角度来实现对窗帘的硬件单独控制，此方式最大优点是无需程序设计。但这种设计存在致命的缺点：电路复杂，硬件利用率低，成本比较大。所以此方式不被采用。方案二采用电机控制全部窗叶实现对窗帘的开合控制。所谓的对全部窗叶的开合控制，即当光照强/弱时，以光敏传感器 RG 和电容 C 组成的 RC 充放电路把信号传送给 MCS51 单片机，单片机经过 8255A 并行口的扩展，取控制字从而实现对步进电机的正/反转控制，最终步进电机驱动负载，即对全部窗叶实现整体的开合控制。相对方案一电路构成简单，比较经济。2.4

17、.3 方案的确定在此次设计中我采用方案二实现对百叶窗帘的遮阳控制，具体设计在下面的叙述中将详细讨论。2.5 系统硬件结构百叶窗帘遮阳控制电路是由光控电路测光部分、单片机控制执行部分、电机控制执行部分，时钟电路控制部分组成，其系统硬件方框图如图 2-2 所示：毕业设计（论文）说明书- 10 -图 2-2 系统硬件方框图2.5.1 光控电路测光部分光控电路测光部分是本设计中的输入通道，主要由光敏二极管RG、C1、VT1 组成，利用了单片机的 P3.4 和 P3.5 完成对环境亮度的测试工作。如图 2-3 所示，其工作原理为：RG 可以使用光敏电阻或者光敏二极管，本电路中使用光敏二极管。C1 和 R

18、G 组成 RC 充放电回路，P3.4 处于高电平的时候，P3.4 的高电压用过 RG 的正向电阻向 C1 充电，此时电机处于停止状态。当 P3.4 被单片机拉低后，此时电机处于启动状态，C1 通过光敏元件放电，光敏二极管工作在反向电压状态下，此时环境亮度决定了光敏二极管的光阻值，光阻值大，C1 放电速度慢，反之放电速度快。适当控制 P3.4 的拉低脉冲宽度，使得 C1 放电工作在线性比较好的一个工作段上。P3.5 用来检测C1 在 P3.4 拉低期间放电的电压状态，当 C1 电压下降到 1/2VCC 以下后，P3.5 测得数据为“0” ，电机反转；反之测得为“1” ，电机正转。为了减小 P3.5 对 C1 充放电的影响，C1 充放电电压通过三极管 VT1组成的射极输出器连接到 P3.5 上，射极输出器的高输入阻抗减小了P3.5 对 RC 充放电电路的影响。