基于单片机红外发射步进电机控制系统设计毕业设计说明书(38页).doc
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1、-基于单片机红外发射步进电机控制系统设计毕业设计说明书-第 29 页毕业设计说明书基于单片机红外发射步进电机控制系统设计专业学生姓名 班级学号 指导教师 完成日期毕业设计说明书独创性声明本人声明所呈交的毕业设计说明书是本人在导师指导下进行的研究、设计工作后独立完成的。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,说明书中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究所做贡献集体和个人,均己在说明书中作了明确的说明并表示谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计说明书作者签名: 日期: 年 月 日指导教师签名:日期: 年 月 日基于单片机红外发射步进电机控制系统设计摘 要:介绍了一种基
2、于STC89C52单片机红外发射步进电机控制系统的设计,整个设计主要是涵盖了硬件设计和软件设计,硬件设计部分包括红外发射电路设计和红外接收电路的设计,其中红外发射部分包含设计单片机最小系统、独立式键盘、红外线发射电路,红外接收部分包含设计单片机最小系统、液晶显示屏(LCD)电路、步进电机驱动电路、红外线接收电路。软件设计方面主要涵盖红外编码和解码、步进电机驱动程序、LCD显示程序、独立式键盘程序等等。整个设计的系统功能是通过红外发射电路发射不同的载波编码,红外接收电路将这些红外信号接收到之后进行软件解码进而来控制步进电机的正转、反转、加速、减速、启动、停止,在同一时间步进电机的工作状态,通过液
3、晶显示器(LCD)清晰的显示出来,这样我们就可以更加清楚地看到步进电机的实时运行状态了。整个系统采用了分块步进的方法进行设计,按模块设计调试,把每个模块独立调试成功后,最后再结合一起,有效的防止大问题发生,避免了互相影响而出现误差的情况,使系统更加稳定和精确,经过最后实物的调试运行,整个系统运行良好,工作正常,要求的各项功能都能很好的完成,稳定性很好.关键词:AT89C52单片机;步进电机;红外遥控;液晶显示屏Design Of The Control System Of Single-chip Stepper Motor Based On Infrared Emission Abstract
4、:Introduced a single-chip design STC89C52 infrared emission control system based on stepper motor , designed primarily covers the entire hardware and software design , hardware design , including infrared transmitter circuit design and infrared receiver circuit design , which includes the design par
5、t of the infrared emission smallest single-chip system , separate keyboard , infrared transmitter, infrared receiver section contains the smallest single-chip system design , LCD display (LCD) circuit , stepper motor drive circuit , infrared receiver circuit . Software design covers mainly infrared
6、encoding and decoding , stepper motor drivers , LCD display program, separate keyboard procedures.Function of the whole system is designed to transmit via infrared transmitter circuit different carrier encoding these infrared receiver circuit after receiving the infrared signal decoding software to
7、control the stepper motor and then forward, reverse , acceleration, deceleration , start , stop , at the same time work status stepper motor through the liquid crystal display (LCD) clearly displayed , so that we can see more clearly the real-time operating status of the stepper motor .The entire sy
8、stem uses a method of stepping block design, module design by commissioning an independent after the successful commissioning of each module , and finally combined together , effectively prevent big problems , to avoid the emergence of error conditions affect each other , so system more stable and p
9、recise , after the last kind of commissioning , the entire system is running well , work, the functional requirements can be well done , good stability .KeyWords: AT89C52 microcontroller ; Stepper motor ; Infrared remote control; Liquid crystal display目 录1. 概述11.1 课题研究背景11.2 课题研究的意义11.3 课题研究的主要内容12.
10、 设计方案确定及设计原理分析22.1 整体设计原理22.2 红外技术原理22.3 红外发射端原理32.4 红外接收端原理33 系统硬件设计与实现43.1 微机系统电路43.1.1 STC89C52单片机介绍43.1.2 时钟电路设计53.1.3 复位电路53.2 红外线发射电路63.3 独立式键盘电路设计73.4 红外线接收电路83.5 LCD1602液晶显示屏模块电路93.6 步进电机电路104. 系统软件设计134.1 红外编码子程序设计134.2 按键子程序设计154.3 LCD显示电路程序设计154.4 红外线解码判断子程序设计164.5 步进电机控制程序165. 系统调试与测试175
11、.1 软件调试与测试175.2 硬件调试与测试175.3 结论196. 结束语20参考文献21致 谢22附 录24附录1.基于单片机红外发射步进电机控制系统设计电路原理图24附录2.基于单片机红外发射步进电机控制系统元件清单25附录3. 基于单片机红外发射步进电机控制系统设计源程序26基于单片机红外发射步进电机控制系统设计 1. 概述1.1 课题研究背景此次课题设计的思想是基于单片机来控制红外线发射从而遥控步进电机的运动状态。目前在我们生活的各个领域中单片机已经大面积的渗透进去了,想找一个没有单片机的领域已经几乎不可能找到了。比如许许多多导弹上的导航配置,各种各样装备上的仪表控制操作,网络通信
12、以及一些基于计算机的数据传输,自动化过程中的对数据的分析和时时检测,遍及广泛的多种多样IC卡,小型车的平安保护系统,Cameras、 video recorders、Automatic washing machine,还有一些遥控玩具、电子器件等等,以上提到的设备中单片机在里面都起着独一无二的作用,可以说离开单片机这些都玩不转。况且近年来,经济的迅猛发展使得科学技术也得到了很大的发展空间,最明显的改变就是人们的各方面都有了显著的提高尤其是在生活质量方面,现在普通人的家里都有了各种各样的远程控制设备,这已成为人们生活中不可或缺的手段,因为远程控制具有低功耗、低成本等许多优点,因此现在好多家用电器
13、都采用红外遥控的方式。所以通过本课题的设计和研发会对未来具有很大的意义和价值!1.2 课题研究的意义此次研究的课题其最大的意义,是着重的体现了自动化专业的本质,有很强的结合力,智能控制。并且将大学四年学习到的单片机课程的知识付诸到实践中去研究,十分透彻完全的了解到了单片机的红外遥控技术和控制方法。此外,通过本次设计,更可以提高自己的动手能力,而且实践能力也得到了提高。1.3 课题研究的主要内容本课题是基于单片机红外发射步进电机控制系统设计,整个红外遥控以STC89C52单片机为核心来控制步进电机的运动状况,主要功能是利用独立的按键来控制步进电机的运行方向(反转、正转)和转速(速度加快、速度减慢
14、)。整个设计由红外发射和红外接收二个部分组成。单片机最小系统、红外线接收电路、步进电机驱动电路、液晶显示屏(LCD)电路一起组成了红外接收部分;红外发射模块则由单片机最小系统、红外线发送电路、独立式键盘电路所构成。2. 设计方案确定及设计原理分析2.1 整体设计原理遥控编码和解码集成电路是现今市场上面比较常用的。因为这样制作起来比较简单,但由于其功能键的数量和功能的制约,应用的具有一定的局限性,只是适用于特定的应用程序,整体来说它的范围是有限的。而本课题的红外遥控以单片机为核心来进行设计的,这样的设计具有很多的优点例如灵活的编程、可以随意的设定操作码数量的多少等。整体的设计原理是当一个按钮被我
15、们按下的时候,单片机识别的其关键特性,找到代表其的一段二进制数,然后进行编码,之后将这一段脉冲信号与CPU发出的38 khz频率的载波二次调制,经缓冲放大,便可以激发红外发光二极管的功能即将电能转化为光能,这样红外发光二极管就能发射38Khz频率红外线了,然后发射的红外信号就会被红外接收端给接收到,然后单片机反编码信号,确定控制信号,从而实现控制电路的控制功能,从而完成远程控制。2.2 红外技术原理在光学领域红外线是不可见光,是频率低于红色的光,在无线电频谱中,红外光波的频率很小,波长在0.75 100us之间的是红外光,这其中近红外光位于0.753us之间,中红外光位于330us之间,远红外
16、光位于30100us之间。事实上,红外光其本质是很简单,与普通光的频率特性并没有太大的区别,但是,由于热物体会有能量的产生,所以在红外方面应用技术是非常流行的,而且无法被替代掉,红外是否可以被检测到、有多少红外可以被检测到或者红外检测的技术能否应用于所有自然的或者想象的地方在红外技术应用中是特别重要和首要考虑的。现如今红外通信技术的应用是红外技术的一个重要分支,其发展势头非常的迅猛、快速,尤其是在计算机设备中的红外通信技术的应用,经过这几年的发展已经表现的非常稳定、成熟!无线远程控制方法主要涵盖以下几种:无线电波、超声波、声控和红外线等方式。其中因为无线电容易对其它的无线电通讯设备造成信号干扰
17、,而且,无线系统本身的抗干扰的性能也是很差,误差会很多,所以这个方式并未能广泛的应用。此外,超声波遥控,其带宽不宽,外部信号很容易对其进行干扰,而且最终方式精度低、抗干扰能力差和语音识别困难,因此也没有用。最后,红外遥控方式是经过红外光来传送信号的,而且近年来科学技术的发展以及单片机的广泛应用使得红外遥控系统得到了很大程度的发展。并且,红外遥控的优点也非常多,比如发射装置的红外线发射二极管价格低廉;数字信号编码与二次调制使得信号传输抗干扰性增强,降低的失误率,功率消耗量降低;不会对其他信号产生干扰;响应速度快、稳定性高、传输效率高等。所以现在这种方法用在许多无线遥控中! 2.3 红外发射端原理
18、红外遥控发射部分大体上由STC89C52单片机、时钟电路、复位电路、电源、独立式键盘电路以及红外线发射电路等构成。当独立式键盘电路由按键按下的时候,单片机可以检测到对应端口的一个信号,然后单片机将键对应的操作编码后通过红外发射电路发射出去,这样便完成了一次红外数据的发射。其工作原理框图如图2-1所示。图2-1 红外发射端工作原理框图2.4 红外接收端原理红外遥控接收端则大体上由STC89C52单片机、时钟电路、复位电路、电源、红外接收电路和步进电机控制电路、LCD1602状态显示电路等组成。当红外接收头HS0038接收到来自发射端的红外信号后,此时接收端的单片机就对接收到的红外信号进行解码,并
19、将其所对应的操作交予步进电机的控制电路对步进电机进行状态控制,这样便实现对步进电机的转向和速度的控制。红外接收端的工作原理框图如图2-2所示。图2-2红外接收端工作原理框图3 系统硬件设计与实现3.1 微机系统电路3.1.1 STC89C52单片机介绍STC89C52是一个高性能、低电压的CMOS8位单片机,随机存取数据存储器(RAM)为256bytes,片内含有8Kbytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器(PEROM),整个器件采用美国ATMEL公司的非易失性,高密度存储技术生产,兼容标准MCS-51指令系统,片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元,STC89C52单片机在如今
20、电子行业中有着广泛的应用。STC89C52单片机使用的内核是行业标准的C51内核,引脚配置和内部函数跟普通8XC52相同。主要引脚:XTAL1(引脚18)、XTAL2(引脚19)为振荡器的输出输入端口,外部晶振为12MHZ。RST(9脚)为复位输入端口,是衔接复位电路的端口。VSS(20脚)和VCC(40脚)为单片机供电端口,他们分别接地和+5V电源的正极。通用I/O端口P0P3端口,其功能由软件定义。其主要特性如下: a)加强型8051单片机,6机器/时钟周期和12机器/时钟周期可以任意选择,指令代码完全兼容传统8051。 b)工作电压:5.5V3.3V(5V单片机)/3.8V2.0V(3V
21、单片机)。 c)工作频率范围:040MHZ,相当于普通8051的080MHZ,实际工作频率可达48MHZ。 d)用户应用程序空间为8K字节。 e)片上集成512字节RAM。 f)通用I/O口(32个),复位后为:P0/P1/P2/P3是准双向口/弱上拉,P0口是漏极开路输出,作为总线扩展用时,不用加上拉电阻,作为I/O口用时,需加上拉电阻。 g)ISP(在系统可编程)/IAP(在应用可编程),无需专用编程器,无需专用仿真器,可通过串口(RXD/P3.0,TXD/P3.1)直接下载用户程序,数秒即可完成一片。 h)具有EEPROM功能。 i)具有看门狗功能。 g)共3个16位定时器/计数器。即定
22、时器T0、T1、T2。 k)外部中断4路,下降沿中断或低电平触发电路,POWER DOWN模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒。 l)通用异步串行口(UART),还可用定时器软件实现多个UART。 m)工作温度范围:-40+85摄氏度(工业级)/075摄氏度(商业级)。 n)PDIP封装。AT89C52的引脚图如图3-1所示。图3-1 AT89C52RC引脚图3.1.2 时钟电路设计MCS-51单片机在工作时务必要有时钟控制信号来控制其内部电路严格的执行指令进行工作,而这种时钟信号便是由时钟电路发出的。执行指令时在时钟电路产生一系列控制信号下CPU取出所需要的指令操作码在程序存储器中并且进行
23、译码完成指令所规定的动作。CPU的定时信号有两种,一种是用来控制芯片上的内存或I / O端口,其他的用来对各种功能元件的芯片进行控制。MCS-51单片机各功能单元的操作是以时钟信号为准的,有条不紊的进行工作着,因此时钟频率直接影响单片机运行的速度,而且单片机系统的稳定性也会受到时钟电路质量的影响。内部时钟和外部时钟是最常见的时钟电路设计方式。在一般情况下,单片机都使用内部时钟方式,外接一个振荡电路,本课题设计选用内部时钟方式,如图3-2所示电路。图3-2 STC89C52晶振电路3.1.3 复位电路无论是哪种型号的单片机,在其被应用时总会有复位电路的设计。而复位电路设计的好不好、质量过不过关都
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