第11章 单片机的应用实例

11.2.3

工作原理
64路模拟电压信号（-10V～+10V）分别输入到 四片16选1多路开关AD7506，由8255的PC口低5位 控制，选择四片7506中的同一路信号分别进入四
个采样保持器LF398中，采样保持后的信号通过双
2选1模拟开关7512在P1.3、P1.4控制下每次选两 个通道的模拟信号分别进入两片AD574同时进行 A/D转换，待两片都转换结束后，先后将转换值12 位数据送8255的PA、PB口锁存，供89C51读取转换
R 11
N1 T11
R 12
R 13 C1 O11
LA
D1 R 14 R 15
A相绕组
P1.1 P1.2
T12
B相绕组（同A相绕组） C相绕组（同A相绕组）
三相步进电机工作方式及控制字
工作方式 三相 单三 拍式 三相 双三 拍式 步序 1步 2步 3步 1步 2步 3步 1步 三相 六拍 方式 2步 3步 4步 5步 6步 P1 口输出状态 0000 0001 0000 0010 0000 0100 0000 0011 0000 0110 0000 0101 0000 0001 0000 0011 0000 0010 0000 0110 0000 0100 0000 0101 通电绕组 A相 B相 C相 AB 相 BC 相 CA 相 A AB B BC C CA 控制字 01H 02H 04H 03H 06H 05H 01H 03H 02H 06H 04H 05H
程序，等待定时中断。

2．定时中断0服务程序
3．定时中断1服务程序
4．温度检测子程序
5．显示子程序
开始 设置程序入口表 8255初始化 设T0、T1工作方式控制字 置T0、T1定时100ms的时间常数 置15s、2s计数单元初值 置通道号初值 00H

R1、R2
预置显示缓冲区 允许T0、T1中断 开放CPU中断 启动T0、T1 循环调用显示子程序、等待中断

感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。 一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。 （必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。
步进电机的基本参数
1.
电机固有步距角： 表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机 所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的
值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°
11.2 64路数据采集系统的设计

11.2.1
AD7506 0 15 16 31 32 47 48 63 1
系统结构框图 AD7512
LF398 1 AD7510 1 1 PA 8255 AD574
最小系统
74LS373 P0 89C51 62256 地址 数据 74LS123 RST
P1.7
采用双极性形式，输入电压-10V～+10V。AD574 有五个控制端，其中 CE=1，12 / 8 1 ，A0=0，R / C P1.1 ， CS1 P1.2 ， CS2 P1.0 。当 CS 0 ，R / C 0 时启动 12 位 A/D 转 换；当 CS 0 ，R / C 1 时 12 位数据并行输出有效。
D1 C2
LB RB T2
LC
RC T3
D3 R C1
C1
R A R A1
T1
11.3.3 步进电机接口技术与软件设计

步进电机程序设计的主要任务是：


（1）判断旋转方向；
（2）按相序确定控制字；
（3）按顺序写入控制字，即传送控制脉冲序列；
（4）控制步数。
5V
24V
89C51
P1.0

OUT
S1
S16
2．采样保持电路

采样保持电路（S/H）作为A/D转换的前级，主
要完成信息隔离缓冲作用，如果要对变化速度
高的模拟信号进行A/D转换，转换精度要求比
较高，这时为了防止A/D转换过程中信号发生
变化，就必须用S/ H电路。
LF398:采样 保持放大器
V 调零 IN V 1 2 3 4 8
24V
LA C1
D1
C2
LB RB T2
D2 R B1 C 3
LC
D3 R C1
R A R A1
T1
RC
T3
高低压驱动

步进电机的另一种驱动方式是高低压驱动，即在电机移步时 加额定或超过额定值的电压，以便在较大电流下驱动，使电 机快速移步。
60V
T4
高电压驱动
低电压 驱动
VD
LA
12V
D2 R B1 C3
CON REF CH OUT
DC 调零
R 24k
RP1 1k
+V
-V
2
1
LF398
7 6 5
VI
3
4 6 CH
LF398 8 7
5
VO
10pF RP2 10k
VC （P1.5） (a) 引脚图 (b) 典型接线图
AC 调零
3．数据采集

数据采集器采用AD574。AD574是逐次逼近型12位 A/D转换器，具有单极性和双极性两种输入方式.
wenku.baidu.com
结果。
11.2.4
系统应用软件
开始 初始化 选路 采样保持 启动发送 清TI 启动转换 N Y 发完吗？ N 发过路号？ N 发路号 N 发过长度？ N 发长度 N 发数据 现场恢复 RETI Y Y N 开始 是接收中断？ Y 清RI N
是发送中断？ Y
转换完吗？ Y 调INT1
四片都转换完？ Y 存结果
（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为 1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步 距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距 角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数：
指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、 四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同， 一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、
三相的为0.75°/1.5°、
五相的为0.36°/0.72° 。 在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步 进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器， 则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细
分数，就可以改变步距角。

保持转矩（HOLDING TORQUE）： 指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时 的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的 增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以 保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如， 当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指 保持转矩为2N.m的步进电机。
的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利
用磁导的变化产生转矩。

感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构
上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子 激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗
能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的
存在，具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使 其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。

2
2
2
P1.2-1.0
PB

3
3
2 串行通信 PC
3
TXD RXD
MAX232

4
4
4
P1.2-1.0
串行通信
P1.5
P1.3 P1.4
AD7510资料AD7510
AD7511 AD7512
11.2.2

系统原理
1．可变输入通道切换电路

采用多个通道通过多路模拟切换电路共用一
个ADC。采用了多路模拟转换开关，便可以公用
4．单片机小系统

由89C51、74LS373、62256、74LS123、8255
等构成单片机小系统。62256作为外部数据存储器，
用来存放AD574转换结果，经CPU处理后的数据为
三字节浮点数。为防止外界干扰而使单片机程序
运行失控，系统采用74LS123组成的“看门狗”电 路对89C51进行可靠再复位，从0000H单元重新执 行程序。
DETENT TORQUE： 指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于 反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

11.3.1
11.3.2
步进电机工作原理
步进电机控制原理
（1）单相三拍方式：按单相绕组施加电流脉冲

D Q 74LS74 CK Q
A7
ADC0809
CLK ADDC ADDB ADDA
VREF( ) VREF( )
+5V GND +5V
10 k 3
89C51
WR
74LS A2 373 A1
A0
IN0
+
74LS02
IN1 D7 ~ D0 IN2 START ALE
P2.7
RD INT1 P2.6
发送完吗？ Y 下一路
读AD574（1）低8位 读AD574（1）高4位 读AD574（2）低8位 读AD574（2）高4位 返回
读的12位数 电压 绝对值对应的二进制数
变为实际电压浮点数 规格化 返回

INT1子程序

数据处理子程序
11.3
三相步进电机的控制
资料—步进电机简介

步进电机有几个显著特点： 步进电机可以直接接受数字信号，而无需模 /数变换。 步进电机具有快速启/停控制能力，可在瞬 间实现启动和停止； 步进电机具有高精度的特点，步距角在 0.36~90度之间；
三相双三拍驱动程序流程图
步进电机控制程序
A 步数
Y
正转吗？
N P1 03H 延时
AB
AB
P1 03H 延时 A-1=0？ N P1 06H 延时 A-1=0？ N P1 05H 延时 A-1=0？ N Y 返回 Y Y Y Y Y
BC
A-1=0？ N P1 05H 延时 A-1=0？ N P1 06H 延时 A-1=0？ N



定位准确。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、 永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式
步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进 角一般为7.5度 或15度；

反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步 进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机

系统设计上可以进行8路温度数据采集。但在程序中，只 模拟现场3个点温度数据的巡回检测，温度范围0～85（温
度信号用电位器可调电压模拟），1对应数字量03H。每隔 15s检测一次，每一路连续检测4次，取其平均值，经标度 变换，转为BCD码送LED显示，三路循环显示，每路持续2s。
2．硬件系统组成
ALE G P0
采样保持电路和AD转换器。
输入通道的切换是通过采用模拟集成开关 AD7506实现的。AD7506为单端16选1多路开关， 其内部包含16路模拟通道
VDD NC NC S16 S15 S14 S13 S12 S11 S10 S9 GND NC A3
1 2 3 4 5 6 7 AD7506 8 9 10 11 12 13 14 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
OUT VSS S8 S7 VDD S6 15V S5 S4 S3 GND S2 S1 VSS EN A0 15V A1 A2
EN
A3
A2
A1
A0
DTL/TTL TO COMS LEVEL TRANSLATOR
DECODER/DRIVER
CA
CA
BC
三相双三拍步进电机控制程序




第11章
单片机的应用实例
本章的主要内容
单片机在温度控制系统中的应用 数据采集系统的设计 MCS-51单片机在步进电机控制系统 中的应用 IC卡读写器的设计

11.1


温度巡检系统的设计
设计方案
11.1.1
1．设计描述
本系统使用89C51作为控制单元，对来自温度传感器的信
号进行采集，并把采集到的温度数据实时显示。
+
OE
EOC
IN7
六反相缓 冲驱动器
220 8 +5V
74LS06 PB0 A0 A1 WR PB7 RD D7 ~ D0
RST
a 74LS07
dp
8255
CS RST PA3 PA2 PA1 PA0
线驱动
11.1.2

软件设计
1．主程序：完成定时器T0、T1和8255的初始
化；开放CPU、T0、T1中断；循环调用显示子
正转：A→B→C→A
反转：A→C→B→A （2）双相三拍方式：按双相绕组施加电流脉冲
正转：AB→BC→CA→AB
反转：AC→CB→BA→AC （3）三相六拍方式：单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲
正转：A→AB→B→BC→C→CA→A
反转：A→AC→C→CB→B→BA→A
2．步进电机的驱动方式

步进电机常用的驱动方式是全电压驱动,即在电机移 步与锁步时都加载额定电压。