畢業設計(論文)基于51單片機485通訊步進電機系統學生姓名XXX學院名稱XXX專業名稱XXX指導教師完成時間XXX年X月X日目錄TOC\o"1-3"\h\u22973摘要 49496Abstract

55879前言 614135第一章系統整體設計方案 8245261.1硬件總體設計 8187411.1.1硬件系統子模塊 897041.2軟件總體設計 915819第二章硬件系統設計 10169262.1硬件電路分析和設計報告 1039432.1.1單片機最小系統電路 1077312.1.2鍵盤電路 15157503.1.3數碼管顯示電路 15116073.1.4485通信電路 1786323.1.5步進電機連接電路 1812683第三章軟件系統設計 19209613.1系統軟件設計整體思路 19321003.1.1主程序 1985703.1.2數碼管顯示 2073693.1.2485通訊收發函數 2186683.1.3步進電機控制函數 2325745第四章系統調試 24168584.1硬件電路調試 24102924.2軟件調試 2428471總結 263565參考文獻： 2728856致謝 2831999附錄A：485通訊步進電機設計原理圖 299701附錄B：軟件程序 31摘要在工業控制自動化領域,智能裝置之間的通信占有重要的地位RS485這種串行通信方式,在工控自動化領域應用非常廣泛,這種遠距離通信可以采集遠程信息和遠程數據,實現遠程控制和遠程調節。在工業控制自動化領域智能裝置之間的通信占有重要的地位,RS485這種串行通信方式在工控自動化領域應用非常廣泛,這種遠距離通信可以采集遠程信息和遠程數據,實現遠程控制和遠程調節。本設計是由stc89c51單片機實現485通訊，控制步進電機的一個簡易控制裝置。有數碼管顯示步進圈數，并且可以按鍵控制。關鍵詞：RS485通訊stc89c51單片機步進電機Abstract

Inthefieldofindustrialcontrolautomation,intelligentdevicesisveryimportantforcommunicationbetweenwayRS485serialcommunication,iswidelyappliedinthefieldofindustrialcontrolautomation,thiskindoflongdistancecommunicationcanremoteinformationandremotedata,elligentdevicesinthefieldofindustrialcontrolautomationoccupiesanimportantposition,thecommunicationbetweentheserialcommunicationinterfaceRS485iswidelyappliedinthefieldofindustrialcontrolautomation,thiskindoflongdistancecommunicationcanremoteinformationandremotedata,torealizetheremotecontrolandremotecontrol.Thisdesignisbythestc89c51singlechipmicrocomputer485communication,asimplecontrolsteppermotorcontroldevice.Withdigitaltubedisplaystepperlaps,andalsocancontrolbuttons.Keywords:RS485communicationstc89c51singlechipsteppermotor前言自動化技術是國家現代化的標志,作用突出自動化技術的作用體現在,它面向整個工業領域,是連接傳統與現代工業的紐帶,是把現代管理技術、信息技術轉化為現實生產力的關鍵性手段。在礦山、石油、建材、化工、制藥、輕工、電力、汽車制造業以及軍工等行業,生產效率的提高無不依賴于控制技術自動化水平的提高。近十幾年我國國民經濟GDP長期保持7%以上的增長率,近兩年我國汽車工業保持15%以上的增長率,其原因之一就是源于自動化生產線的普及與提高,是自動化技術在起主導和支撐作用。特別是自第二次工業革命以來,電氣及對電氣的控制技術已成為人們生產、生活乃至生存所必需的一種技術支持,無論是在對大中型企業傳統工業技術的技術改造,還是對高新技術產業高效節能的發揮,均起到了至關重要的作用,它已成為當今諸多高新技術系統中不可缺少的關鍵技術之一,其應用領域幾乎涉及到各個工業部門,其地位的重要性,已經或正在對諸如一個國家工業的發展,一個企業參加國際大家庭的激烈競爭,乃至對國家國防軍力的強大與現代化程度等中日益凸現出來。RS485又叫EIA-485，是美國電子工業協會EIA制定的一種串行物理接口標準。一般采用兩線制傳輸，利用兩線間的電壓差進行數據傳輸。RS485可以滿足通信距離遠、抗干擾能力大、傳輸速率高的要求。通過RS485總線連接的智能設備可以形成網絡拓撲，滿足了網絡信息化的需要。一臺主機可以同時控制多臺從機，這種一對多的主從通信方式極大的提高了通信的效率，也節省了通信成本。單片機控制是工業生產中經常使用的控制方法.自從1976年Intel公司推出第一批單片機以來，80年代單片機技術進入快速發展時期，近年來，隨著大規模集成電路的發展，單片機繼續朝快速、高性能方向發展。單片機主要用于控制，它的應用領域遍及各行各業，大到航天飛機，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機都可以大顯其能。單片機將微處理器、存儲器、定時/計數器、I/O接口電路等集成在一個芯片上的大規模集成電路，本身即是一個小型化的微機系統。單片機技術與傳感與測量技術、信號與系統分析技術、電路設計技術、可編程邏輯應用技術、微機接口技術、數據庫技術以及數據結構、計算機操作系統、匯編語言程序設計、高級語言程序設計、軟件工程、數據網絡通信、數字信號處理、自動控制、誤差分析、儀器儀表結構設計和制造工藝等的結合，使得單片機的應用非常廣泛。同時，單片機具有較強的管理功能。采用單片機對整個測量電路進行管理和控制，使得整個系統智能化、功耗低、使用電子元件較少、內部配線少、成本低，制造、安裝、調試及維修方便。第一章系統整體設計方案1.1硬件總體設計設計并制作一個基于單片機的485通訊步進電機的電路其結構框圖如圖1-1所示圖1-1硬件框圖1.1.1硬件系統子模塊(1)單片機最小系統電路部分(2)鍵盤掃描電路部分(3)數碼管數字顯示(4)485數據傳輸與接收部分步進電機驅動板連接部分1.2軟件總體設計良好的設計方案可以減少軟件設計的工作量，提高軟件的通用性，擴展性和可讀性。本系統的設計方案和步驟如下：(1)根據需求按照系統的功能要求，逐級劃分模塊。(2)明確各模塊之間的數據流傳遞關系，力求數據傳遞少，以增強各模塊的獨立性，便于軟件編制和調試。(3)確定軟件開發環境，選擇設計語言，完成模塊功能設計，并分別調試通過。(4)按照開發式軟件設計結構，將各模塊有機的結合起來，即成一個較完善的系統。首先通電后工作，注意是先通接收板步進電機12v電源，在通發送板5v單片機供電，開機后數碼管顯示的數字是0，在此期間可以設置數字，按下確認后經485傳輸數據，接收板處理后步進電機做出應答。本設計還可以自由移動，設有左右按鍵，步進電機自由移動。第二章硬件系統設計2.1硬件電路分析和設計報告本設計硬件設計是有單片機通過IO口P2.3管腳進行485數據的傳輸。P1口按鍵，控制左右及定向移動。P2.7、P2.6、P2.5控制步進電機，如果步進電機相序變反，那么移動也會變反。2.1.1單片機最小系統電路本系統采用的單片機為STC89C52RC。STC89C52RC單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單片機，指令代碼完全兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可以任意選擇。主要特性如下：增強型8051單片機，6時鐘/機器周期和12時鐘/機器周期可以任意選擇，指令代碼完全兼容傳統8051.工作電壓：5.5V～3.3V（5V單片機）/3.8V～2.0V（3V單片機）工作頻率范圍：0～40MHz，相當于普通8051的0～80MHz，實際工作頻率可達48MHz用戶應用程序空間為8K字節片上集成512字節RAM通用I/O口（32個），復位后為：P1/P2/P3/P4是準雙向口/弱上拉，P0口是漏極開路輸出，作為總線擴展用時，不用加上拉電阻，作為I/O口用時，需加上拉電阻。ISP（在系統可編程）/IAP（在應用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶程序，數秒即可完成一片具有EEPROM功能具有看門狗功能共3個16位定時器/計數器。即定時器T0、T1、T2外部中斷4路，下降沿中斷或低電平觸發電路，PowerDown模式可由外部中斷低電平觸發中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時器軟件實現多個UART工作溫度范圍：-40～+85℃（工業級）/0～75℃（商業級）PDIP封裝STC89C52RC單片機的工作模式掉電模式：典型功耗<0.1μA,可由外部中斷喚醒，中斷返回后，繼續執行原程序空閑模式：典型功耗2mA正常工作模式：典型功耗4Ma～7mA掉電模式可由外部中斷喚醒，適用于水表、氣表等電池供電系統及便攜設備STC89C52RC引腳圖STC89C52RC引腳功能說明VCC（40引腳）：電源電壓VSS（20引腳）：接地P0端口（P0.0～P0.7，39～32引腳）：P0口是一個漏極開路的8位雙向I/O口。作為輸出端口，每個引腳能驅動8個TTL負載，對端口P0寫入“1”時，可以作為高阻抗輸入。在訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也可以提供低8位地址和8位數據的復用總線。此時，P0口內部上拉電阻有效。在FlashROM編程時，P0端口接收指令字節；而在校驗程序時，則輸出指令字節。驗證時，要求外接上拉電阻。P1端口（P1.0～P1.7，1～8引腳）：P1口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口。P1的輸出緩沖器可驅動（吸收或者輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這是可用作輸入口。P1口作輸入口使用時，因為有內部上拉電阻，那些被外部拉低的引腳會輸出一個電流（QUOTE）。此外，P1.0和P1.1還可以作為定時器/計數器2的外部技術輸入（P1.0/T2）和定時器/計數器2的觸發輸入（P1.1/T2EX），具體參見下表：在對FlashROM編程和程序校驗時，P1接收低8位地址。表XXP1.0和P1.1引腳復用功能引腳號功能特性P1.0T2（定時器/計數器2外部計數輸入），時鐘輸出P1.1T2EX（定時器/計數器2捕獲/重裝觸發和方向控制）P2端口（P2.0～P2.7，21～28引腳）：P2口是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P2的輸出緩沖器可以驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。P2作為輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流（QUOTE）。在訪問外部程序存儲器和16位地址的外部數據存儲器（如執行“MOVX@DPTR”指令）時，P2送出高8位地址。在訪問8位地址的外部數據存儲器（如執行“MOVX@R1”指令）時，P2口引腳上的內容（就是專用寄存器（SFR）區中的P2寄存器的內容），在整個訪問期間不會改變。在對FlashROM編程和程序校驗期間，P2也接收高位地址和一些控制信號。P3端口（P3.0～P3.7，10～17引腳）：P3是一個帶內部上拉電阻的8位雙向I/O端口。P3的輸出緩沖器可驅動（吸收或輸出電流方式）4個TTL輸入。對端口寫入1時，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電位，這時可用作輸入口。P3做輸入口使用時，因為有內部的上拉電阻，那些被外部信號拉低的引腳會輸入一個電流（QUOTE）。在對FlashROM編程或程序校驗時，P3還接收一些控制信號。P3口除作為一般I/O口外，還有其他一些復用功能，如下表所示：表XXP3口引腳復用功能引腳號復用功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2QUOTE（外部中斷0）P3.3QUOTE（外部中斷1）P3.4T0（定時器0的外部輸入）P3.5T1（定時器1的外部輸入）P3.6QUOTE（外部數據存儲器寫選通）P3.7QUOTE（外部數據存儲器讀選通）RST（9引腳）：復位輸入。當輸入連續兩個機器周期以上高電平時為有效，用來完成單片機單片機的復位初始化操作。看門狗計時完成后，RST引腳輸出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。DISRTO默認狀態下，復位高電平有效。ALE/QUOTE（30引腳）：地址鎖存控制信號（ALE）是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（QUOTE）也用作編程輸入脈沖。在一般情況下，ALE以晶振六分之一的固定頻率輸出脈沖，可用來作為外部定時器或時鐘使用。然而，特別強調，在每次訪問外部數據存儲器時，ALE脈沖將會跳過。如果需要，通過將地址位8EH的SFR的第0位置“1”，ALE操作將無效。這一位置“1”，ALE僅在執行MOVX或MOV指令時有效。否則，ALE將被微弱拉高。這個ALE使能標志位（地址位8EH的SFR的第0位）的設置對微控制器處于外部執行模式下無效。QUOTE（29引腳）：外部程序存儲器選通信號（QUOTE）是外部程序存儲器選通信號。當AT89C51RC從外部程序存儲器執行外部代碼時，QUOTE在每個機器周期被激活兩次，而訪問外部數據存儲器時，QUOTE將不被激活。QUOTE/VPP（31引腳）：訪問外部程序存儲器控制信號。為使能從0000H到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，QUOTE必須接GND。注意加密方式1時，QUOTE將內部鎖定位RESET。為了執行內部程序指令，QUOTE應該接VCC。在Flash編程期間，QUOTE也接收12伏VPP電壓。XTAL1（19引腳）：振蕩器反相放大器和內部時鐘發生電路的輸入端。XTAL2（18引腳）：振蕩器反相放大器的輸入端。單片機最小系統的原理圖如圖2-1所示，單片機最小系統主要由晶振電路和復位電路組成。單片機XIAL1和XIAL2分別接30PF的電容，中間再并個12MHZ的晶振，形成單片機的晶振電路。ALE引腳懸空，復位引腳接到復位電路、VCC接電源、VSS接地、EA接電源。圖2-1單片機最小系統原理圖2.1.2鍵盤電路鍵盤是單片機應用系統中的主要輸入設備，單片機使用的鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤采用硬件線路來實現鍵盤的編碼，每按下一個鍵，鍵盤能夠自動生成按鍵代碼，并有去抖功能。因此使用方便，但硬件較復雜。非編碼鍵盤僅僅提供鍵開關狀態，由程序來識別閉合鍵，消除抖動，產生相應的代碼，轉入執行該鍵的功能程序。非編碼鍵盤中鍵的數量較少，硬件簡單，在單片機中應用非常廣泛。電路如圖2-2所示圖2-2按鍵電路3.1.3數碼管顯示電路考慮到經濟適用，方便關系，本系統采用數碼管作為顯示，數碼管顯示數字比較直觀明了，一下是對數碼管的介紹數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出需要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。靜態顯示驅動靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：)，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。動態顯示驅動數碼管動態顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極管的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩定的顯示數據，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O端口，而且功耗更低。本文數碼管顯示電路如圖2-3所示圖2-3數碼管顯示電路3.1.4485通信電路RS-485是串行數據接口標準，最初都是由電子工業協會（EIA）制訂并發布的，RS-232在1962年發布，命名為EIA-232-E，作為工業標準，以保證不同廠家產品之間的兼容。RS-422由RS-232發展而來，它是為彌補RS-232之不足而提出的。為改進RS-232通信距離短、速率低的缺點，RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，傳輸距離延長到4000英尺（速率低于100kb/s時），并允許在一條平衡總線上連接最多10個接收器。RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，被命名為TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用范圍，EIA又于1983年在RS-422基礎上制定了RS-485標準，增加了多點、雙向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和沖突保護特性，擴展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA-485-A標準。

RS-232、RS-422與RS-485標準只對接口的電氣特性做出規定，而不涉及接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。因此在視頻界的應用，許多廠家都建立了一套高層通信協議，或公開或廠家獨家使用。如錄像機廠家中的Sony與松下對錄像機的RS-422控制協議是有差異的，視頻服務器上的控制協議則更多了，如Louth、Odetis協議是公開的，而ProLINK則是基于Profile上的。圖2-4連接器如下圖2-5所示為485電路連接圖圖2-5485通訊電路3.1.5步進電機連接電路步進電動機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機，它的運行需要專門的驅動電源，驅動電源的輸出受外部的脈沖信號控制。每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度，這個角度稱為步距角。脈沖的數量決定了旋轉的總角度，脈沖的頻率決定了電動機旋轉的速度，改變繞組的通電順序可以改變電機旋轉的方向。在數字控制系統中，它既可以用作驅動電動機，也可以用作伺服電動機。它在工業過程控制中得到廣泛的應用，尤其在智能儀表和需要精確定位的場合應用更為廣泛。電路如圖2-6所示圖2-6步進電機驅動板第三章軟件系統設計一個應用系統要完成各項功能，首先必須有較完善的硬件作保證，同時還必須得到相應設計合理的軟件的支持。尤其是計算機應用高速發展的今天，許多由硬件完成的工作，都可通過軟件編程而代替。甚至有些必須采用很復雜的硬件電路才能完成的工作，用軟件編程有時會變得很簡單，如數字濾波，信號處理等。因此充分利用其內部豐富的硬件資源和軟件資源，采用與C51系列單片機相對應的51C語言和結構化程序設計方法進行軟件編程。該設計的功能是在程序控制下實現的。該系統的軟件設計方法與硬件設計相對應，按整體功能分成多個不同的程序模塊，分別進行設計、編程和調試，最后通過主程序將各程序模塊連接起來。這樣有利于程序修改和調試，增強了程序的可移植性。采用STC89RC52通用單片機，成本低，穩定性高。3.1系統軟件設計整體思路發送板的顯示函數，485通訊發送函數，按鍵函數。接收板的485通訊接收函數，步進電機應答函數。3.1.1主程序主程序包括，定時器初始化，485通訊初始化、以及顯示、按鍵控制。首先是定時器初始化，48525毫秒傳輸數據，接收板應答。主函數程序如圖3-1、3-2所示圖3-1發送板主函數圖3-2接收板主函數主程序的程序流程圖如圖3-3所示。圖3-3主函數流程圖3.1.2數碼管顯示程序框圖如圖4-3所示圖3-3數碼管程序框圖數碼管顯示程序如圖3-4所示圖4-3數碼管顯示函數3.1.2485通訊收發函數如圖4-4圖4-5所示圖4-4485通訊接受函數圖4-5485通訊發送函數3.1.3步進電機控制函數如圖4-6圖4-7所示圖4-6步進電機接受函數圖4-7步進電機發送函數第四章系統調試4.1硬件電路調試仔細檢查所接電路，按照硬件原理圖接線，理論上是能實現的數碼管不正常顯示斷選位選位置不對，掃描太快，檢查線路是否正常（2）通訊協議不成功檢查是否收發段SBUF收發正確步進電機不運行檢查通訊是否正常步進電機是否12v電源供電4.2軟件調試如果硬件電路檢查后，沒有問題卻實現不了設計要求，則可能是軟件編程的問題，首先應檢查初始化程序，然后是讀溫度程序，顯示程序，以及PWM控制程序，對這些分段程序，要注意邏輯順序，調用關系，以及涉及到了標號，有時會因為一個標號而影響程序的執行，除此之外，還要熟悉各指令的用法，以免出錯。還有一個容易忽略的問題就是，源程序生成的代碼是否燒入到單片機中，如果這一過程出錯，那不能實現設計要求也是情理之中的事。本人在設計的時候在偉福仿真軟件進行調試，通過此軟件進行調試可以很方便的觀察單片機內部各個寄存器及內部存儲器變化情況，以方便進行調試。圖為單片機功能調試圖：圖4-1單片機功能調試圖硬件與軟件調試相結合，仔細檢查各個模塊的設計，就能順利完成任務，實現設計要求，在調試過程中必須認真耐心，不能有一