智能窗簾畢業(yè)論文

1、<p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，智能窗簾已成為現(xiàn)代人們的室內(nèi)家居的一部分，它使人們的生活更加便捷，改善了人們?nèi)粘Ｉ畹馁|(zhì)量。傳統(tǒng)的窗簾需要手動(dòng)，但一些大型寫字樓、高檔辦公室、展覽館的窗簾多、長且重，手動(dòng)比較困難，所以本設(shè)計(jì)解決了此問題，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)。主要設(shè)計(jì)理念是通過檢測窗外光線強(qiáng)弱，控制百葉窗擺動(dòng)角度，調(diào)節(jié)室內(nèi)光照，創(chuàng)造舒適的工作

2、生活環(huán)境。</p><p>　　論文設(shè)計(jì)的核心控制選用的是MCS-51單片機(jī)，光線采集選用光敏電阻。由于單片機(jī)只能讀入數(shù)字信號，所以模擬信號處理采用ADC0809八路八位轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，根據(jù)數(shù)據(jù)大小相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)動(dòng)角度。電機(jī)選用比較容易進(jìn)行角度調(diào)節(jié)的步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)之間的連接采用ULN2003達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　本文分為四部分：第一部分總述基于

3、MCS-51單片機(jī)的智能窗簾設(shè)計(jì)思想及結(jié)構(gòu)內(nèi)容；第二部分主要介紹MCS-51單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及單片機(jī)的C語言編程-C51；第三部分詳細(xì)論述了信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括光線的采集和AD轉(zhuǎn)換；第四部分詳細(xì)論述了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第五部分展示了硬件電路實(shí)體。</p><p>　　通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我進(jìn)一步熟悉MCS-51單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的工作原理及應(yīng)用，對于C51程序設(shè)計(jì)的編寫也較熟練了，鍛煉了獨(dú)立思考與團(tuán)隊(duì)合作的

4、能力。</p><p>　　關(guān)鍵詞：MCS-51單片機(jī)；ADC0809；步進(jìn)電機(jī)；ULN2003驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With people’s living standards improved, the Smart curtains have become a part of pe

5、ople's indoor furniture now. It has made people's living more convenient, has improved the quality of people's daily lives. The traditional curtain need to manual, but some large office buildings、high-end off

6、ice、exhibition hall, their curtains are large, long and heavy, it’s difficult to manual. Therefore, this design can solve this problem and achieve a fully automatic. The mainly concepts of the design is throu</p>

7、<p>　　The core controlling of this thesis design is MCS-51 Microcontroller. Photoresistor gather the light. Because MCU can only read the digital signal, so analog signal processing use converter ADC0809. According

8、to the data to drive the motor, adjust its angle of rotation after converted into digital signal. Stepping motor is selected, because it is easer to control. The connecting of the microcontroller and stepping motor, we u

9、se ULN2003 driver.</p><p>　　The thesis is divided into four chapters: Chapter one overview the design of smart curtain by used of MCS-51 microcontroller, and the content and structure. The second chapter int

10、roduces the structural characteristics of MCS-51 microcontroller and microcontroller-C51. The third chapter describes the signal processing design, light collection and AD conversion. The fourth chapter is the introducti

11、on of the stepping motor control design. The fifth chapter show the things in actual use of hardware.</p><p>　　With this design, I further familiar with the MCS-51 microcontroller and stepping motor’s workin

12、g principle and application , program the using of C51, temper my independent thinking and the ability of cooperation of team.</p><p>　　Keywords: MCS-51 Microcontroller， ADC0809 ， ULN2003driver， Steppin

13、g Motor</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 概述1</b></p><p>　　1.1 課題提出1</p><p>　　1.2 關(guān)于MCS-51單片機(jī)控制窗簾的設(shè)計(jì)思想1</p><p>　　1.2.1 智能窗簾主要結(jié)構(gòu)

14、設(shè)計(jì)1</p><p>　　1.2.2 流程圖2</p><p>　　第2章 MCS-51單片機(jī)的介紹3</p><p>　　2.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)3</p><p>　　2.1.2 引腳功能4</p><p&g

15、t;　　2.2 單片機(jī)的C語言編程——C516</p><p>　　第3章 信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1 光線采集部分的設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1.1 光敏電阻器的簡介7</p><p>　　3.1.2 光敏電阻基本特性9</p><p>　　3.1.3 光敏電阻的選擇11<

16、/p><p>　　3.1.4 電壓采集電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的介紹13</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇14</p><p>　　3.2.3 ADC0809的介紹14</p><p>

17、　　3.2.4 ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接設(shè)計(jì)15</p><p>　　3.3 采集部分C51程序設(shè)計(jì)16</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.1.1 ULN2003簡介19</p><p>　　4.1.2

18、電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路設(shè)計(jì)的連接圖設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.2 電機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.2.1 步進(jìn)電機(jī)概述21</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理22</p><p>　　4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇22</p><p>　　4.3 控制部分C語言程序設(shè)計(jì)23<

19、/p><p>　　第5章 硬件電路展示27</p><p><b>　　總結(jié)：28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：29</b></p><p><b>　　致謝：30</b></p><p><b>　　附錄：31<

20、/b></p><p>　　智 能 窗 簾 設(shè) 計(jì)</p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p><b>　　1.1 課題提出</b></p><p>　　進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科技水平的不斷提高，人們對居家生活的環(huán)境質(zhì)量要求也越來越高。智能窗簾也隨著社會的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生，特

21、別是一些高檔別墅區(qū)、辦公寫字樓的窗簾，由于其窗的位置高度較高，所安的窗簾也就高、長、重，不適合人手動(dòng)，本設(shè)計(jì)主要解決此問題，設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)窗簾，根據(jù)室外光線的強(qiáng)弱，相應(yīng)調(diào)節(jié)光照入室內(nèi)的多少，從而給人們創(chuàng)造舒適環(huán)境。</p><p>　　當(dāng)室外光照較強(qiáng)時(shí)，百葉窗關(guān)閉角度增大，使進(jìn)入室內(nèi)的光照減少；當(dāng)室外光照較弱時(shí)，百葉窗打開角度增大，是進(jìn)入室內(nèi)的光照增加，從而全自動(dòng)的控制室內(nèi)亮度。</p><p

22、>　　1.2 關(guān)于MCS-51單片機(jī)控制窗簾的設(shè)計(jì)思想</p><p>　　智能窗簾的核心控制使用的是MCS-51單片機(jī)，光敏電阻通過阻值的變化，反應(yīng)光的強(qiáng)弱。AD轉(zhuǎn)換器檢測光敏電阻的電壓，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)，讀入單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)大小，通過ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，從而控制室內(nèi)光照。當(dāng)夜晚沒有光照時(shí)，百葉窗擺動(dòng)角度是平行的，即90度。當(dāng)白天光照很強(qiáng)時(shí)，像在夏天的中午，百葉窗是完

23、全閉合的，即0度。</p><p>　　1.2.1 智能窗簾主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　智能窗簾設(shè)計(jì)主要分兩部分：第一部分為信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。光敏電阻感光，電阻變化，測量光敏電阻兩端電壓，通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；第二部分為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。單片機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)大小，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。</p><p><b>　　1.2.2 流程圖

24、</b></p><p>　　第2章 MCS-51單片機(jī)的介紹</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)有很多種型號的產(chǎn)品，如基本型（51子系列）8031、8051、8751、89C51、89S51等，增強(qiáng)型（52子系列）8032、8052、8752、89C52、89S52等。它們的結(jié)構(gòu)基本相同，其主要差別反映在儲存器的配置上。8031片內(nèi)沒有程序存儲器ROM，8051內(nèi)部

25、沒有4KB的掩模ROM程序存儲器，8751是將8051片內(nèi)的ROM換成EPROM，89C51則換成4KB的FLASH EPROM，89S51是4KB可在線編程的FLASH EPROM；MCS-51增強(qiáng)型的存儲容量為基本型的一倍。</p><p>　　2.1 MCS-51單片機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.1.1 MCS-51單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　單

26、片機(jī)是在一塊芯片中繼承了CPU、RAM、ROM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多功能I/O接口等計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件的大規(guī)模集成電路，又稱MCU。51系列單片機(jī)內(nèi)包含下列幾個(gè)部件：</p><p><b>　　·1個(gè)8為CPU。</b></p><p>　　·1個(gè)片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。</p><p>　　·4KB ROM程

27、序存儲器。</p><p>　　·128B RAM數(shù)據(jù)存儲器。</p><p>　　·可尋址64KB外部數(shù)據(jù)存儲器和64KB外部程序存儲器的控制電路。</p><p>　　·32條可編程的I/O線（4個(gè)8位并行I/O接口）。</p><p>　　·2個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。</p><

28、;p>　　·1個(gè)可編程全雙工串行接口。</p><p>　　·5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)。</p><p>　　51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2.1所示，各個(gè)功能部件由內(nèi)部總線連接在一起。程序存儲器部分用ROM代替即為8051/8052；用EPROM代替即為8751/8752；若去掉ROM即為8031/8032；用FLASH EPROM代替即為89C51/8

29、9S52。</p><p>　　基準(zhǔn)頻率源 脈沖技術(shù)輸入</p><p>　　外部中斷 控制 并行I/O接口 串行輸入 串行輸出</p><p>　　圖2.1 MCS-51單片機(jī)內(nèi)

30、部結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.1.2 引腳功能</p><p>　　有總線擴(kuò)展的51單片機(jī)有44個(gè)引腳的方形封裝形式和40個(gè)引腳的雙列直插式封裝形式，無總線擴(kuò)展的51單片機(jī)有20個(gè)引腳雙列直插式封裝，如89C2051等。40個(gè)引腳封裝的引腳圖如圖2.2，各引腳的功能說明如下。</p><p>　　圖2.2 8XX51/52單片機(jī)引腳</p>&l

31、t;p><b>　　·GND：接地端。</b></p><p>　　·VCC：電源端，接+5V。</p><p>　　·XTAL1：接外部晶體的一個(gè)引腳。CHMOS單片機(jī)采用外部時(shí)鐘信號時(shí)，外部時(shí)鐘信號由此引腳接入。</p><p>　　·XTAL2：接外部晶體的一個(gè)引腳。HMOS單片機(jī)采用外部時(shí)鐘

32、信號時(shí)，外部時(shí)鐘信號由此引腳接入。</p><p>　　·RST：①復(fù)位信號輸入。②VCC掉電后，此引腳可接備用電源，低功耗條件下保持內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　·ALE/RPOG：①地址鎖存允許。當(dāng)單片機(jī)訪問外部存儲器時(shí)，該引腳的輸出信號ALE用于鎖存P0端口的低8位地址。ALE輸出的頻率為時(shí)鐘振蕩頻率的1/6。②對8751單片機(jī)片內(nèi)EPROM編程時(shí)，編

33、程脈沖由該引腳接入。</p><p>　　·PSEN：程序存儲器允許。輸出讀外部程序存儲器的選通信號。取指令操作期間，PSEN的頻率為振蕩頻率的1/6；但若此期間有訪問外部數(shù)據(jù)存儲器的操作時(shí)，則有一個(gè)機(jī)器周期中的PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　·EA/VPP： ①EA=0，單片機(jī)只訪問外部程序存儲器。對8031單片機(jī)此引腳必須接地。EA=1，單片機(jī)訪問內(nèi)部程

34、序存儲器。對于內(nèi)部有程序存儲器的8XX51單片機(jī)，此引腳應(yīng)接高電平，但若地址值超過4KB范圍，單片機(jī)將自動(dòng)訪問外部程序存儲器。②在8751單片機(jī)內(nèi)EPROM編程期間，此引腳接入21V編程電源VPP。</p><p>　　·P0.0～P0.7: P0數(shù)據(jù)/低八位地址復(fù)用總線端口。具有雙重功能：①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。②在有外接存儲器和I/O接口時(shí)常作為低8位地址/數(shù)據(jù)總線，即低8位地址

35、與數(shù)據(jù)線分時(shí)使用P0口。此低8位地址由ALE信號的下跳沿使它鎖存到外部地址鎖存器中，爾后，P0口出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息。</p><p>　　·P1.0～P1.7：P1靜態(tài)通用端口。具有單一接口功能，P1口每一位都能作為可編程的輸入或輸出口線。</p><p>　　·P2.0～P2.7：P2高八位地址總線動(dòng)態(tài)端口。具有雙重功能：①作為輸入/輸出口使用，外接輸入/輸出設(shè)備。②在有外

36、接存儲器和I/O接口時(shí)，作為系統(tǒng)的地址總線，輸出高8位地址，與P0口低8位地址一起組成16位地址總線。對于內(nèi)部無程序存儲器的單片機(jī)來說，P2口只作為地址總線使用，而不作為I/O接口。</p><p>　　·P3.0～P3.7：P3雙功能靜態(tài)端口，①可以作為輸入/輸出口，外接輸入/輸出設(shè)備。②作為第二功能使用時(shí)，每一位功能定義如表2.1所示。</p><p>　　2.2 單片機(jī)的C

37、語言編程——C51</p><p>　　51系列單片機(jī)支持三種高級語言，即PL/M、C和BASIC。8052單片機(jī)內(nèi)固化有BASIC語言，BASIC語言適用于簡單編程并對編程效率、運(yùn)行速度要求不高的場合。PL/M是一種結(jié)構(gòu)化的語言，很像PASCAL。PL/M編譯器好像匯編器一樣，產(chǎn)生緊湊的機(jī)器代碼，可以說是高級匯編語言，但它不支持復(fù)雜的算術(shù)運(yùn)算，無豐富的庫函數(shù)支持，學(xué)習(xí)PL/M無異于學(xué)習(xí)一種新的語言。C語言是一種

38、通用的程序設(shè)計(jì)語言，其代碼率高，數(shù)據(jù)類型及運(yùn)算符豐富，并具有良好的程序結(jié)構(gòu)，適用于各種應(yīng)用的程序設(shè)計(jì)，是目前使用較廣的單片機(jī)編程語言。</p><p>　　單片機(jī)的C語言采用C51編譯器（簡稱C51）。由C51產(chǎn)生的目標(biāo)代碼短，運(yùn)行速度高，所需存儲空間小，符合C語言的ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的代碼遵循Intel目標(biāo)文件格式，而且可以與A51匯編語言或PL/M語言目標(biāo)代碼混合使用。</p><p>

39、;　　應(yīng)用C51編程具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　· C51管理內(nèi)部寄存器和存儲器的分配，編程時(shí)無需考慮不同存儲器的尋址和數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)問題。</p><p>　　· 程序由若干函數(shù)組成，具有良好的模塊化結(jié)構(gòu)。</p><p>　　· 有豐富的子程序庫，可直接引用，從而大大減少用戶編程的工作量。</p><p&

40、gt;　　· C語言和匯編語言可以交叉使用。匯編語言程序代碼短。運(yùn)行速度快。但復(fù)雜運(yùn)算編程耗時(shí)。如果用匯編語言編寫與硬件有關(guān)的部分程序，用C語言編寫與硬件無關(guān)的運(yùn)算部分程序，充分發(fā)揮兩種語言的長處，可以調(diào)高開發(fā)效率。</p><p>　　第3章 信號處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 光線采集部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　光線采集部分采用光敏電阻感

41、光，通過測量它的電壓來判斷光的強(qiáng)弱。采用光敏電阻主要原因是，它的用途很廣泛，而且容易購買，它的分類也有很多種，所以我們要先了解一下它的結(jié)構(gòu)及其原理，才能選擇好我們這次設(shè)計(jì)所需要的型號，下面介紹光敏電阻的基本情況。</p><p>　　3.1.1 光敏電阻器的簡介</p><p>　　光敏電阻器屬半導(dǎo)體光敏器件，除具靈敏度高，反應(yīng)速度快，光譜特性及r值一致性好等特點(diǎn)外，在高溫、多濕的惡劣環(huán)境

42、下，還能保持高度的穩(wěn)定性和可靠性，可廣泛應(yīng)用于照相機(jī)、太陽能庭院燈、草坪燈、驗(yàn)鈔機(jī)、石英鐘、音樂杯、禮品盒、迷你小夜燈、光聲控開關(guān)、路燈自動(dòng)開關(guān)以及各種光控玩具、光控?zé)麸?、燈具等光自?dòng)開關(guān)控制領(lǐng)域。</p><p>　　(1) 什么是光敏電阻器</p><p>　　光敏電阻器是一種對光敏感的元件，它的電阻值能隨著外界光照強(qiáng)弱（明暗）變化而變化。</p><p>　　

43、光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示， 電路符號：</p><p>　　(2)光敏電阻的工作原理及結(jié)構(gòu)</p><p>　　工作原理：當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，若光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，而且光輻射能量又足夠強(qiáng)，光導(dǎo)材料價(jià)帶上的電子將激發(fā)到導(dǎo)帶上去，從而使導(dǎo)帶的電子和價(jià)帶的空穴增加，致使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。為實(shí)現(xiàn)能級的躍遷，入射光的能量必須大于光導(dǎo)體材料的禁帶寬度Eg，即式

44、中ν和λ為入射光的頻率和波長。一種光電導(dǎo)體，存在一個(gè)照射光的波長限λC，只有波長小于λC的光照射在光電導(dǎo)體上，才能產(chǎn)生電子在能級間的躍遷，從而使光電導(dǎo)體電導(dǎo)率增加。</p><p><b>　　光敏電阻的結(jié)構(gòu)： </b></p><p>　　圖3.1光敏電阻的結(jié)構(gòu)</p><p>　　1--光導(dǎo)層;  2--玻璃窗口; 3--金屬外殼

45、; 4--電極;5--陶瓷基座; 6--黑色絕緣玻璃; 7--電阻引線。</p><p>　　管芯是一塊安裝在絕緣襯底上帶有兩個(gè)歐姆接觸電極的光電導(dǎo)體。光導(dǎo)體吸收光子而產(chǎn)生的光電效應(yīng)，只限于光照的表面薄層，雖然產(chǎn)生的載流子也有少數(shù)擴(kuò)散到內(nèi)部去，但擴(kuò)散深度有限，因此光電導(dǎo)體一般都做成薄層。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極一般采用硫狀圖案，結(jié)構(gòu)見下圖。</p><p>　　圖3.2 金屬封裝

46、的硫化鎘光敏電阻結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　(3)光敏電阻器種類：</p><p>　?、?按制作材料分類：多晶和單晶光敏電阻器，還可分為硫化鎘（CdS）、硒化鎘(CdSe) 、硫化鉛(PbS)、硒化鉛(PbSe)、銻化銦(InSb) 光敏電阻器等。</p><p>　?、?按光譜特性分類：</p><p>　　·可見光光敏電阻器：

47、主要用于各種光電自動(dòng)控制系統(tǒng)、電子照相機(jī)、光報(bào)警等。</p><p>　　·紫外光光敏電阻器：主要用于紫外線探測儀器。</p><p>　　·紅外光光敏電阻器：主要用于天文、軍事等領(lǐng)域的有關(guān)自動(dòng)控制系統(tǒng)。</p><p>　　(4) 光敏電阻器的主要參數(shù)</p><p>　?、?亮電阻（kΩ）：指光敏電阻器受到光照射時(shí)的電

48、阻值。</p><p>　?、?暗電阻(MΩ)：指光敏電阻器在無光照射（黑暗環(huán)境）時(shí)的電阻值。</p><p>　?、?最高工作電壓(V)：指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓。</p><p>　?、?亮電流(mA)：指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時(shí)所通過的電流。</p><p>　?、?暗電流(mA)：指在無光照射時(shí)，光

49、敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。</p><p>　?、?時(shí)間常數(shù)（ms）：指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63％時(shí)所需時(shí)間。</p><p>　?、?電阻溫度系數(shù)：指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃時(shí)，其電阻值的相對變化。</p><p>　?、?靈敏度：指光敏電阻器在有光照射和無光照射時(shí)電阻值的相對變化。</p><p>　　3

50、.1.2 光敏電阻基本特性</p><p>　　(1) 光敏電阻的光照特性</p><p>　　下圖表示CdS光敏電阻的光照特性。在一定外加電壓下，光敏電阻的光電流和光通量之間的關(guān)系。不同類型光敏電阻光照特性不同，但光照特性曲線均呈非線性。因此它不宜作定量檢測元件，這是光敏電阻的不足之處。一般在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作光電開關(guān)。</p><p>　　圖3.3 光敏電阻的光

51、照特性圖</p><p>　　(2) 光敏電阻的光譜特性</p><p>　　光譜特性與光敏電阻的材料有關(guān)。從下圖中可知，硫化鉛光敏電阻在較寬的光譜范圍內(nèi)均有較高的靈敏度，峰值在紅外區(qū)域；硫化鎘、硒化鎘的峰值在可見光區(qū)域。因此，在選用光敏電阻時(shí)，應(yīng)把光敏電阻的材料和光源的種類結(jié)合起來考慮，才能獲得滿意的效果。</p><p>　　圖3.4光敏電阻的光譜特性圖<

52、/p><p>　　(3) 光敏電阻的伏安特性</p><p>　　在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。下圖中曲線1、2分別表示照度為零及光照度為某值時(shí)的伏安特性。由曲線可知，在給定偏壓下,光照度較大，光電流也越大。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無飽和現(xiàn)象。但是電壓不能無限地增大，因?yàn)槿魏喂饷綦娮瓒际茴~定功率、最高工作電壓和額定電流的限制。超過最

53、高工作電壓和最大額定電流，可能導(dǎo)致光敏電阻永久性損壞。</p><p>　　圖3.5光敏電阻的伏安特性圖</p><p>　　(4) 光敏電阻的頻率特性</p><p>　　當(dāng)光敏電阻受到脈沖光照射時(shí)，光電流要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值，而在停止光照后，光電流也不能立刻為零，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。由于不同材料的光敏電阻時(shí)延特性不同，所以它們的頻率特性也不同，如下

54、圖。硫化鉛的使用頻率比硫化鎘高得多，但多數(shù)光敏電阻的時(shí)延都比較大，所以，它不能用在要求快速響應(yīng)的場合。</p><p>　　圖3.6 光敏電阻的頻率特性圖</p><p>　　(5) 光敏電阻的穩(wěn)定性</p><p>　　下圖中曲線1、2分別表示兩種型號CdS光敏電阻的穩(wěn)定性。初制成的光敏電阻，由于體內(nèi)機(jī)構(gòu)工作不穩(wěn)定，以及電阻體與其介質(zhì)的作用還沒有達(dá)到平衡，所以性能

55、是不夠穩(wěn)定的。但在人為地加溫、光照及加負(fù)載情況下，經(jīng)一至二周的老化，性能可達(dá)穩(wěn)定。光敏電阻在開始一段時(shí)間的老化過程中，有些樣品阻值上升，有些樣品阻值下降，但最后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值后就不再變了。這就是光敏電阻的主要優(yōu)點(diǎn)。光敏電阻的使用壽命在密封良好、使用合理的情況下，幾乎是無限長的。</p><p>　　圖3.7 光敏電阻的的穩(wěn)定性</p><p>　　(6) 光敏電阻的溫度特性</p&g

56、t;<p>　　光敏電阻性能(靈敏度、暗電阻)受溫度的影響較大。隨著溫度的升高，其暗電阻和靈敏度下降，光譜特性曲線的峰值向波長短的方向移動(dòng)。硫化鎘的光電流I和溫度T的關(guān)系如圖所示。有時(shí)為了提高靈敏度，或?yàn)榱四軌蚪邮蛰^長波段的輻射，將元件降溫使用。例如，可利用制冷器使光敏電阻的溫度降低。</p><p>　　圖3.8光敏電阻的溫度特性圖</p><p>　　3.1.3 光敏電阻

57、的選擇</p><p>　　常用的光敏電阻器有MG41~MG45系列，它們的額定功率均在200mW以下。主要參數(shù)見表3.1。</p><p>　　3.1.4 電壓采集電路設(shè)計(jì)</p><p>　　選用MG42-5型號光敏電阻。給定一個(gè)參考值1—4V。當(dāng)接近最大值時(shí)窗簾拉下。接近最小值時(shí)窗簾升起。公式如下：</p><p>　　圖3.9 電壓采

58、集部分電路設(shè)計(jì)</p><p>　　光敏電阻一端接+5v電源，與其串聯(lián)的電阻值確定為20kΩ，此電阻另一端接地。電阻值的確定是通過試驗(yàn)取得的。為確保在測光敏電阻的高電壓、低電壓時(shí)，電壓變化值基本接近，試驗(yàn)采用以上電路。試驗(yàn)中用電壓表測量光敏電阻在電路中分配的電壓，選用了幾個(gè)電阻分別試用，最后所用20kΩ的電阻最符合要求，保證了電壓0～4v中間值（正常光照）確保在2v左右。</p><p>

59、　　ADC0809的管腳IN0接在光敏電阻與定值電阻之間，電壓信號從IN0輸入到ADC0809，進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下面一節(jié)介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換部分。</p><p>　　3.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換部分主要由ADC0809芯片負(fù)責(zé)，讀入模擬信號的管腳我們選用的是IN0，輸出數(shù)字信號是D0~D7，與單片機(jī)相連接。</p>

60、;<p>　　從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換可用的芯片很多，主要根據(jù)實(shí)驗(yàn)精度所選用，ADC0809在單片機(jī)課程的學(xué)習(xí)當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)用過，而且也滿足了此次設(shè)計(jì)所需精度。</p><p>　　下面介紹模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理，根據(jù)轉(zhuǎn)換器的原理，及管腳功能，完成A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的連接。根據(jù)C語言的編程，完成從模擬量到數(shù)字量的任務(wù)。</p><p>　　3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的介紹</p>

61、;<p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是一種用來將連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的器件。一個(gè)完整的A/D轉(zhuǎn)換器通常包括這樣的一些輸入、輸出信號：模擬輸入信號和參考電壓、數(shù)字輸出信號、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號、數(shù)據(jù)輸出允許信號等。高速A/D轉(zhuǎn)換器一般還應(yīng)有采樣保持電路，以減少孔徑誤差（在A/D轉(zhuǎn)換的孔徑時(shí)間內(nèi)，因輸入模擬量的變動(dòng)所引起輸出的不確定性誤差）。A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)有：</p><p>　　(1)

62、分辨率。變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需要輸入的模擬電壓的變化量，通常用位數(shù)表示，對n位的A/D轉(zhuǎn)換器，分辨率為滿刻度電壓的1/2^n。</p><p>　　(2) 轉(zhuǎn)換誤差。指一個(gè)實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器量化值與一個(gè)理想的A/D轉(zhuǎn)換器量化值之間的最大偏差，通常以最低有效位的倍數(shù)給出。轉(zhuǎn)換誤差和分辨率一起共同描述A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。值得一提的是，轉(zhuǎn)換誤差或者轉(zhuǎn)換精度的概念在國內(nèi)外不同的參考文獻(xiàn)上含義或形式可能會有所不同。<

63、;/p><p>　　(3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速率。A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)為轉(zhuǎn)換速率，即1秒鐘完成轉(zhuǎn)換的次數(shù)。</p><p>　　常見的A/D轉(zhuǎn)化器有記數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、并行直接比較式A/D轉(zhuǎn)換器、V/F式A/D轉(zhuǎn)換器等。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器速度較高，外圍元件較少，是使用比較多的一種A/D轉(zhuǎn)換電路，但其

64、抗干擾能力較差。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器具有抗干擾能力強(qiáng)、轉(zhuǎn)換精度高的優(yōu)點(diǎn)，但速度較慢。V/F式A/D轉(zhuǎn)換器有著雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器類似的特點(diǎn)，在一些非快速的檢測通道中，越來越多地使用V/F轉(zhuǎn)換來取代通常的A/D轉(zhuǎn)換。</p><p>　　3.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇</p><p>　　正確選用一個(gè)適合的A/D轉(zhuǎn)換器，應(yīng)當(dāng)注意以下幾個(gè)問題：</p><p>　　(1

65、) 選擇恰當(dāng)?shù)奈粩?shù)和轉(zhuǎn)換速率。分辨率和轉(zhuǎn)換速率的選擇應(yīng)比實(shí)際的要求略高一點(diǎn)，稍留一點(diǎn)余地。</p><p>　　(2) 確定是否需加采樣/保持電路。采樣/保持電路主要用來減少孔徑誤差。由孔徑誤差、轉(zhuǎn)換速率、信號最高頻率來共同決定是否需加采樣/保持電路。一般來說，對于分辨率越高、轉(zhuǎn)換速率越低的A/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)信號頻率越高時(shí)越有可能需要加采樣/保持電路。通常有不少A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部已經(jīng)含有采樣/保持電路，這種情況則外部

66、不需再考慮。</p><p>　　(3) 注意A/D轉(zhuǎn)換器的工作電壓和基準(zhǔn)電壓以及模擬輸入電壓的極性、量程等。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選擇的是ADC00809八路八位轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　3.2.3 ADC0809的介紹</p><p>　　ADC0809是逐次逼近式八位A/D轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)有八路模擬開關(guān)，可對八路模擬電壓量實(shí)現(xiàn)分時(shí)

67、轉(zhuǎn)換，典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連接。</p><p>　　ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)和引腳如圖3.10所示。圖中可見，ADC0809由八位模擬開關(guān)、SAR八位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器、地址鎖存器、控制與時(shí)序電路及輸出鎖存器組成。</p><p>　　圖3.10 ADC0809的結(jié)構(gòu)圖和引腳圖</p><p>　　&

68、#183;IN0~IN7 八路模擬通道輸入信號，通過模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)八路模擬輸入信號分時(shí)選通。</p><p>　　·ADDC、ADDB和ADDA模擬通道選擇 編碼為000~111，分別選中IN0~IN7。</p><p>　　·ALE 地址鎖存信號，其上升沿鎖存ADDC、ADDB、ADDA的信號，譯碼后控制模擬開關(guān)，接通八路模擬輸入中相應(yīng)的一路。</p>

69、<p>　　·CLK輸入時(shí)鐘 為A/D轉(zhuǎn)換器提供轉(zhuǎn)換的時(shí)鐘信號，典型的工作頻率為640kHz。</p><p>　　·START A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，正脈沖啟動(dòng)ADDC~ADDA，選中的一路模擬信號開始轉(zhuǎn)換。</p><p>　　·OE 輸出允許信號，為高電平時(shí)打開三態(tài)輸出緩沖器，是轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量從D0~D7腳輸出。</p>

70、<p>　　·EOC 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后，EOC變?yōu)榈碗娖?，轉(zhuǎn)換完成后變?yōu)楦唠娖?，根?jù)讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果的方式，此信號可用三種方式和單片機(jī)相連。</p><p>　　(1) 延時(shí)方式：EOC懸空，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并延時(shí)100μs后讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　(2) 查詢方式：EOC接單片機(jī)端口線，查得EOC變高，讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，作為查詢信號。</p>&l

71、t;p>　　(3) 中斷方式：EOC經(jīng)非門接單片機(jī)的中斷請求端，將轉(zhuǎn)換結(jié)果信號作為中斷請求信號向單片機(jī)提出中斷申請，在中斷服務(wù)中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。</p><p>　　·VREF（+）和VREF（-） 基準(zhǔn)電壓輸入，用于決定輸入模擬電壓的范圍。VREF（+）和VREF（-）是差動(dòng)的或不共地的電壓信號，多數(shù)情況下，VREF（+）接5V， VREF（-）接GND，此時(shí)輸入量成為0~5V。當(dāng)轉(zhuǎn)換精度要求不

72、高或電源電壓VCC較穩(wěn)定和準(zhǔn)確時(shí)，VREF（+）可接VCC，否則應(yīng)單獨(dú)提供基準(zhǔn)電源。</p><p>　　3.2.4 ADC0809與MCS-51單片機(jī)的連接設(shè)計(jì)</p><p>　　ADC0809與8XX51單片機(jī)的接口電路如圖3.11所示。</p><p>　　上面介紹了ADC0809的管腳功能，根據(jù)對應(yīng)功能，我們將其連接到51單片機(jī)的管腳。</p>

73、<p>　　ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC連接到P3.0；輸出允許信號OE連接到P3.1；時(shí)鐘信號CLK連接到P3.2，由單片機(jī)軟件編程實(shí)現(xiàn)16分頻，滿足CLK信號低于640kHz的要求；START與ALE均連接到P3.3；D0~D7分別接到單片機(jī)P0.0~P0.7（因?yàn)閱纹瑱C(jī)學(xué)習(xí)板內(nèi)部已將P1口連接電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，所以采用P0口）；VREF（+）和VREF（-）分別連接到+5V電源和GND；ADDA、ADDB、ADDC均

74、連接到GND。</p><p>　　具體的芯片功能實(shí)現(xiàn)，需要C語言程序的燒錄到單片機(jī)，爾后進(jìn)行控制，下面是具體所編的C語言，通過編程，進(jìn)行模擬信號向數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變。</p><p>　　3.3 采集部分C51程序設(shè)計(jì)</p><p>　　1. 添加頭文，端口定義</p><p>　　#include<reg51.h></p&

75、gt;<p>　　unsigned int light;</p><p>　　unsigned char state=0;</p><p>　　sbit CLK=P3^2;</p><p>　　sbit START=P3^3;</p><p>　　sbit EOC=P3^0;</p><p>　　sbit

76、 OE=P3^1;</p><p>　　根據(jù)以上電路連接進(jìn)行端口定義。</p><p><b>　　2. 延時(shí)程序</b></p><p>　　void delay(unsigned int j)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned

77、int i;</p><p>　　for(i=0;i<j;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3. 中斷程序</b></p><p>　　timer0( ) interrupt 1</p><p><b>　　{&

78、lt;/b></p><p>　　TH0=65530/256;</p><p>　　TL0=65530%256;</p><p><b>　　CLK=~CLK;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　4. 模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號</p

79、><p>　　void transfer( )</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　START=0;</b></p><p><b>　　OE=0;</b></p><p><b>　　delay(1);</b

80、></p><p>　　while(!EOC);</p><p><b>　　OE=1;</b></p><p><b>　　light=P0;</b></p><p><b>　　OE=0;</b></p><p><b>　　STAR

81、T=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　5. 初始化，設(shè)置定時(shí)器，開中斷</p><p>　　void Init( )</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p>&

82、lt;p>　　TH0=65530/256;</p><p>　　TL0=65530%256;</p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　TR0=1;</b></p><

83、p><b>　　P1=0x0f;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　單片機(jī)處理系統(tǒng)接收的信號是由信號采集裝置經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號，這就需要用到單片機(jī)的信號輸入端口，在此設(shè)置P0.0～P0.7為輸入端口。對信號分析處理后，處理系統(tǒng)需對電機(jī)控制裝置發(fā)出控制指令，這就用到了單片機(jī)的輸出端口，在此設(shè)置P1.0與

84、P1.1為輸出端口。</p><p>　　當(dāng)單片機(jī)的P0.0～P0.7端口接收到輸入信號后，接下來要做的是對信號的分析。在信號采集裝置中，采用了分壓電路型式，將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，所以處理系統(tǒng)要分析的是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。</p><p>　　信號采集裝置和單片機(jī)使用了同一電源，電壓為5.0V，也就是說，電壓信號的變化范圍為0～5.0V。轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后為0~255

85、，所以單片機(jī)通過這個(gè)數(shù)字范圍控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。我們采用的是分級調(diào)速，把這個(gè)區(qū)域分成4個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)角度分別為0°，30°，60°，90°。</p><p>　　第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　控制系統(tǒng)由兩部分構(gòu)成：電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和電機(jī)的控制。</p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分主要由達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)ULN200

86、3芯片實(shí)現(xiàn)。電機(jī)控制部分采用步進(jìn)電機(jī)，這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)比較容易進(jìn)行角度控制。下面主要論述ULN2003芯片及步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與原理，以及C51程序的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　4.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1.1 ULN2003簡介</p><p>　　1.ULN2003的概述</p><p>　　ULN2003是集成達(dá)林頓

87、管IC，內(nèi)部還集成了一個(gè)消線圈反電動(dòng)勢的二極管，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器。它是雙列16見封裝，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動(dòng)電壓為50V、電流為500mA、輸入電壓為5V，適用于TTL、COMS電路等達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)電路。它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降VCE約為1V，而集電極與發(fā)射極的最高反向耐壓VCEO(BR)約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器，也可直

88、接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。通常單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003時(shí)，上拉2kΩ的電阻較為合適，同時(shí)，COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。ULN2003是一個(gè)非門電路，包含7個(gè)單元，但每個(gè)單元驅(qū)動(dòng)電流最大可達(dá)350mA。下面有引用電路圖，9腳可以懸空。比如1腳輸入，16腳輸出，負(fù)載可以接在VCC與16腳之間，不用9腳。</p><p>　　2.ULN2003的作用</p><p>　　ULN2003是大電流驅(qū)動(dòng)陣列，多

89、用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中，可直接驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載。輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：ULN2003的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7kΩ的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和COMS電路直接連接。</p><p>　　ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品，具有電流增

90、益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。</p><p>　　3.ULN2003引進(jìn)圖及功能</p><p>　　ULN2003是高耐壓、大電流、內(nèi)部由7個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成的驅(qū)動(dòng)芯片，其引腳圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 ULN2003引腳圖</p><p>　　ULN20

91、03經(jīng)常在以下電路中試用：</p><p><b>　　(1) 顯示驅(qū)動(dòng)；</b></p><p>　　(2) 繼電器驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　(3) 照明燈驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　(4) 電磁閥驅(qū)動(dòng)；</p><p>　　(5) 伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。</p>&

92、lt;p>　　ULN2003的每一對達(dá)林頓管都串聯(lián)一個(gè)2.7kΩ的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和COMS電路直接相連，ULN2003可以并聯(lián)使用，在相應(yīng)的OC輸出引腳上串聯(lián)幾歐姆的均流電阻后再并聯(lián)使用，防止陣列電流不平衡?？梢灾苯犹幚碓刃枰獦?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(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。</p>&

93、lt;p>　　ULN2003的封裝采用DIP16或SOP16。ULN2003可以驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器，具有高電壓輸出特性，并帶有共陰極的續(xù)流二極管，使器件可用于開關(guān)型感性負(fù)載。每對達(dá)林頓管的額定集電極電流是500mA，達(dá)林頓對管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力。</p><p>　　4.1.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分電路設(shè)計(jì)的連接圖設(shè)計(jì)</p><p>　　如圖4.2所示為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的連接圖。

94、 </p><p>　　圖4.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分連接圖</p><p>　　此圖是單片機(jī)學(xué)習(xí)板內(nèi)部連接圖。ULN2003所用的是單片機(jī)的P1.0~P1.3接口，輸出部分選用13~16引腳，8引腳接地，9引腳所示為連接步進(jìn)電機(jī)的電源。</p><p>　　4.2 電機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　此部分主要是對控制指令的執(zhí)行。單片機(jī)根據(jù)讀

95、入的數(shù)據(jù)通過驅(qū)動(dòng)器對電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。下面介紹一下步進(jìn)電機(jī)及其控制原理，了解步進(jìn)電機(jī)使我們能更順利的完成智能窗簾設(shè)計(jì)。</p><p>　　4.2.1 步進(jìn)電機(jī)概述</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率的脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電動(dòng)機(jī)加一個(gè)脈沖信號，電動(dòng)機(jī)則轉(zhuǎn)

96、過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無積累誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變得非常簡單。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電機(jī)由單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)的多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電機(jī)各相繞組。當(dāng)向脈沖分配器輸入一個(gè)脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)各項(xiàng)的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)

97、轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微處理器控制。</p><p>　　4.2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有三線式、五線式、六線式三種，但其控制方式均相同，必須以脈沖電流來驅(qū)動(dòng)。若每旋轉(zhuǎn)一圈以20個(gè)勵(lì)磁信號來計(jì)算，則每個(gè)勵(lì)

98、磁信號前進(jìn) 18°，其旋轉(zhuǎn)角度與脈沖數(shù)成正比，正、反轉(zhuǎn)可由脈沖順序來控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全步勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全部勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱1~2相勵(lì)磁。</p><p>　　(1) 1相勵(lì)磁法：在每一瞬間只有一個(gè)線圈導(dǎo)通。消耗小，準(zhǔn)確度良好，但轉(zhuǎn)矩小，振動(dòng)較大，每送一勵(lì)磁信號可走18°。若欲以1相勵(lì)磁法控制步進(jìn)

99、電機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表4.1所示。若勵(lì)磁信號反向傳送，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　表4.1 正轉(zhuǎn)勵(lì)磁順序A→B→C→D→A</p><p>　　(2) 2相勵(lì)磁法：在每一瞬間會有兩個(gè)線圈同時(shí)導(dǎo)通。因其轉(zhuǎn)巨大，振動(dòng)小，故為目前使用最多的勵(lì)磁方式，每送一勵(lì)磁信號可走18°。若以2相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表4.2所示。若勵(lì)磁信號反向傳送，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。&l

100、t;/p><p>　　表4.2 正轉(zhuǎn)勵(lì)磁順序AB→BC→CD→DA→AB</p><p>　　(3) 1~2相勵(lì)磁法：為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一勵(lì)磁信號可走9°，故亦被廣泛采用。若以1相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如表4.3所示，若勵(lì)磁信號反向傳送，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p><p>　　表4.3 正轉(zhuǎn)勵(lì)磁順序A→AB→

101、B→BC→C→CD→D→DA→A</p><p>　　電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快負(fù)載轉(zhuǎn)矩越小，但速度快至其極限時(shí)，步進(jìn)電機(jī)即不在運(yùn)轉(zhuǎn)。所以在每走一步后，程序必須延時(shí)一段時(shí)間，以對轉(zhuǎn)速加以限制。</p><p>　　4.2.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定

102、下來了。</p><p>　　(1) 步距角的選擇：電動(dòng)機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，即每個(gè)當(dāng)量電動(dòng)機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電動(dòng)機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36°/0.72°（五相電動(dòng)機(jī)）、0.9°/1.8°（二、四相電動(dòng)機(jī)）、1.5°/3°（三相電動(dòng)機(jī)）等。</

103、p><p>　　(2) 靜力矩的選擇：步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，往往先確定電動(dòng)機(jī)的靜力矩。靜力矩的選擇依據(jù)是電動(dòng)機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接啟動(dòng)時(shí)（一般由低速）兩種負(fù)載均要考慮，加速啟動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行時(shí)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2~3倍，靜力矩一旦選定，電動(dòng)機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。<

104、/p><p>　　(3) 電流的選擇：靜力矩相同的電動(dòng)機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電動(dòng)機(jī)的電流。</p><p>　　選擇電動(dòng)機(jī)一般應(yīng)遵循以上步驟。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)選擇的是M35SP-7NP四相五線永磁型步進(jìn)電機(jī)。永磁型步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)為：</p><p>　　(1) 大步距角，例如15°

105、;、22.5°、30°、45°、90°等。</p><p>　　(2) 起動(dòng)頻率較低，通常為幾十到幾百Hz（但轉(zhuǎn)速不一定低）。</p><p>　　(3) 控制功率小。</p><p>　　(4) 在斷電情況下有定位轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　(5) 有強(qiáng)的內(nèi)阻尼力矩。</p><p

106、>　　4.3 控制部分C語言程序設(shè)計(jì)</p><p>　　首先介紹此部分的基本情況，單片機(jī)讀入數(shù)字信號，通過P1端口輸出，P1端口接ULN2003驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器上面已介紹。驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)所在區(qū)域轉(zhuǎn)動(dòng)，來控制百葉窗擺動(dòng)角度，從而調(diào)節(jié)室內(nèi)光照。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)以脈沖電流來驅(qū)動(dòng)，正、反轉(zhuǎn)由脈沖順序來驅(qū)動(dòng)。電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)程序是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理所設(shè)置的數(shù)據(jù)。

107、</p><p>　　主程序是根據(jù)單片機(jī)讀入的數(shù)據(jù)0~255，來分成四個(gè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)的是分級調(diào)速。數(shù)據(jù)在0~40時(shí)，也就是說所測電壓小，室外光照弱，步進(jìn)電機(jī)擺動(dòng)角度控制在0°；數(shù)據(jù)在45~125時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)位置在30°；數(shù)據(jù)在130~210時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到60°，隨著光照增強(qiáng)，百葉窗呈趨于閉合狀態(tài)；數(shù)據(jù)在215~225時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到90°，光照過強(qiáng)，百葉窗呈閉合狀態(tài)

108、。每個(gè)區(qū)域數(shù)據(jù)不是連續(xù)的的主要原因是，為了步進(jìn)電機(jī)在臨界值不抖動(dòng)，所以設(shè)置的死區(qū)，在數(shù)據(jù)沒有涉及到的死區(qū)，電動(dòng)機(jī)是不動(dòng)的，從而實(shí)現(xiàn)平緩的轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　switch(level)語句是選擇進(jìn)入哪個(gè)檔，0~3檔對應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，分為0檔、30°檔、60°檔、90°檔。</p><p><b>　　1. 電機(jī)正轉(zhuǎn)程序</b>&l

109、t;/p><p>　　void move(unsigned char step)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</p><p><b>　　P1=0x0f;</b></p><p>　　for(i=0;i<st

110、ep;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1=~0x03;</b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　P1=~0x06;</b></p><p>　　delay(200);

111、</p><p><b>　　P1=~0x0c;</b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　P1=~0x09;</b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　}</b></p&

112、gt;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　2. 電機(jī)反轉(zhuǎn)程序</b></p><p>　　void reserve(unsigned char step)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned cha

113、r i;</p><p><b>　　P1=0x0f;</b></p><p>　　for(i=0;i<step;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P1=~0x09;</b></p><p>　　dela

114、y(200);</p><p><b>　　P1=~0x0c;</b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　P1=~0x06;</b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　P1=~0x03;&l

115、t;/b></p><p>　　delay(200);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　3. 轉(zhuǎn)動(dòng)控制程序</b></p><p>　　void movesetp(unsi

116、gned char level)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　switch(level)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0: switch(state)</p><p><b>　　{</