基于单片机的室内云台运动控制电路毕业设计论文(编辑修改稿)

基于单片机的室内云台运动控制电路毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

励方式：以四相电机为例，驱动它的激励方式有 1 相、 2相、 12相三种。 1 相激励方式是指每一时刻 4 相中只有一相导通，步进电机以此工作方式工作时，温升较高，电源功率功耗小，但是当速度较高时容易产生失步； 2 相激励方式是指每一时刻 4相中都有两相导通，然后按 4相的顺序循环； 12相激励方式是指驱动时一相导通和两相导通交替出现的。 （ 9）外表温度：步进电机温度过高会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。 第 3 章 总体方案 云台控制系统简析 云台在任意位置 ，按下启动按钮，云台将依次完成向上→左行→向下→右行四个动作，逆时针方向旋转实现云台一个周期的动作。 在转动的同时还可以手动控制云台。 为了限制云台转动的范围，云台的向上、左转、向下和右转动作转换靠限位开关来控制。 本设计主要是设计云台的转动，并能按一定的要求动作。 起动时，云台从原点开始按顺序动作，停止时，云台停在现行位置上，重新起动时，云台按停止前的动作继续进行。 为满足控制要求，云台转动设置手动方式和自动工作方式两种。 （ 1）手动工作方式。 利 用按钮对云台的每一步进行单独控制，例如，按“向下”按钮，云台使摄像头向下；按“向右”按钮，云台使摄像头向右。 （ 2）连续工作方式。 云台在原位时，按下“自动”按钮，云台自动连续的 第 9 页 执行周期动作。 当按下停止按钮式，云台保持当前状态，重新恢复后云台按停止前的动作继续进行工作。 控制系统实现 系统总体组成框图如图 1 所示，为保证控制的实时性及准确性，采用了主、从单片机控制方案，其中主单片机主要负责实时接收来自于外部专用球形摄像机控制键盘发出的控制指令并进行指令解释，若是控制云台运动的指令，则由主单片机将此指令转 发给从单片机，由从单片机完成对云台水平及俯仰两轴的控制；若是控制摄像机的指令。 从单片机功能相对简单，主要完成对两轴步进电机速度及位置的控制并记录当前两轴位置信息。 Rs232 Rs232 Rs232 图 1 系统组成框图 第 4 章 系统硬件设计 AT89C52 单片机简介 单片机是将中央处理器，随机存储器，只读存储器，定时器芯片和 I/O 接口电路集成于一个芯片上的微控制器。 ATMEL 公司的 89C52 单片机，是增强型 RISC 内载 Flash 的单片机，在芯片上的 Flash 存储器附在用户的产品中，可随时编程，在线编程，使用户的产品设计容易，更新换代方便。 89C52 单片机采用增强的 RISC 结构，使其具有高速处理能力，在一个时钟周期内可执行复杂的指令，每 MHz 可实现 1MIPS 的处理能力。 存储器 显示器 水平光电开关 俯仰光电开关 主单片机 通信 从单片机 步进电机驱动器 1 步进电机驱动器 2 水平电机 俯仰电机 键盘 摄像机 第 10 页 89C52 单片机工作电压为 ～ ，可以实现 耗电最优化。 89C52 的单片机广泛应用于计算机外部设备，工业实时控制，仪器仪表，通讯设备，家用电器，宇航设备等各个领域。 AT89C52 AT89C52 是一个低电压、高性能 COMS 8 位单片机，片内含 8K bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器（ ROM）和 256 bytes的随机存取数据存储器 (RAM),器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为你提供许多复杂较系统 控制应用场合。 AT89C52 有 40个引脚， 32个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含 2个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ,2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ,但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 图 41 所示为 DIP 封装引脚图。 A T 8 9 C 5 2P 1 .0P 1 .1P 1 .2P 1 .3P 1 .4P 1 .5P 1 .6P 1 .7R S TR X D / P 3 .0T X D / P 3 .1T 0 / P 3 .4T 1 / P 3 .5X T A L 2X T A L 1G N DV C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7P 2 .7P 2 .6P 2 .5V P P/EAP R O GA L E /PESNP 2 .3P 2 .2P 2 .1P 2 .0P 2 .4 图 41 AT89C52 DIP 封装引脚图 AT89C52 各引脚功能 AT89C52 为 40 脚双列直插封装的 8 位通用微处理器，采用工业标准的 C51内核，在内部功能及管脚排布上与通用的 8xc52 相同，其主要用于会聚调整时的功能控制。 功能包括对会聚主 IC 内部寄存器、数据 RAM 及外部接口 等功能部件的初始化，会聚调整控制，会聚测试图控制，红外遥控信号 IR 的接收解码及与主板 CPU 通信等。 主要管脚有： XTAL1（ 19 脚）和 XTAL2（ 18 脚）为振荡器 第 11 页 输入输出端口，外接 晶振。 RST（ 9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。 VCC（ 40 脚）和 VSS（ 20 脚）为供电端口，分别接 +5V电源的正负端。 P0～ P3 为可编程通用 I/O 脚，其功能用途由软件定义。 VCC(40 脚 ):接 +5V 电压。 GND（ 20 脚）：接信号地。 RST(9 脚 ): 复位输入。 当振荡器工作时， RST 引脚出现两个机器周期以上高电平将使单片机复位。 ALE/PROG （ 30 脚）：当访问外部程序存储器或数据存储器时， ALE（地址锁存允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节。 一般情况下， ALE 仍以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信号，因此它可对外输出时钟或用于定时目的。 PSEN （ 29 脚）：程序储存允许输出是外部程序存储器的读选通信号，当AT89s52 由外部程序存储器取指令（或数据） 时，每个机器周期两次 PSEN 有效，即输出两个脉冲。 在此期间，当访问外部数据存储器，将跳过两次 PSEN 信号。 EA/VPP（ 31 脚）：外部访问允许。 欲使 CPU 仅访问外部程序存储器（地址为 0000H— FFFFH）， EA 端必须保持低电平（接地）。 XTAL1（ 19 脚）：接外部晶振的一个引脚，且为输入端。 XTAL2（ 18 脚）：接外部晶振的另一个引脚，该引脚接地。 P0口（ 39～ 32脚） :双向 8 位三态 I/O 口，在外接存储器时，与地址总线低8 位及数据总线复用。 P0 可以驱动 8个 LS TTL 负载。 P1口（ 1～ 8 脚）：具有内部上拉电阻的 8位准双向 I/O 口，该接口输出不包含高阻态，输出不能锁存。 可以驱动 4 个 LS TTL 负载。 P2口（ 21～ 28脚）：具有内部上拉电阻的 8 位准双向 I/O 口，在访问外部存储器时，作为高 8位地址总线。 可以驱动 4 个 LS TTL 负载。 P3口（ 10～ 17 脚）：具有内部上拉电阻的 8位准双向 I/O 口， P3口的 8个引脚还用于专门的功能 —— 复用双功能口。 它可以驱动 4个 LS TTL 负载。 它作为第二功能使用时，其 各个引脚的功能如下： (10 脚 )RXD:串行口接收端 (11 脚 )TXD：串行口发送端 (12 脚 ) 0INT ：外部中断 0 (13 脚 ) 1INT ：外部中断 1 (14 脚 )T0：定时 /计数器 0 (16 脚 ) WR ：外部数据存储器写选通信号 (17 脚 ) RD：外部 数据存储器读选通信号 特殊功能寄存器： 第 12 页 （ 1） 单片机内含有两个 16 位定时 /计数器 T0、 T1。 它们各自由两个独立的 8 位寄存器组成，分别为 TH0、 TL0、 TH TL1,。 （ 2） TMOD 用于控制定时 /计数器的工作方式及 4 种工作模式，其中低 4 位为定时器 T0 的方式控制字，高 4位为定时器 T1 的方式控制字。 它的字节地址为89H。 其各位的定义如下： GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 MO GATE 是选通门，当 GATE=1 时，只有 INT0 或 INT1 引脚为高电平且 TR0 或 TR1置 1 时，相应的定时 /计数器才被选通工作。 C/T 是计数器 /定时器方式选择位。 MO 和 M1 是操作模式选择位。 1； TCON 寄存器的高四位为定时 /计数器 T0、 T1 的控制寄存器和定时 /计数溢出中断标志。 2； IE寄存器用于开放或屏蔽单片机各个中断。 3； SCON 寄存器用于设置串口的工作方式和查询接收、发送中断产生标志。 4； SBUF 串行数据缓冲器用于存放串口中预发送或接收的数据，它由两个独立的寄存器构成，一个发送缓冲器，一个接收缓冲器，他们公用一个地址。 当从SBUF 取数据时，访问接收缓冲器 ，当写数据时，访问发送缓冲器。 AT89C52 串口通信 单片机系统设计中，经常需要使用串口与外部进行通信，因此，串口通信部分是单片机功能模块中极为重要的一部分。 串口通信时通过串口来进行的，串口不同于并口，它的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去。 与并口相比，虽然速度慢，但是传送距离较并口会更长，因此常用于需要常距离通信而对速度又要求不高的场合。 异步通信以帧的形式发送字符数据，每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位构成。 异步通信中，每传输一个字节就要使用起始位和停止位，因此传输速度有限，常用于低速场合。 同步通信使用数据块传送信息，而不是字节，省去了每个字节的起始位和停止位等数据，提高了通信的速率。 同步通信的每个数据块的开始使用同步字符，使接受和发送同步。 与异步通信相比，同步通信发送的数据量大、速度快，常用于传输速率要求较高的场合。 AT89C52 内部的串口是一个标准的全双工串口，支持四种工作方式。 波特率是可变的，可由软件设置。 对 89C52 串 口的访问和设置是通过访问其相关的特殊寄存器进行的，与 89C52 串口相关的特殊寄存器共有 3 个： SCON、 PCON 和 SBUF。 串口控制寄存器 SCON 串口控制寄存器 SCON 只要用于设置串口的工作模式和串口中断的查询。 其格式如下： 第 13 页 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、 SM1：用于设置串口的工作方式。 SM2：串口多机通信控制位。 REN：允许串行接收控制。 将其置为 1 时允许接收。 TB8： 用于设置 串口工作方式 2 和方式 3情况下要发送的第 9 位数据，有软件置位或复位。 RB8： 用于保存串口工作方式 2和方式 3情况下要接收到的第 9位数据。 TI： 串口中断发送标志。 当串口数据发送完毕时置位 TI，同时向 CPU 发送串口中断请求。 RI： 串口中断接收标志。 当串口数据接收到一个数据时置位 TI，同时向 CPU发送串口中断请求。 特殊功能寄存器 PCON 特殊功能寄存器 PCON 仅有最高位与串口有关， SMOD，波特率选择位， SMOD的设置可以影响波特率设置的精度。 发送 /接收 缓冲器 SBUF 串口中的发送 /接收缓冲器 SBUF 实际上共有两个，分别为发送缓冲器和接收缓冲器，他们在物理上是完全独立的，因此可以同时进行发送和接收。 两个缓冲器公用一个内存地址 99H。 AT89C52 中断系统 程序在执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件中断程序的执行，使其转向出来外部或内部事件的中断服务中去，完成中断服务程序后， CPU 继续与原来被中断的程序，这样的过程称为中断过程。 能产生中断的外部或内部事件叫中断源。 80C52 有 6 个中断源，它们是： INT0:外部中断 IT0()=0 时，低电平有效； IT0()=1 时，下降沿有效。 IN。