四川理工学院本科毕业（设计）论文
第3章 总体方案
3.1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。
3.2控制系统实现
根据云台的结构和工作特点，其执行机构是步进电机，同时系统与上位机需要进行信息交换，本设计选用单片机系统来进行实现。由于单片机的种类很多，在选择单片机是要依据实际设计要求选择合适的单片机，在本系统设计中，选用了ATMEL公司生成的AT89C52型号单片机。
云台运行有自动运行和手动运行模式，同时受上位机控制，所以该系统由单片机控制模块、键盘模块、电机驱动模块、远程控制模块等构成。控制系统具体的结构示意图如图3-1所示。此系统的硬件由AT89C52单片机、键盘、PC机、ULN2003A、步进电机组成。整体结构如图3-1所示。本系统的总体设计思路：键盘或PC输入信息，单片机接收后对输入信息进行处理，然后发出控制信号送ULN2003A,ULN2003A驱动步进电机运转。
单片机控制模块是本设计的核心。它的工作包括处理键盘输入、响应PC串
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李建：基于单片机的云台控制系统设计
口中断、控制电机运行等。
键盘模块完成的是控制信息的输入功能。在本系统中采用了独立式键盘，而不采用矩阵键盘，这样可以简化软硬件设计，而且能够满足系统要求。
电机驱动模块是本系统的执行机构，用于控制监控摄像机的运动。本系统中对云台电机的转速没有要求，所以在本系统中没有启用步进电机专用的驱动器，这样不仅可以节约成本，而且可以减少工作量。单片机产生步进电机工作所需脉冲信号，脉冲信号通过一级功率放大电路后再送给步进电机，这样实现电机的控制。
远程控制模块是为了能够实现在微机操作室就能控制现场单片机，以控制步进电机。它是通过RS485总线实现的，PC将信息从串口发出，通过RS485总线将信息传送到现场的单片机，单片机通过处理得到PC控制指令，发出控制信息控制步进电机运行。
外围器件
PC RS485 AT89C52 ULN2003A 步进电机 图3-1 系统框图
键盘 11
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第4章 系统硬件设计
4.1 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。89C52单片机工作电压为2.7～6.0V，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。
4.1.1 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MCS-51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4-1所示为DIP封装引脚图。
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P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTRXD/P3.0TXD/P3.1INT0/P3.2VCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7AT89C52EA/VPPALE/PROGPESNINT1/P3.3P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.12.0T0/P3.4T1/P3.5WR/P3.6RD/P3.6XTAL2XTAL1GND
图4-1 AT89C52 DIP封装引脚图
4.1.2 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）为振荡器输入输出端口，外接11.0592MHz 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，
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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： P3.0(10脚)RXD:串行口接收端 P3.1(11脚)TXD：串行口发送端 P3.2(12脚)INT0：外部中断0 P3.3(13脚)INT1：外部中断1 P3.4(14脚)T0：定时/计数器0
P3.6(16脚) WR：外部数据存储器写选通信号
P3.7(17脚) RD：外部数据存储器读选通信号 特殊功能寄存器：
（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、TH1、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 14
GATE C/T M1 MO