本 科 毕 业 设 计
第 26 页 共 45 页
本设计主系统采用以AT89C2051单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C2051芯片、晶振电路、驱动电路(TA8435H)、键盘电路所组成。系统的硬件电路设计框图如图5.1所示。
晶振电路
图5.1 系统结构框图
AT89C2051单片键盘电路 电源模块 机 驱动输出电路TA8435H 步进电机 5.2硬件原理图
如图5.2是单片机AT8435H相连控制步进电机的原理图。单片机主控芯片为 AT892051。电路中RST为复位按钮，用于实现电路的起始及复位；按钮正/反 转、加速及减速，分别用于控制步进电机正反两个方向的转动及电机的加速与减速转动。电路中TA8435H 驱动芯片的M1和 M2引脚决定电机的转动方式；M1＝0、M2＝0，电机按整步方式运转；M1＝1、M2＝0，电机按半步方式运转 ；M1＝0、M2＝1，电机按 1/4细分方式运转；M1＝1、M2＝1，电机按 1/8 细分方式运转。电路中电机工作在何种运转方式可由拨动开关进行设置。
CW/CWW 管脚控制电机转动方向；CK1、CK2 为时钟输入端，本电路采用单时钟输入 ， 控制时钟的频率 ，即可控制电机转动速率。REFIN 脚为NFA、NFB输出电压控制端，REFIN 为高电平，NFA、NFB的输出电压为0.8V，REFIN为 低 电 平 ， NFA、 NFB 的 输 出 电 压 为0.5V而 NFA，NFB这两个引脚控制步进电机输入电流；选用不同的二相步进电机 时,应根据其额定电流大小选择合适的R8和R9阻值。电路中R6、C5 组成复位电路， D1～D4为快恢复二极管,用来泄放电机绕组电流。
本 科 毕 业 设 计
第 27 页 共 45 页
图5.2 硬件原理图
5.3硬件电路组成部分
5.31 单片机AT89C2051的复位电路
单片机的工作就是从复位开始的。当此引脚连接高电平超过2个机器周期，即可产生复位的动作。当在AT89C2051单片机引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。本设计采用上电与按键均有效的复位。电路图如图5.3
图5.3 单片机复位电路
5.3.2 时钟电路
本 科 毕 业 设 计
第 28 页 共 45 页
AT89C2051中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体一起构成自激振荡器，内部振荡电路参见图5.4外接石英晶体及电容C接在放大器的反馈回路中并联震荡电路。对外接地电容容量选用22pF±22pF。时钟电路由AT89C2051的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、2个电容C组成，采用片内振荡方式。
图5.4 内部振荡电路
5.3.3驱动电路
步进电机使用了TA8435H
图5.5TA8435H驱动电路
5.3.4键盘电路
键盘电路如下图5.6所示：键盘是三个按键组成的开关组，是最简单的单片机输入设备，通过键盘输入数据或命令，实现人机对话。键盘电路是采用中断电路，能获得所需数量的按键。如果按下“正转按钮”则向单片机INT0申请中断，T0开始计时，执行正转程序；若按下“反转按钮”，则向单片机INT1申请中断，T0开始计时，执行反转程序。
本 科 毕 业 设 计
第 29 页 共 45 页
图5.6键盘电路
5.3.5电源电路
电路中需要+12V和+15V的两组电源。＋12V电源接在TA8435H驱动芯片VMA及VMB管脚上，主要给步进电机供电。＋5V 电源为单片机、驱动芯片及外围电路供电。图2也给出了电源电路图。
图5.7 电源电路
6系统软件设计
本 科 毕 业 设 计
6.1主程序设计
第 30 页 共 45 页
本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键及控制脉冲输出几部分，事实上每一部分都是紧密相关的，每个功能模块对于整体设计都是非常重要，单片机AT89C2051通过软件编程才能使系统真正的运行起来，软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量。
本程序主要由键盘程序、步进电机驱动程序两部分部份组成，主程序首先初始化各变量，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，便进入待机状态，等待键入相应操作。然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序。 6.1.1 系统软件主流程
系统上电复位过，先经过必要的参数初始化后，便进入按键查询，等待操作，当有按键按下后，程序便调用相应的子程序运行。首先初始化实际键值参数，然后分别扫描P1.0，P1.1，P1.2口，与初始值比较，相等则说明没有键按下，不相等则软件抖动，以便确认是否真的有键按下。延时10ms后再次分别扫描P1.0，P1.1，P1.2P2口，第二次与初始值比较，若相等则表明前一次比较不相等是由抖动产生；如果相等则表明确实有键按下。此时保存键值到临时变量。接着第三次扫描键盘并与临时变量比较，若相等则循环，这是为了确保每一次按键只执行一次相应的处理程序。最后从临时变量取出实际键值参数，为键盘处理子程序做准备。