毕业设计（论文）-二维转动步进电机驱动反馈系统.doc

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1、二维转动步进电机驱动反馈系统西南师范大学电子信息工程学院，重庆 400715摘要：步进电机作为一个驱动执行单元，广泛地使用于工业、民用和医疗等领域。本文首先介绍了步进电机的基本原理、相关的技术指标及术语，并选择57BYG系列步进电机作为系统的主要驱动单元，利用单片机作为控制单元，组成了以AT89S51单片机为核心的二维转动步进电机驱动反馈系统。本系统所要实现的功能是这样的：用户通过系统在计算机上的软件界面来控制步进电机所带动的负载，使用户可以根据需要来调整负载的各种姿态。如任意调整转动速度，任意调整转动的角度。软件是系统不可或缺的组成部分，本论文介绍了各模块的设计思想和程序流程，并有详细的注释

2、。编程语言选用C51。关键词：步进电机，单片机，C51Planar Wheel Stepper Motor Drive Feedback SystemLiu WeiElectronics information engineering college，Southwest China Normal University，Chongqing 400715，ChinaAbstract：As a drive execute unit, stepper motor is widely used in industry, civil and medical treatment felid etc. Thi

3、s note introduced the frndamental, correlative echnic index and term first, the 57BYG stepper motor series as a main drive unit, MCU as a control unit , made up of the planar wheel stepper motor drive feedback system which core is MCU AT89S51. This system works as this: user controls the load fallow

4、ed the stepper motor through computer software interface of the system, so user can change the value of the load they need. eg,for whatever running speed, whatever running angle.Software is a important part of the system, which doesnt work without it. This test show us design opinion and program flo

5、w of some fonction apartment, added the source code and note particular.The programme languge is 51.Key word：Stepper motor,Single-Chip Microcomputer,C51第1章 引言本系统由计算机、步进电机驱动和接口电路、步进电机等部分组成。它所实现的功能是这样的：用户出于某种目的，需要将步进电机所带动的负载进行旋转。如向左或向右以任意速度转动任意角度，这时用户只需要通过系统在计算机上的软件界面来控制步进电机的转动，进而调整负载的各种姿态。第2章 硬件设计与基本

6、原理2.1硬件原理框图2.2步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。并且步进电机只有周期性的误差而无累积误差。2.2.1步进电机的结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3、2/3,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3，C与齿3向右错开2/3，A与齿5相对齐，（A就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：2.2.2步进电机

7、的旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3，此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3）=2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，A通电，电机就反转。由此可见：电机的

8、位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3变为1/12，1/24，这就是电机细分驱动的基本理论依据。2.2.3步进电机的力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生力F与（d/d）成正比 S 其磁通量=Br*SBr为磁密，S为导磁面积F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=NI/RNI为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。力矩=力*

9、半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。2.2.4步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角

10、为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。2.2.5步进电机动态指标及术语：1、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比

11、表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。4、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要

12、的，也是电机选择的根本依据。如下图所示：其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图所示：其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。7、电机的共振点： 步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高

13、，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB或()时为反转。2.2.6步进电机升降速设计步进电机速度控制是靠输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上说，只需给驱动器脉冲信号即可，每给驱动器一个脉冲（CP），步进电机就旋转一个步距角（细分时为一个细分步距角）但是实际上，如果脉冲CP信号变化太快，步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化,这时会产生堵转和丢步现象，所以步进电机在启动时，必须有

14、升速过程,在停止时必时有降速过程。一般来说升速和降速规律相同，以下为升速为例介绍： 升速过程由突跳频率加升速曲线组成（降速过程反之）。突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加的脉冲启动频率，此频率不可太大，否则也会产生堵转和丢步。升降速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。用户需根据自己的负载选择合适的突跳频率和升降速曲线，找到一条理想的曲线并不容易，一般需要多次试机才行。指数曲线在实际软件编程中比较麻烦，一般事先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作过程中直接选取。步进电机的升降速设计为控制软件的主要工作量，其设计水平将直接影响电机运行的平稳性、升降速快慢、电

15、机运行声音、最高速度、定位精度。一种特例是：步进电机的运行速度不超过突跳频率，这时将不存在升降速问题。 最大频率 指数曲线公式： f=f0(1-e-t/t0) 突跳频率 不同的升速指曲线 升速曲线示意图2.2.7步进电机的选型 步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）

16、、1.5度/3度 （三相电机）等。2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压） 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤

17、：4、力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= M=2n/60P=2nM/60 其P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作）其中f为每秒脉冲数（简称PPS）2.2.8步进电机驱动控制系统组成使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：1、 脉冲信号的产生。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、 信号分配感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有

18、二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度）。3、 功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。 为尽量提高

19、电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下：说明： CP 接CPU脉冲信号（负信号，低电平有效） OPTO接CPU+5V FREE脱机，与CPU地线相接，驱动电源不工作 DIR方向控制，与CPU地线相接，电机反转 VCC 直流电源正端 GND直流电源负端 A接电机引出线红线接电机引出线绿线 B接电机引出线黄线 接电机引出线蓝线步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下：4、 细分驱动器在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动

20、步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。2.2.9 57BYG系列步进电机及驱动器这次选用的是北京和利时电机技术有限公司生产的57系列两相混合式步进电动机，具体型号为57BYG250E-BAFRML-0302。它的技术参数如下：相数两相；步距角0.9度或1.8度；静态相电流3A；相电阻0.6；相电感3.4mH；保持转距1.5Nm；定位转距0.06Nm；空载启动频率（半步方式）3.1KHz；重量1.5Kg；转动惯量330gcm2；驱动57BYG步进电机的驱动器选用的是北京和利时电机技术有限公司生产的两相混合式步进电动机细分驱动器。型

21、号为SH-20403。选择驱动器来驱动步进电机可以大大的简化驱动电路的设计，且具有多种输出电流，多种细分运行模式，自动半电流，错相保护等功能。系统性能可靠，成本低。它的技术参数如下：10V40V宽电压直流供电；H桥双极恒相流驱动；最大3A的八种输出电流可选；最大64细分的八种运行模式可选；输入信号光电隔离；标准共阳单脉冲接口；脱机（FREE）保持功能。本驱动器的输入信号需要四个：公共端（OPTO）：驱动器的输入信号采用共阳极的接线方式，使用时应将输入信号的电源正极连接到该端子上，将输入信号连接到对应的信号端子上。信号低电平有效，此时对应的内部光耦导通，控制信号输入驱动器中。步进脉冲信号（CP）

22、：用于控制步进电机的位置和速度，也就是说：驱动器每接受一个CP脉冲就驱动步进电机旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)，CP脉冲的频率改变则同时使步进电机的转速改变，控制CP脉冲的个数，则可以使步进电机精确定位。这样就可以很方便的达到步进电机调速和定位的目的。本驱动器的CP信号为低电平有效，要求CP信号的驱动电流为8-15mA，对CP的脉冲宽度也有一定的要求，一般不小于5S（参见下图）。方向电平信号（DIR）：用于控制步进电机的旋转方向。此端为高电平时，电机一个转向；此端为低电平时，电机为另一个转向。电机换向必须在电机停止后再进行，并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下

23、一个方向的第一个CP脉冲前发出（参见下图）。脱机电平信号（FREE）：当驱动器上电后，步进电机处于锁定状态（未施加CP脉冲时）或运行状态（施加CP脉冲时），但用户想手动调整电机而又不想关闭驱动器电源，怎么办呢？这时可以用到此信号。当此信号起作用时（低电平有效），电机处于自由无力矩状态；当此信号为高电平或悬空不接时，取消脱机状态。2.2单片机2.2.1单片机概述单片机是由运算器、控制器、存储器、输入设备以及输出设备共五个基本部分组成的。单片机是把包括运算器、控制器、少量的存储器、最基本的输入输出口电路、串行口电路、中断和定时电路等都集成在一个尺寸有限的芯片上。单片机的内部硬件结构和指令系统主要是

24、针对自动控制应用而设计的，所以单片机又称微控制器MCU（Micro Controller Unit）,用它可以很容易地将计算机嵌入到各种仪器和现场控制设备中，因此单片机又叫做嵌入式微控制器（Embedded MCU）。单片机自20世纪70年代问世以来，以其鲜明的特点得到迅猛发展，已经广泛应用于家用电器、智能玩具、只能仪器仪表、工业控制、航空航天等领域，经过30多年的发展，性能不断提高，品种不断丰富，已经形成自动控制的一支力量。2.2.2AT89S51系列单片机步进电机的控制器选用的是单片机AT89S51。AT89S51系列单片机是ATMEL公司生产的一种低功耗，高性能的8位CMOS微控制器芯片

25、。它有以下的特点：系统与MCS-51完全兼容，4K字节FLASH存储器，支持在系统编程（ISP），1000次擦写周期。128字节的片内RAM。工作电压4.0V到5.5V。全静态时钟0HZ到33HZ。三级程序加密。32个可编程I/O口。2个16位定时/记数器。6个中断源。全双工UART（通用异步接收和发送器）。低功耗支持Idle和Power-down模式，Power-down模式支持中断唤醒。硬件看门狗定时器。双数据指针。上电复位标志等。这个是DIP封装的AT89S51的引脚图：2.2.3程序下载线AT89S51系列单片机最大的特点就是支持ISP在系统编程（In-System Programmi

26、ng）。也就是说，这款芯片的程序烧写不需要专用的烧写器，也不需要把芯片从电路板上取下。只需要用下载电缆连到单片机的几个编程引脚（P1.5，P1.6，P1.7）上。就可以对其进行编程、擦除和加密等操作。且下载电缆制作简单。下面就是这次制作的下载线的电路原理图： 下面是编程软件的界面：2.3 硬件原理图系统主要部分的电路图如下：电路的主要部分是步进电机的控制器AT89S51单片机，它的作用有两方面：一个是产生步进脉冲信号，方向和脱机等信号；另一方面是通过自身的串口（10脚RXD，11脚TXD）与计算机的串口相连接，接收来自计算机的命令，并把其他的信息传送给计算机。J1是连接步进电机驱动器的接口，1

27、脚是公共阳端（OPTO）；2脚是步进脉冲（CP）；3脚是方向信号（DIR）；4脚是脱机电平（FREE）。J3是留在系统板上给AT89S51单片机编程用的程序下载接口。当需要把程序下载到AT89S51上，只需要把下载线连到J3上，就可以对其进行程序的下载，而不需要象8051那样把芯片取下再进行烧写。下图是系统的RS232通讯部分，由于RS232规定的逻辑电平与一般微处理器、单片机的逻辑电平是不一致的。所以，在实际应用时必须把微处理器的信号电平（TTL电平）转换为RS232电平，或者对两者进行逆转换。电平转换芯片采用的是MAX3221，MAX3221是3V至5V单通道RS232线驱动接收器。第3章

28、 软件设计3.1 软件设计思想软件是整个系统的灵魂，好的软件设计会使系统发挥更好的性能和稳定性。根据步进电机控制系统所要完成的功能，软件程序主要有RS232通讯模块，步进电机驱动模块等部分组成。3.2 C51语言和开发环境C 语言是一个通用的编程语言，它提供高效的代码，结构化的编程，和丰富的操作符。C 不是一种大语言，不是为任何特殊应用领域而设计。它一般来说限制较少，可以为各种软件任务提供方便和有效的编程。许多应用用C 比其他语言编程更方便和有效。优化的Cx51 C 编译器完整的实现了ANSI 的C 语言标准。对8051 来说，Cx51 不是一个通用的C 编译器。它首先的目标是生成针对8051

29、 的最快和最紧凑的代码。Cx51 具有C 编程的弹性和高效的代码和汇编语言的速度。C 语言不能执行的操作（如输入和输出）需要操作系统的支持。这些操作作为标准库的一部分提供因为这些函数和语言本身无关，所以C 特别适合对多平台提供代码。既然Cx51 是一个交叉编译器，C 语言的某些方面和标准库就有了改变或增强，以适应一个嵌套的目标处理器的特性。8051 系列是增长最快的微处理器构架之一。从不同的芯片厂家提供了400 多种芯片。新扩展的8051 芯片，如PHILIPS 8051MX 有几M 字节的代码和数据空间，可被用到大的应用中。为了支持这些不同的8051 芯片，KEIL 提供了几种开发工具，一个

30、新的输出文件格式（OMF2） 允许支持最多16MB 代码和数据空间。C51编译器与A51宏汇编由Vision2编辑的源文件，可以被C51编译器或者A51汇编器处理，生成可重定位的Object文件。Keil C51编译器遵循ANSI C语言标准，支持C语言的所有标准特性。另外，还在家了几个可以直接支持80C51结构的特征。Keil A51宏汇编器支持80C51及其派生系列的所有指令集。Vision2（Keil IDE）集成开发环境是Keil Software/Keil Elektronik GmblH开发的基于80C51内核微处理器软件开发平台，内嵌多种符合当前工业标准的开发工具，可以完成从工程

31、建立、管理、编译、连接、目标代码生成、软件仿真、硬件仿真等完整的开发流程。尤其C编译工具在产生代码的准确性和效率方面达到了较高的水平，而且可以附加灵活的控制选项，在开发大型项目时非常理想。由于Keil本身是一个纯软件的东西，还不能直接进行硬件仿真，所以必须在PC机上通过RS232挂接一个ICE设备才能进行硬件仿真。Vision2包括一个工程管理器、一个功能丰富并有交互式错误提示的编译器、选项设置、生成工具以及在线帮助。可以使用Vision2创建源文件，并组成应用工程加以管理。Vision2可以自动完成编译、汇编、连接嵌程序的操作，使开发人员专注于开发工作的效果。甚至还提供了一个简易的RTX51

32、实时操作系统。3.2 RS232通讯模块单片机和计算机通过串口进行数据的传输，为了保证通信成功，通信双方必须有一系列的约定，这种约定就叫做通信规程或协议，它必须在编程之前确定下来。要想使通信双方能够正确交换信息和数据，在协议中对什么时候开始通信，什么时候结束通信，何时交换信息等等都必须作出明确的规定。只有双方遵守这些规定才能顺利地进行通信。 下面是部分源代码。波特率为9600，T1为模式2#include#include#define RECEIVE_MAX_BYTE 10#define SEND_MAX_BYTE 10unsigned char Receive10;unsigned char

33、 Send10;unsigned char ReceiveIndex;unsigned char SendIndex;void InitUART();void main() PCON&=0X7F; TH1=0XFD; /波特率为9600/ TL1=0XFD; SCON=0X50; /接收数据/ TMOD&=0X0F; TMOD|=0X20; /置T1为模式2/ IE|=0X90; /打开串口中断/ TR1=1; /启动定时器/ ReceiveIndex=0; unsigned char i; InitUART(); /初始化函数/ for(i=0;i=RECEIVE_MAX_BYTE) Rec

34、eiveIndex=0; RI=0; else /发送中断处理/ TI=0; if(SendIndex=SEND_MAX_BYTE) /数组发送完成/ SendIndex=0; else SBUF=SendSendIndex; SendIndex+; 3.4 步进电机驱动模块 驱动步进电机需要输入信号需要三个，即步进脉冲信号CP，方向电平信号DIR，脱机电平信号FREE。它们的作用及要求已经在前面叙述过，这里不再复述。主要的源代码如下： #define DELAY 50 #define DIR 0 sbit MOTORCP=P0 0;sbit MOTORDIR=P0 1;sbit MOTORF

35、REE=P0 2; /串口初始化 void delay(unsigned int iTime) for(; iTime0; iTime-); void control(dir,n) unsigned int i;if(dir=0)MOTORDIR = 0; / 低电平有效elseMOTORDIR = 1;for(i=0; in; i+) /脉冲计数MOTORCP = 0;delay(6); /延时 6usMOTORCP = 1;delay(322);delay(speed); void main()InitUART(); /函数初始化 PCON = 0X7F; /波特率为9600 SCON =

36、 0X50; TMOD &= 0X0F; /T/C定时初始化 TMOD |= 0X01; TH1 = 0XFD; TL1 = 0XFD; TR0 = 1; /函数初始化while(1) /上电锁住电机后等待if(DIR = 0) control(0,100); /电机转动elsecontrol(1,100);第4章 结束语 以AT89S51单片机为控制器的二维转动步进电机驱动反馈系统，经过实际的应用与调试，各项指标基本达到了预期的要求。系统工作稳定可靠，抗干扰能力强。由于AT89S51单片机价格低廉，性能可靠，集成度高，使得外围电路很简洁。并且编程器制作简单，减少了系统的成本。步进电机的驱动器

37、功能丰富，根据不同场合精度的需要可以选择多种细分方式，如四细分，八细分，六十四细分。系统的电路板上有些保留的插针，给日后对系统进行功能的扩展提供了便利。编程语言选用C51，为将来程序的修改和移植奠定了基础。使系统具有很好的通用性。致谢 通过这次毕业设计，我从中学习了许多宝贵的实践经验。在毕业设计的过程中，我得到了很多人的支持和帮助。在此特别感谢我的指导老师罗庚荣老师，他科学严谨的治学态度对我以后的开发工作有很深刻的影响。感谢重庆金山科技（集团）责任有限公司的大力支持。感谢公司的唐遵烈工程师对我在设计过程中给予的真诚帮助和指导。 再次衷心的感谢他们！主要参考文献1 徐爱钧,彭秀华.单片机高级语言

38、C51应用程序设计.电子工业出版社,19982 李朝青.单片机原理及接口技术（简明修订版）.北京航空航天大学出版社.19993 潘新民.微型计算机控制技术.人民邮电出版社.19984 Douglas W.Jones.Control Of Stepping Motors.www.cs.uiowa.edu.19905 ATMEL Co.Ltd.AT89S51.8-bit Mcrocontroller with 4K Bytes In-System Programmable Flash Datasheet.20013 系统硬件设计31硬件整体设计思路在多功能波形发生器系统中，主要控制器SPCE061

39、A单片机及MAX-232串口通信芯片，按键及数码管显示部分是本系统的必备硬件。32主要控制器设计321 SPCE061A的简介 SPCE061A配备了凌阳科技开发的最新的16位微处理器nSP。它内含有8个寄存器：4个通用寄存器R1R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP和1个段寄存器SR。通用寄存器R3和R4结合形成一个32位寄存器MR，MR可被用作乘法运算和内积运算的目标寄存器。此外，SPCE061A有3个FIQ中断和14个IRQ中断，并且带有一个由指令BREAK控制的软中断。nSP不仅可以进行加、减等基本算术运算和逻辑运算，还可以完成用于数字信号处理的乘法运算和内积运算

40、。 （1）SPCE061A的主要性能特点：16 位nSP微处理器；工作电压：VDD为2.43.6V(cpu), VDDH为2.45.5V(I/O)；CPU时钟：32768Hz49.152MHz ；内置2K字SRAM、内置32K FLASH；可编程音频处理；32位通用可编程输入/输出端口；32768Hz实时时钟，锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道语音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器自动增益控制(AGC)功能；系统处于备用状态下(时钟处于

41、停止状态)耗电小于2mA3.6V；具备触键唤醒的功能；14个中断源：定时器A / B，2个外部时钟源输入，时基，键唤醒等；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能； 具备异步、同步串行设备接口；具有保密能力；具有WatchDog功能（由具体型号决定）其结构原理图如下所示：图3-1 SPCE061A的结构（2）芯片的引脚排列和说明：SPCE061A共有84个引脚，封装形式为PLCC84，它的排列如图3-2所示图3-2SPCE061APLCC84 封装排列图图3-3 SPCE061APLCC84实物图在84个引脚中有空脚15个（见图3-2）其余管脚功能说明如表3.1所示。管脚描述表3

42、.1（3）SPCE061A 开发方法：SPCE061A 的开发是通过在线调试器PROBE 实现的。它既是一个编程器（即程序烧写器），又是一个实时在线调试器。用它可以替代在单片机应用项目的开发过程中常用的软件工具硬件在线实时仿真器和程序烧写器。它利用了SPCE061A 片内置的在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口和凌阳公司的在线串行编程技术。PROBE 工作于凌阳IDE 集成开发环境软件包下，其5 芯的仿真头直接连接到目标电路板上SPCE061A 相应管脚，直接在目标电路板CPU-SPCE061A 调试、运行用户编制的程序。PROBE的另一头是标准25 针打印机接口

43、，直接连接到计算机打印口与上位机通讯，在计算机IDE集成开发环境软件包下，完成在线调试功能。322下载电路设计61板的下载程序是通过EZ-PROBE或在线调试器（PROBE）实现的，用它可以代替在单片机应用项目的开发过程中常用的两种工具-硬件在线仿真器和程序写烧器。他们都利用了SPCE061A芯片内置的在线仿真电路和凌阳公司的串行编程技术。他们均工作于凌阳IDE集成开发环境软件包下，他们对应的5芯的仿真头分别接到缓冲电路管脚和SPCE061A芯片相应管脚上，实现在目标电路板上的CPU调试，运行用户编制程序；另一头是标准25针打印机接口，直接连接到计算机打印口和计算机通讯。74HC244是集电极开路缓冲器，最大工作频率为70MHz。PD0和PD1是两个下载信号。