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1、毕业设计说明书（论文）设计（论文）题目:基于单片机跑步机控制系统设计专业:机电一体化目录第1章绪论I1.1 研究目的和意义11.2 国内外的研究现状21.2 .I专业跑步机21.3 .2家用跑步机41.3 家用跑步机的选择41.3. 1该产品的优劣51.3.2解决方法61.4主要内容6第2章跑步机总体系统方案72.1 系统组成72.2 系统控制方案的设计7第3章系统硬件选择83. 1系统控制器的选择84. 2输入通道方案的选择85. 3外围接口的选择83.3.1显示器的选择83. 3.2键盘的选择103.4 单片机芯片的选择103.5 电动机的选择113.5. 1电机马力的选择123.6 驱动
2、芯片的选择133.7 7排阻的选择15第4堂系统电路的设计173.8 1AT89C52引脚174. 2复位电路设计214.3时钟电路的设计224. 4显示器接口电路设计234.5键盘接口电路设计24第5度系统软件设计255. 1总体设计思想255. 1.1工作原理255. 1.2程序设计法的选择256. 1.3程序语言的选择265. 2主程序的设计275. 3总电路布局图285. 4程序仿真29总结31致谢32参考文献33摘要近年来,随着社会经济的发展和人们生活水平的提高，人们对自身的健康也日益关注,健身成为一种流行时尚，健身器材行业也逐步兴起为一个大的消费领域，电动翻步机作为i种重要的健身器
3、材得到了越来越广泛的应用，具有广阔的市场前景。研发具有多功能和高附加值的人性化科学化的电动胞步机具有重要的现实意义电动蹈步机的电控系统是整个跑步机运转的核心,它需要只有用户接口界面功能、电机调速功能和其他附加功能。本论文以电动跑步机直流训速系统为研究对象，以实用、舒适、高性价比、高可靠性和高安全性为目标，以单片机AT89C52为控制核心,完成了有刷直流电动机调速系统哽件设计和总体软件开发等任务。从理论分析到软硬件实现,全面详细的阐述了电动跑步机电控系统的设计全过程.本文首先对系统各个模块进行了初步选择与论述,然后对硬件和软件系统的设计做了详细的说明。关健词：单片机：电动跑步机：直流电动第1章绪
4、论1.1 研究目的和意义随着经济的发展和人们生活水平的提高，人们对自身的健康也日益关注，从而更热衷于参加各种体育运动。然而，在现代城市生活中，许多人特别是脑力劳动者,从事体力劳动和体育运动的时间和空间都大为减少。据调查显示，运动量不足，成为许多人处于“亚健康状态”的重要原因之-O1996年，美国卫生署发表了4体育运动与健康报告，大力倡导美国人从事健身运动，强化心肺功能训练，增强身体白然抵御力，进而开启了有氧心肺健身罂材产业的序暮。从全理范围来看，H前训练健身耦材行业的主要市场为欧美等发达国家，但受成本等因素的影响，世界主要健身胧材生产地正逐渐从欧美向亚洲转移，中国台湾地区的健身器材产世曾在世界
5、排名第一，曾占有4050%的全球市场份额，但近年来,90,的台湾低档健身器材产业已经转移到中国大陆，中国已成为全球最大的健身器材出口国。未来欧洲、亚洲和拉丁美洲将是市场的主要增长点，逐渐富裕的人辞将会追求更加健康的生活方式，并将成为健身器材的生要消费者。根据MarketReSearCh公布的数据显示，2011-2018全球训练健身器材市场规模整体呈现上升趋势，2018年全球训练健身器材市场规模为112.5亿美元，较2017年增长4.2乐预计2019年将达到116.9亿美元。在我国，健身器材产业起步较晚，缺乏世界知名品牌;而市场需求量却增长迅速,从而出现了世界健身器材巨头（如美国爱康健身器材公司
6、、美国诺德士集团以及韩国秀健健身器材公司等）纷纷抢灌”中国市场的局面“目前，健身器材产业主要分为有氧健身器材（如跑步机、椭圆机、健身车、划船机等）和重量训练器材（如仰卧起他板、杠铃、哑铃等）两大类.而作为一种重要的有氧健身器材的范步机，刚刚出现，就受到了人们的广泛其爱。一方面，它满足了人们在室内进行跑步锻炼的需要，因为跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价并积极推荐的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式；另一方面，从科学的角度看,在跑步机匕进行的走或齐跑,在动作外形上几乎与在地面上走或跑样,但是从人体实际用力看，它比在陆地上走或跑省去了路伸动作，从而使得抱步者感
7、觉十分轻松白如1,并比在陆地上多跑1/3的路程，能珏消耗也大于陆地训练.据调查，电动翻步机是目前世界上销量最大、进入家庭最多的心肺功能锻炼器。在健身活动比较发达的欧美等地，各种健身器材已经成为许多家庭的必备品;而在我国的许多大中城市，跑步机等健身器材也开始走进家庭。在美国KEYS健身器材公司和青岛英派斯健身集团分别进行的调查显示，在被调查的人当中，选择跑步机进行锻炼的人数分别占到了总人数的63劣和75%.所以,健身器材不论是在国内外都具有广阔的发展潜力和空间，而跑步机作为健身器材中最受欢迎的存在，其发展的潜力和空间更大，因此发展性能更好的抱步机具有重要的意义。1.2 国内外的研究现状根据健身器
8、材设汁的耐用性以及所使用的场所不同，目前市场上的跑步机主要分为两类:专业健身房用跑步机和家庭用小型跑步机。前者作单项训练用般仅有跑步功能，技术含量皮配件品质较高，耐用性高，价格昂贵;后者的突出特点是所占空间小，重显轻,价格相对比较便宜，并11往往增加了如划船运动、按摩等功能。对于不同用途的胞步机，其调速系统也有着较大差别。1.2.1 专业跑步机直流有刷调速系统以其控制线路简峨、调速范围宽、过载能力较大和优异的控制性能在各类胞步机产品中得到r广泛的应用.目前，国内外跑步机用驱动电机仍以有刷直流电机为主，采用直流电动机不可逆PKV系统。此前，青岛英派斯健身集团开发的一款DP220T健身房用跑步机就
9、是采用J跑步机用有刷直流电动机为驱动电机，以集成PWY控制芯片SG3525A为核心，硬件电路实现的电压负反馈、电流补偿控制的RWM团环控制系统。尽管有着控制简单的优点，但直流有刷电动机由存在电刷和换向器的机械换向结构，长期运行必然需要经常维护电刷和换向疑，而且,山于损耗存在于转了上，使得散热困难、温升增加,限制了电机转矩重量比的进步提高。使用交流同服驳动系统取代直流有刷调速系统是日前研究的一个重要方向。一种方案是采用感应电动机作为驱动电机，感应电动机本身比直流电动机具有寿命长、免维护等优点，但是为了获得较宽的调速范围（一般胞步机的谢速比约为25:1）,需要采用较为史杂的矢量控制技术，电机的参数
10、变化对其也有较大影响，日前用感应电动机构成何股系统的总成本比直流同服系统要高。韩国秀健健身集团曾推出使用高性能交流伺服驱动系统的电动胞步机.另一种方案采用正弦波驶动的永磁同步电机驱动系统，利用磁场定向矢量控制技术，较感应电动机易于实现，井采用非接触式的电子换向结构.在高档跑步机的应用领域具有较）广阔的发展前兔。而无刷直流电动机调速系统在电动抱步机上的应用也是研究的一大热点。一方面，无刷直流电动机具有仃刷直流电动机运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等优点；另方而，由于其采用电子换向装置取代了有刷直流电动机的机械换向结构，从而又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等系列优点。因此,采川无刷
11、直流电动机调速系统较其它方案具有更高的性价比.而对于电动跑步机系统，由于其要求较大的起动转矩，所以,采用带位置传感器的PwM隔速系统是性能较好的方案。对于其具体的实现方案主要有两种，一种是以无刷直流电机专用控制芯片为核心控制单元构成无刷电动机调速系统。好具代表性的是MOTORO1.A公司生产的第二代无刷电机控制专用芯片MC33035,它集成了洋码、PWM生成、保护等无刷电机控制的诸多功能，组成的系统所需外国电路结构荷单，运行可维，可与同系列芯片MC33039配合构成速度闭环控制，具有较好的调速性能，其不足之处在于调速式单一，无法使用较为发杂的.算法。另一种方案是采用高性能的微控制芯片对无刷电机
12、进行控制，控制方式灵活，调速系统具有更高的性能.如图1.I所示为专业跑步机。图1.1专业跑步机1.2.2 家用跑步机对于价格相对便宜的家庭用小型胞步机，主要是根据市场的实际需求，在保证技术指标的前提下，尽地考虑设计的经济性和实用性.因此，家庭用胞步机几乎都采用的是直流有刷谢速系统。例如，国内某型号的胞步机，采用低价位的8位单片机AT89C52为核心单元构成了直流仃刷电机调速系统，电机采用脉宽调制方式进行调速，通过软件编程改变控制鸵法，增加了控制的灵活性，具有较高的性价比。因此本次主要研究家用跑步机。1.3 家用跑步机的选择我国胞步机品牌繁多，价格也高低不等，其中立久佳这款跑步机价格适中，结构简
13、使占地空间小。可放在卧室中，而且立久佳一直致力于家用足步机是一家比较专业的跑步机健身器材生产商。立久佳一直将先进的技术和研发设备融入进跑步机的设计和生产之中，一开始进入市场的时候，立久佳把目标人群瞄准的年轻群体，走的是比较平价、低端的路线，所以立久佳的胞步机有很多都是百元左右的跑步机“立久佳的跑步机性能在国产的跑步机中是也兑是比较齐全的，最先进的技术就是立久佳的抱步机都是有高清的触控屏幕，在跑步的时候可以进行娱乐。总得来说，如果自己的预算不然的话，也不想买一个这么贵的跑步机用到后面乂闲置了.那立久佳是个不错的选择，网络品牌性价比比较高，便宜的同时功能也比较齐全，还具有一定的智能化，设计比较人性
14、化。立久佳家用跑步机如图1.2所示。图I.2立久佳家用跑步机1.3.1 该产品的优劣该产品不论是做工还是性能方面都做得很好，机器做工很精致，品质好，开机运动一点也不晃动.功能多，功能上带有能测心率，速度也是可以，还安装有蓝牙,可以连接安卓和苹果系统的手机。结构荷约，易搬运，占地面枳小，胞步时噪音小等特点。唯一的缺点就是有些功能多余如和手机互联这一功能，只能显示运动的里程数,就没什么其他用处r1.3.2解决方法可以试着取消该功能，然后在整体性能上做改进，比如抱步机的整体质量，整体质量提高了，那么无论是使用时还是保存时间，都将大大提高。14主要内容电动抱步机用直流电动机需要高效率、高功率密度、大输
15、出转矩和宽调速范围。对于这样的驱动性能要求，应从系统的角度对控制方法和电机系统进行综合设计。本文若亚于对电动抱步机用直流电动机调速系统进行分析和设计，为直流电动机调速系统在电动龙步机中的应用提供基础。基于这一基本思想，本文主要设计系统结构、和控制方法，并在此茶础上以C51单片机为控制核心，设计直流电动机数字化闭环调速系统，包括系统软、硬件的设计。第2章跑步机总体系统方案1.1 系统组成电动胞步机以电为动力，通过控制出动电机的转动来带动跑步机底座上滚筒的转动，进而实现跑步带的移动,而锻炼者要保持在胞步带上的位置,则必须以与跑步带速度大小相等、方向相反的速度胞步，从而达到假炼的目的。电动胞步机控制
16、系统般由三大部分组成,分别为人机交互部分（主要实现使用者的命令输入和跑步机运行过程中的时间、速度以及消耗的能量等的信息显示）、调速部分（根据使用者的速度设定来控制幽步带驱动电机的转速，从而实现跑步带的速度控制）和生理信号（如心率）测域部分。很显然，调速部分是整个电动跑步机控制系统的核心,它的性能对整个胞步机系统至关重要。本系统主要由按键模块，显示模块，PWM驱动模块与速度检测模块组成。2. 2系统控制方案的设计系统控制系统主要仃开环控制系统、闭环控制系统和况合控制系统，本系统选择单闭环控制系统，由按键模块输出电机的正反转与速度增减控制信号，然后由控制芯片软件生成PWM控制信号控制电机的运转状态
17、，实现跑步机的调速与启动，并由速度检测模块检测到电机的转速并送到显示模块，在1.ED显示屏上显示跑步机电机的实际运行速度。系统控制框图如图2.1所示。图2.1系统控制框图第3章系统硬件选择3.1系统控制器的选择常见的系统控制器可以选择单片机和P1.C。单片机是以工业测控对象.环境、接口特点出发向若增强控制功能，提高工业环境卜的可旅性方向发展。主要特点如卜.：种类多，型号全;提高性能，扩大容量，性能价格比高;增加控制功能,向真正意义上的“单片”机发展。把原木是外围接口芯片的功能集成到一块芯片内，在一片芯片中构造了一个完整的功能强大的微处理应用系统;低功耗;C语言开发环境，友好的人机互交环境。可编
18、程控制器简称P1.a它的特点如下:可靠性高，抗干扰能力强而叮靠性是电气控制设备的关键性能。适用性强，除了逻辑处理功能以外，现代P1.C大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域，使P1.C渗透到了位置控制、温度控制、CNVC等各种工业控制中；易学易用，深受工程技术人员欢迎P1.C作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备:体积小，重量轻，能耗低，是实现机电一体化的理想控制设备。在选择微处理器上，不仅要注选满足技术要求，还要粽合考虑成本因素，不应片面追求微处理港的高速和高位数，术研究是对低频的加速度信号在时域里进行处理，因此选择单片机比较理想.3. 2输入通道方案的选择系统由按键模
19、块将控制信息输入单片机中，由单片机通过软件产牛.PWM控制信号来控制胞步机电动机的运转状态与转速。速度检测电路将出尔传感器采样得到的脉冲信号经过处理后通过89C52的计数器得到单位时间内的脉冲数，从而通过程序计算出电动机的实际转速。3.3外围接口的选择3. 3.1显示器的选择常用的显示器分1.ED和1.CD显示器。1.ED（1.ightEmittingDiode）是发光二极管英文名称的缩写。1.ED显示器是由发光二极管构成的，1.ED显示器在单片机系统中应用非常普遍常用的1.ED显示器为8段（8段比7段多了一个小数点“dp”段）。每一段对应一个发光二极管。这种显示器有共阴极和共阳极两种。共阴极
20、1.ED显示器的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地。当某个发光二极管的阳极为高电平时，发光二极管点亮，相应的段被显示。同样，共阳极1.ED显示器的发光二极管的阳极连接在一起，通常此公共阳极接正电压，当某个发光二极管的阴极接低电平时，发光二极管被点亮，相应的段被显示。为了使1.ED显示器显示不同的符号或数字，就要把不同段的发光二极管点亮，这样就要为1.ED显示器提供代码，因为这些代码可使1.ED相应的段发光,从而显示不同字型，因此该称之为段码（或称为字盘码）。1.ED显示有踊态显示和动态显示2种显示方式。1.CD（1.iquidCrysta1.Disp1.ay）是液品显示器英文的缩写
21、,液晶显示器是种被动式的显示器，即液晶本身并不发光，而是利用液晶经过处理后能够改变光线通过方向的特性,达到白底黑字或黑底白字显示目的。液晶显示器具有功耗低、抗干扰能力强等优点,因此被广泛地使用在仪器仪表和控制系统中,液晶显示器按排列形状可分为字段型、点阵字符型和点阵图形型。（1）字段型.字段型是以长条状组成的字符显示。该类显示器主要用于数字显示，也可用于显示西方文字母或某些字符，已经广泛用于电子表、数字仪表、计算器中。（2）点阵字符型.点阵字符型液晶显示模块是专门用来显示字母,数字、符号等点阵型液晶显示模块。广泛应用于各类单片机应用系统中。（3）点阵图形型。主要用于游戏机、佬记本电脑和彩色平板
22、电视等高清晰数码产品上。综合考虑本方案选择1.CD显示器。1.CD显示器如图3.1所示图3.11.CD显示器3. 3.2键盘的选择在单片机应用系统中，为了了解控制系统的工作状态以及向系统确入数据和控制命令，一般都需要设过键盘。常用的健盘接I1.分为独立式健盘接I1.和行列式键盘接I1.独立式键盘就是各键相互独立，每个按键各接一根输入线，通过检测输入线的电平状态可以很容易的判断哪个按健被按卜:在按健数目较多时，独立式键盘电路需要较多的输入口线且电路结史杂，固此种键盘适用按键较少或操作速度较高的场合.行列式（也称矩阵式）键盘用于按健数日较多的场合，它有行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上.3.
23、4 单片机芯片的选择单片机的种类繁多,常见的有8051、Atme1、Microchip,T1.公司的MSP430系歹U、，S公司的COP800、MotOrPIa公司的M68系歹J、Cygna1公司的C805IF系列、Zi1.og公司的Z8系列、NEC公司的亚C单片机等“ATME1.”系列的单片机，作为最常用的单片机，无论是生活中些电子设备的控制，还是学习中用作学生们的实验工具，都是非常好的选择。所以我这里选择mATME1.m系列的单片机.如图3.2所示，为AT89C52单片机的芯片，此类堆片机芯片，对于实训来说是最常用的.图3.2AT89C52芯片3.5 电动机的选择对跑步机来说，电机是胞步机
24、的心脏。一股来说，马力越大，跑步机的稳定性就越高。但一味追求大功率就错口功率并不是越大越好，过大的功率反而会更耗电，带来更多噪音。所以，选择合适功率的马达就显得很重要。就家用跑步机而言，1.2加左右的电机就能满足家庭轻度运动的需求.如果是健身减肥、快走慢跑，可以适当提高参数要求，一般来说，2.O斯就已经绰绰有余。电动机的种类繁多，按工作电源分为直流电动机和交流电动机。直流电动机使用直流电做为电源，在调速方面，直潦电机可以实现平滑而经济地调速，不需要其它设备的配合，只要改变辘入或励磁电汽电流就能实现濡速：而交流电机自身完成不了调速，需要借助变频设备来实现速度的改变。直流电机（DC）,直流电机比较
25、安全，不用经常维护，噪音比交流小，输出桎定。般适用于家用跑步机,而交流电机(AC),可持续长时间运转,输出强劲有力,但需要定期维护,声音偏大。一般适用了工业用途或者健身房的商用电步机，目的是能够长时间的持续运转。所以这里我选择直流电动机作为胞步机的电机.“直流电机”是根柢通电流的导体在磁场中会受力的原理来工作的。既电工基珈中的左手定则.电动机的转子上绕有线圈，通入电流，定子作为磁场线圈也通入电流，产生定子破场，通电流的转子线圈在定子磁场中，就会产生电动力，推动转了旋转。转子电流是通过整流了上的碳刷连接到直流电源的。如图3.3所示，家用题步机的直流跑步机。图3.3家用跑步机的直流电动机3. 5.
26、1电机马力的选择跑步机的电机也就是俗称的马达。马达的单位：马力，也就是H儿其实那个/，是跑步机能达到的最大功率，峰值时期电机能供给的酸大功率。对于家用跑步机来说1.2的左右的电机就能满足家庭轻度运动的福求。如果是健身减肥、快走假跑，可以适当提海参数要求，一般来说，2.0(：川，就已经绰绰有余。对于家用电机来说速度应该在12kmh-16kmh.3.6驱动芯片的选择卵动芯片一般起驳动作用，就是把输入的弱电信号放大成足够强，适合于外部设备的强电信号，需要安培级的驱动电流一般是驱动电机或者电力电子设备等等.常见的电机驱动芯片有：1.HR4988驱动芯片其控制方式是:STEP/DIR,2个H桥,细分：1
27、T/16,逻辑电源电压:3.0-5.5K功率电压：8-38K输出电流：2.04,2. HR4985驱动芯片，控制方式：STEP/DIR.2个H桥,细分：1T/8,逻辑电源电压:3.0-5.51；功率电压：8-38K输出电流：1.o,4。3. HR8826,控制方式：STEP/DIR,2个H桥,细分：1-1/32,逻辑电源电压：3. 3/（内建）,功率电压：8-42K输出电流:3.0/1。4. HR8833,控制方式：PWM,2个H桥，逻辑电源电压：3.3（内建），功率电压：2.7-12.8K输出电流：1.58。5. AT4950.控制方式：PWM.1个H桥,功率电压：6.5-32K输出电流：3
28、.54直流电机驱动多种多样，但是驱动原理却是恒定不变的。电机速度的调控总的来说有三种：弱磁升速，调压调速和串电因调速。而降压调速兼顾平滑无级调速和调压范围广的优点使之称为小型直流电机中最为常用的速度调控方式.而H桥电路作为一个天才般的发明，可以使得电机既得到正向电流也可以得到反向电流。所以这里我选择1.298芯片。1.298是一款接受高电压的电机驱动器，直流电机和步进电机都可以浜动。一片驱动芯片可同时控制两个直流减速电机做不同动作，6,到461的电压范围内，提供2安培的电流，并且具有过热自断和反馈检测功能.IN1VCCVSIN2OUT1IN3IN4OUT2ENAENBOUT3SENSAOUT4
29、SENSBGND81.298图3.41.298驱动芯片1.298芯片用于控制直流电机的正反转，一般的控制芯片起到控制作用，但是驱动能力不强，而电机（不单是步进电机）所需要的电流股比较大，控制芯片的IO口不能提供大电流，所以一般不能直接驱动电机。1.298是驱动芯片，可以将控制芯片的输出转换成较高的电压和能够输出较大的电流,是比较常用的电机驱动芯片。1.298驱动芯片如图3.4所示。其管脚功能见表3.1.友3.1表98管脚功能引脚名称功能描述Inpu1.1.：Inpu1.2A桥信号输入，兼容TT1.逻辑电平IPUI3;InPUIdB桥信号输入，兼容TT1.逻辑电平Enab1.e:Enab1.eB
30、使能输入兼容T11低（1.）禁能A桥或B桥,高）使能A桥或B桥SenseAjSenseB连接一采样也阻到地，以控制负教电流VS负载则动供电引脚，该引脚和他之间必然连接个100/无感电容GND接地Orri；OUT2A桥输出,通过此引脚到负我的电流由Pin1.监控Oirr3；WT4B桥信号输入，通过此引脚到负致的电流由pin15监控其参数有：I.驱动芯片：1.298N双H桥直流电机驱动芯片:2 .驱动部分端子供电范围给：+5+35K；如需要板内取电，则供电范围必：+7h+35K3 .驱动部分峰值电流IO：2Ai4 .逻辑部分端于供电范围VSS：+5h+7IY可板内取电+51。：5 .遗辑部分工作电
31、流范围：036M：6 .主信号输入电压范围：低电平：一03FYINW1.5y（控制信号无效），高电平:2.3PWVINWVSS（控制信号有效）7 .控制信号输入电压范闹：低电平：一03WVINW1.5匕高电平:2.31，WV1NVIN;8 .最大功耗：20/（温度7=75f时）。3. 7排阻的选择这里我选择用RESPACK-8,PESPCK-8是一种排阻。排阳用于数字电路，集成若干电阻，内部方式可以串联,或者并联：简化PCB板设计、安装更加方便、保证SMT焊接质量、减少成套设备体枳。阻抗匹配后对本级信号基本无影响。常用排阻，A型排阻的引脚总是奇数。它的左端有一个公共端（用白色的圆点表示），常见
32、的持阴有4、7、8个电阻，所以引脚共有5成8或9个。B至推阻的引脚总是偶数.它没有公共端，常见的挎阻有4个电阻，所以引脚共有8个。它在系统中的主要作用是升高电平，如图3.5所示为PESPACK-8。图3.5RESPCK8排阻的识别：在三位数字中，从左至右的第一、第二位为有效数字，第三位表示前两位数字乘10的N次方（单位为0）。如果阻值中有小数点，则用“表示，并占一位有效数字。例如：标示为“103”的阻值为IOX1.（T3=10。：标示为“222”的阻值为22XKr2=2.24。：标示为“105”的限值为IOX1.（T5=1。需要注意的是，要将这种标示法与一般的数字表示方法区别开来，如标示为22
33、0的电阻器阻值为22X1.（0=22。，只有标志为221的电阻器限值才为220。标示为“0”或Oo0”的排阻阻值为0。，这种排阻实际上是跳线（短路线）。一些精密排阻采用四位数字加一个字母的标示方法（或者只有四位数字）o前三位数字分别表示阻值的百位、十位、个位数字，第四位数字表示前面:个数字乘10的N次方,舱位为欧姆。数字后面的第一个英文字母代表误差（G=2VF=1%,D=O.25%,B-O.1%,A或0.05%、Q=O.02%、T=O.01%.V=O.005%）,第4章系统电路的设计4. 1AT89C52引脚AT89C52是一种带，IK字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压,高性能。10S8位
34、微处理器，俗称单片机,AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机.单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采川ATME1.高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相赖容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATNE1.,的八T89C52是种高效微控制器,AT89C2051是它的种精简版木.AT89C52单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。主要特性：(D与MC与51兼容：(2)8kB可反复擦写(大于100O次)F1.ashROM；(3)32个双向I/O：(4)256x8bi1.内部RAM：
35、(5)3个16位可编程定时/计数器中断：(6)时钟频率0-24MHz;(7) 128*8位内部RAM32编程I/O线:(8)2个外部中断源，共6个中断源：(9)2个读写中断口线，3级加密位：(10)低功耗空闲和掠电模式，软件设置睡眠和唤醒功能：(ID有PDIP、PQFP、TQFP及P1.CC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。如表4.1所示,片内RAM低128单元是单片机的真正RAM储存器,按其用途划分为工作寄存器区、位寻址区和用户数据缓冲区3个区域。表4.1片内RAM低128单元的配置序号区域地址功能1工作寄存区0x000x07第0组工作寄存擀R0R7)0x08-0x0F第1组工作寄存器R
36、0-R7)0x18-0x17第2组工作寄存器R0-R7)OxaS-Ox1.F第3组工作寄存器R0-R7)2位寻址区0x2O-0x2F位寻址区，位地址为：OxOOx-Ox7F3用户RAM区0x3O-0x7E用户数据缓冲区系统管脚如图4.1所示:XTA1.1P0.0/AD0P0.1/AD1P0.2/AD2XTA1.2P0.3/AD3P0.4/AD4P0.5/AD5P0.6/AD6RSTP0.7/AD7P2.0/A8P2.1/A9P2.2/A10PSgNP2.3/A11A1.EP2.4/A12EAP2.5/A13P2.6/A14P2.7/A15P1.0T2P3.0/RXDP1.1T2EXP3.1/T
37、XDP1.2P3.2iNT0P1.3P3.3NTiP1.4P3.410P1.5P3.5111P1.6P3.6WRP1.7P3.7/RD一一AT89C52图1.1AT89C52管脚图POn：PO为一个8位漏级开路双向I/011,每脚可吸收8TT1.门电流。当P1.口的管脚第次写1时,被定义为高阻输入。Po能够用于外部程序数据存储器.它可以被定义为数据/地址的第八位。在F1.ASH编程时，PO口作为原码输入，当FIASH进行校验时，PO输出原码，此时Fo外部惇必须被拉高。P1.口：P1.口是一个内部提供上拉电眼的8位双向I/O口,P1.口缓冲器能接收输出4TT1.门电流.P1.口管脚写入1后，被内
38、部上拉为高，可用作输入，P1.被外部卜.拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在F1.ASH编程和校验时，P1.口作为第八位地址接收。P2口：P2为一个内部上拉电阻的8位双向0口，P2口缓冲器可接收，输出4个TT1.门电流，当P2被写“I”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在F1.ASH编程和校验时接
39、收离八位地址信号和控制信号。P3：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TT1.门电流。当P31写入“1”后，它们被内部上拉为尚电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（I1.1.）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C52的一些特殊功能口，列如：1. P3.0RXD（串行输入11）2. P3.1TXD（中行输出口）3. P3.2/INTO（外部中断0）4. P3.3/INT1（外部中断1）5. P3.4TO（记时器O外部输入）6. P3.5T1.（记时器1外部输入）7. P3.6/WR（外部数据存储器写选通）8. P3.7/RD（外部数据
40、存储器读选通）P3门同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST:发位输入。当振荡器发位器件时,要保持RST脚两个机活周期的高电平时间。A1.E./PROG:当访问外部存储器时.地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在F1.ASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时,A1.E端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是:每当用作外部数据存储器时，将跳过一个A1.E脉冲,如想禁止A1.E的输出可在SFR8EII地址上置O.此时,A1.E只有在执行MOVX,MOVC指令是A1.E才起作用。另外，该引脚被略微
41、拉高。如果微处理涔在外部执行状态AIE.禁止，置位无效.)PSEN:外部程序存:储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA.VPP:当EA保持低电平时,则在此期间外部程序存储器0000H-HTiH),不管是否仃内部程序存储版。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET:当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在F1.ASH编程期间,此引脚也用于施加12N编程电源(VPP).XTAiJ:反向振薄放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTA1.2:来自反向振荡涔的输出。其特点有：1.片内有4K字节
42、在线可重复编程快擦写程序存续器：2 .全睁态工作，工作范围OHZ-24MHz：3 .32位双向输入输出线；4 .128x8位内部RAM：5 .两个十六位定时潺/计数器：6 .五个中断源，两级中断优先级：7 .一个全双工的异步串行口：8 .间歇的掉电工作方式。AT89C52为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:XTA1.1.（19脚）和XTA1.2（1
43、8脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz晶振。RSTZVpd（9脚）为贪位输入端口,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。P0P3为可编程通用I/O脚，其功能用途由软件定义，在本设计中，PO端口（3239脚）被定义为NI功能控制湍口，分别与N1.的相应功能管脚相连接，13脚定义为IR输入端，10脚和11脚定义为I2C总线控制湍口，分别连接N1.的SDAS（18脚）和Se1.S（19脚）端口，12脚、27脚及28脚定义为握手信号功能端，连接主板C1.t的相应功能端，用于当前制式的检测及会聚调整状态进入的控制功能。在T89C52片内存
44、储器中，80HITH共128个单元为特殊功能寄存器（SFR）,SFR的地址空间映象。并非所有的地址都被定义，从80H-FFH共128个字节只有一部分被定义，还有相当部分没有定义。对没有定义的单元读写将是无效的，读出的数值将不确定，而写入的数据也将丢失。不应将数据写入未定义的单元，由于这些单元在将来的产品中可能赋予新的功能，在这种情况下，熨位后这些单元数值总是“0”AT89C52除了有AT89C51所有的定时/计数器0和定时/计数器1外，还增加了一个定时/计数器2.定时/计数器2的控制和状态位位于T2C0NT2M0D,寄存器对（RCAP2H、RCAP21.）是定时器2在16位捕获方式或16位自动
45、重装载方式卜的捕获/自动重装载寄存器。4. 2复位电路设计在跑步机使用过程中，随着使用者的使用，会受到来自外部环境和内部环境的干扰，会使指令的操作码和地址码发生变化致使该条指令出错,这时，CPU执行随机拼写的指令，导致程序“胞飞”或进入“死循环”。为使这种程序的“胞飞”和“死循环”自动恢宓，重新正常工作,可采用硬什“看门狗”技术，用看门狗监视程序的运行。若程序发生“抱飞”或“死循环”，则若门狗产生更位信号，引导单片机程序重新进入正常运行。本系统采用AT89C52构成看门狗电路，其更位电路原理图如图4.2所示。4.3时钟电路的设计C2ii11-1Hp-X112MU2XTA1.1XTA1.2图4.
46、3时钟电路接线图外接晶体以及电容构成并联谐振电路，接在AT89C52内部放大器的反馈网路中.对外接电容的值虽然没有严格的的要求，但电容的大小会影响振荡频率的高低、振荡器的稔定性、起振的快速性和温度的稳定性，典型值通常选择为30pF,这时对应的时钟频率为12NHz,在设计电路板时，晶体和电容应尽可能安装得与单片机芯片狂近，以减少寄生电容，更好地保证振荡器稳定和可独工作。为了提高温度稳定性,应采用温度稳定性能好的高频电容。时钟电图路原理如图4.3所示。44显示器接口电路设计表4.21.3显示器管脚及其功能符号功能VSS一般接地VDD接电源(+5F)RSRS为寄存器选择，腐电平1时选择寄存甥、低电平时0时选择指令寄存器R1.Rw为只读写信号线，高电平I时进行操作，低电平。时进行写操作，DO底4位三态、双向数据总统O位(最低位D1.底，1位三态、双向数据总线1位D2底4位三态、双向数据总线2位D3底，1位三态、双向数据总践3位D1.高4位三态、双向数捌总线4位D5高4位三态、双向数据总战5位D664位三态、双向数据总线6位D7高4位三态双向数捌总线7位最高位B为使能跳，下降沿使能图4.4显示器电路原理图为了随时监视电动机的转速并
