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4 系统硬件设计
4.1 系统元器件概述
Atmel公司生产的89C51单片机是一种低功耗/电压、高性能的8位单片机，它采用CMOS和高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都可以和MCS-51系统兼容，片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或者用其他编程器件进行编程。内部包含256字节RAM，4个8位并行I/O口，多个中断源，2个中断优先级，2个定时计数器，因此，89C51单片机是一种功能强大，速度快速，灵活性高而且价格便宜的控制芯片，完全可以满足本系统的设计需求。
选用5个独立按键输入步进电机的运行状态并通过它们对步进电机的运行进行控制。此种设计方式可以在满足系统设计要求的基础上很好的节约单片机的I/O口，达到合理利用资源的目的。按键识别的方式有2种，一种为扫描法，另一种为线反转法，考虑到软件编程的方便，此设计采用了按键扫描法。
再有，单片机输出的控制脉冲信号会很弱，如果用于直接驱动步进电机运行，可能会达不到设计要求，因此我们要采用功率驱动芯片，这里我们选用的是集成达林顿管ICULN2003A。
最后，通过液晶显示模块显示参数，为便于将采集的数据实时显示出来，并实现友好的全中文图形人机界面，我们使用了具有中文字库图形点阵液晶模块AMPIRE128*64。
由于该系统需要+5V，+12V两个电源输入，于是我们采用LM7805，7812进行稳压。
以下，我们对系统所用到的元器件进行详细介绍。
4.2 AT89C51高速单片机
AT89C51单片机由美国ATMEL公司生产，具有低电压和高性能等特点,并且属于CMOS8位单片机系列。其内部含有容量为4K的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和容量为128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），并且还有通用的8位中央处理器（CPU）以及Flash存储单元。该器件的生产技术具有高密度、非易失性存储等优点，同时可以兼容市场上标准的MCS-51指令系统。由此可见，AT89C51单片机的功能比其他同类别的单片机强，可应用场合多，性价比高，可灵活应用于生活生产等各种控制领域。
主要性能参数：
•兼容MCS-51系列单片机
•4k重复利用FLASH存储器
•1000次擦写周期
•全静态操作：0Hz－24MHz
•ROM加密级别高，达到3级
•内部数据存储器达128*8K
•I／O数据口达32个，切都可独立编程
•两个定时／计数器，位数为16位
•751个中断源
•可编程串行UART通道
•省电模式有低功耗和掉电2种
图4-1 AT89C51单片机引脚构造图
AT89C51 的控制功能主要有：4k大小的Flash高速存储器，128字节内部数据存储器，32 个I／O 数据口，2个16位定时／计数器，一个中断构造，一个全双工串行通信口，内部集成振荡器和时钟电路。在使用时，该款单片机逻辑操作频率可达0HZ，且省电模式达到两种。在停止CPU工作的状态下可选择空闲模式，然而RAM，定时／计数器，串行通信口和中断系统的工作不受空闲模式的影响。RAM中的数据不会因掉电方式而丢失，直到下一个硬件复位时振荡器才继续开始工作。
4.2.1 引脚功能说明
VCC：电源电压脚
GND：接地管脚
P0口：P0 口是一组双向I／O 口且位数为8，它是地址／数据总线公用端口。当它以输出功能工作时，每个端口可驱动8个TTL逻辑门电路同时工作，端口输入高电平为高阻抗状态。在接受外部ROM或RAM时，这些端口可分时作为地址（低8位）和数据总线使用，内部上拉电阻在被访问的时候激活。
在进行程序编译的时候，P0口接收指令字节，而输出指令字节则被用在程序校验的时候且必须外接上拉电阻。
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