步進電機-時序控制-正反轉(zhuǎn)-調(diào)速-畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)得到了廣泛而深入的應(yīng)用。步進電動機由于其將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動機，最突出的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?。因此，隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電動機的需求量與日

2、俱增，并且在打印機、手工業(yè)自動控制、組合機床、機器人、計算機外圍設(shè)備、照相機,投影儀、數(shù)碼攝像機、數(shù)控機床等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。通俗一點講：當(dāng)

3、步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　本設(shè)計基于Proteus 設(shè)計環(huán)境，運用了AT89C51芯片、數(shù)碼管顯示電路和步進電機以及7位小功率驅(qū)動芯片ULN2003A、按鈕、指示燈等輔助硬件電路，設(shè)計了步進電

4、機正反轉(zhuǎn)及調(diào)速系統(tǒng)。繪制軟件流程圖，進行了軟件設(shè)計并編寫了源程序，最后對軟硬件系統(tǒng)進行聯(lián)合調(diào)試。該步進電機的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速系統(tǒng)具有控制步進電機正反轉(zhuǎn)的功能，還可以對步進電機進行兩檔調(diào)速。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 步進電機，時序控制，正反轉(zhuǎn)，調(diào)速</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the de

5、velopment of digital technology, digital control technology has been applied widely and deeply. Stepping motor because of its micro motor electric pulse signal into corresponding angular displacement or linear displaceme

6、nt, its most prominent advantage is that by changing the pulse frequency in a wide frequency range to achieve speed, quick start and stop, positive control and braking, and the composition of the open-loop system is simp

7、le, cheap, and very practical. Therefore, with th</p><p>　　Stepping motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agencies, its working principle is the use of electronic

8、 circuit, the power supply will be a DC component, phase sequence control current, the current in the motor power supply for the step, step motor to work properly, power driver for step motor time-sharing, multi-phase se

9、quential controller. Popular point of view: when stepping drive receives a pulse signal, it drives stepper motor rotate in the direc</p><p>　　The Proteus design environment based on AT89C51 chip, use, digita

10、l tube display circuit and stepper motor and 7 small power drive chip ULN2003A, buttons, lights and other auxiliary hardware circuit, the design of the stepper motor positive inversion and speed regulation system. Draw t

11、he flow chart of the software, the software design and program the source program, the joint debugging of hardware and software system. Positive inversion and speed control system of the stepping motor is reversing </

12、p><p>　　Key words：Stepper motor, timing control, reverse, speed</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1緒論1</b>&l

13、t;/p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計要求1</b></p><p><b>　　2方案論證2</b></p><p>　　2.1 控制方式的確定2</p><p>　　2.2 驅(qū)動方式的確定

14、2</p><p><b>　　3硬件設(shè)計3</b></p><p>　　3.1 硬件總體介紹3</p><p>　　3.2 步進電機3</p><p><b>　　3.3 單片機8</b></p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)向顯示電路12</p><

15、;p>　　3.5 數(shù)字顯示電路14</p><p>　　3.6 步進電機驅(qū)動電路18</p><p>　　3.7 按鍵電路20</p><p><b>　　4軟件設(shè)計22</b></p><p>　　4.1主程序流程圖22</p><p>　　4.2步進電機運行子程序流程圖23&

16、lt;/p><p>　　4.3顯示子程序流程圖24</p><p><b>　　5設(shè)計仿真25</b></p><p>　　5.1 Keil uVision4模擬仿真25</p><p>　　5.2 proteus模擬仿真26</p><p><b>　　結(jié) 論30</

17、b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻32</b></p><p><b>　　附 錄133</b></p><p><b>　　附 錄234</b></p>&

18、lt;p><b>　　附 錄339</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　現(xiàn)在社會，對精度的要求越來越高，特別是在空調(diào)、航空等方面，通風(fēng)口打開多少度、太陽能帆板展開多少度等等的要求非常高，而普通電機達不到

19、這樣的精度，這時就需要用到步進電機。</p><p>　　步進電機最早是在1920年由英國人所發(fā)明，它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角

20、位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計是基于單片機的步進電機運動方式控制系統(tǒng)。簡而言之就是要求用單片機控制一臺步進電機的運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，并且可以同時可以實現(xiàn)加速、減速。同時采用proteus軟件進行系統(tǒng)

21、仿真。</p><p>　　本文所采用的步進電機是一臺四相八拍步進電機，采用的單片機是AT89C51單片機，采用的放大驅(qū)動器是ULN2003。采用匯編語言編程，單片機輸出的信號經(jīng)過ULN2003的放大來驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。通過改變步進電機通電相序改變步進電機轉(zhuǎn)速，通過改變每步之間的延時長短來改變步進電機的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　2方案論證</b></p

22、><p>　　2.1 控制方式的確定</p><p>　　步進電機控制是一個比較精確的。步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點。在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。一種是定時，一種是延時。</p><p>　　定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)

23、生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出脈沖的周期。當(dāng)定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù)，當(dāng)定時器溢出時，定時器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現(xiàn)電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止，有一定的時間間隔，造成定時時間增加，為了減少這種定時誤差，實現(xiàn)精確定時，要對重裝的計數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初

24、值主要考慮兩個因素一是中斷響應(yīng)所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。用定時中斷方式來控制電動機變速時，實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。此方法較為復(fù)雜，控制不簡便，并且占用中斷功能，故不采用。</p><p>　　延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序，待延時結(jié)束后再執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時

25、間和，就是脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行，并且不占用中斷功能，故采用延時方法。</p><p>　　2.2 驅(qū)動方式的確定</p><p>　　步進電機的驅(qū)動一般有兩種方法：一種是通過CPU直接來驅(qū)動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進電機的轉(zhuǎn)動；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動，就是把從CPU輸

26、出的信號進行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動步進電機，這種方法比較安全可靠。故本次設(shè)計應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動步進電機。</p><p><b>　　3硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1 硬件總體介紹</p><p>　　本次設(shè)計，采用AT89C51作為單片機控制，P0口串接反相器連接驅(qū)動電路ULN2003，用來驅(qū)動步進電機

27、，P1口輸出顯示電路，P2口實現(xiàn)顯示電路的動態(tài)顯示以及正反轉(zhuǎn)指示燈的控制。P3口實現(xiàn)中斷功能。</p><p>　　總體設(shè)計方框圖如圖3-1所示</p><p><b>　　3.2 步進電機</b></p><p>　　步進電機是將電脈脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的

28、頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　3.2.1 基本介紹</p><p>　　步進電機是一種感應(yīng)電機，

29、它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。</p><p><b>　　圖3-2 步進電機</b></p><p>　　雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成

30、控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。</p><p>　　步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。</p><p>　　步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號

31、，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　3.2.2 主要分類</p><p>　　步進電機在構(gòu)造上有三種主要類型： 反應(yīng)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,

32、PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。</p><p>　　反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。</p><p>　　永磁式：永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°

33、;或15°）。</p><p>　　混合式：混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。</p><p>　　按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上

34、細分驅(qū)動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅(qū)動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。</p><p>　　3.2.3 選擇方法</p><p>　　步進電機和驅(qū)動器的選擇方法：</p

35、><p>　　判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一。負載大時，需采用大力矩電機。力矩指標大時，電機外形也大。</p><p>　　判斷電機運轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。</p><p>　　選擇電機的安裝規(guī)格：如57，86，110等，主要與力矩要求有關(guān)。</p>&l

36、t;p>　　確定定位精度和振動方面的要求情況：判斷是否需細分，需多少細分。</p><p>　　根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅(qū)動器。</p><p>　　3.2.4 基本原理</p><p>　　3.2.4.1工作原理</p><p>　　通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一

37、角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。</p><p>　　3.2.4.2發(fā)熱原理</p><p>　　通常見

38、到的各類電機，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進

39、電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。</p><p><b>　　3.2.5指標術(shù)語</b></p><p>　　3.2.5.1靜態(tài)指標術(shù)語</p><p>　　1、相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。</p><p>　　2、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)。</p>

40、<p>　　導(dǎo)電狀態(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。</p><p>　　3、步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.

41、8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。</p><p>　　4、定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。</p><p>　　5、靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比

42、，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。</p><p>　　3.2.5.2動態(tài)指標術(shù)語</p><p>　　1、步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。</p><p

43、>　　2、失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。</p><p>　　3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。</p><p>　　4、最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。</p><p>　　5、最大空

44、載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。</p><p>　　6、運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 </p><p>　　其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時

45、的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，采用小電感大電流的電機。</p><p>　　7、電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機

46、輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。</p><p>　　8、電機正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CD-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.2.6 測速方法</p><p>　　步進電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。</p><p>　

47、　一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當(dāng)負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，步進電機使用時對速度和位置都有嚴格要求。</p><p>　　二是控制方便。步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。</p><p>　　三是整機結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進電機后，使得整機的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。測速電機是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，并傳遞到輸入

48、端作為反饋信號。測速電機為一種輔助型電機，在普通直流電機的尾端安裝測速電機，通過測速電機所產(chǎn)生的電壓反饋給直流電源，來達到控制直流電機轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　3.2.7優(yōu)勢及缺陷</p><p><b>　　3.2.7.1優(yōu)點</b></p><p>　　1、電機旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；</p><p>　　2

49、、電機停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時）；</p><p>　　3、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復(fù)性；</p><p>　　4、優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；</p><p>　　5、由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命；</p><p>　　6、電機

50、的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本；</p><p>　　7、僅僅將負載直接連接到電機的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)；</p><p>　　8、由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。</p><p><b>　　3.2.7.2缺陷</b></p><p>

51、　　1、如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振；</p><p>　　2、難以運轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　3、難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　4、在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低；</p><p>　　5、超過負載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。</p><p><b>　　3.2.8驅(qū)

52、動要求</b></p><p>　　1、能夠提供較快的電流上升和下降速度， </p><p>　　使電流波形盡量接近矩形。</p><p>　　具有供截止期間釋放電流流通的回路，以降低繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減。</p><p>　　2、具有較高韻功率及效率。</p><p>　　步進電機驅(qū)動器，它是

53、把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電機的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進電機旋轉(zhuǎn)一個步距角。也就是說步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所以控制步進脈沖信號的頻率，就可以對電機精確調(diào)速；控制步進脈沖的個數(shù)，就可以對電機精確定位。步進電機驅(qū)動器有很多，應(yīng)以實際的功率要求合理的選擇驅(qū)動器。</p><p><b>　　3.3 單片機</b></p>&

54、lt;p>　　3.3.1單片機的定義</p><p>　　自1946年第一代電子計算機研制成功后，計算機的發(fā)展經(jīng)歷了電子管計算機、晶體管計算機、集成電路計算機和大規(guī)模集成電路計算機4個階段，即我們通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機時代?，F(xiàn)在廣泛使用的微機是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計算機，而單片機則是微機的一個分支。自1971年微機問世以來，由于實際應(yīng)用的需要，微機向著兩個不

55、同的方向發(fā)展：一是朝高速度、大容量、高性能的高檔微型方向發(fā)展；二是朝穩(wěn)定可靠、體積小和價格低廉的單片機方向發(fā)展。但兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。</p><p>　　單片機，就是把中央處理器（Centra; Processing Unit,CPU）、隨機存取存儲器（Random Access Memory,RAM）、只讀存儲器（Read Only Memory,ROM）、定時器/計數(shù)器以及輸入/輸出（Input

56、/Output,I/O）接口電路等主要計算機部件，集成在一塊集成電路芯片上的微機。雖然單片機只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型系統(tǒng)的屬性，為此稱它為單片微機（Single Chip MicroComputer,SCMC），簡稱單片機。</p><p>　　3.3.2單片機發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　3.3.2.1單片機的發(fā)展歷史及趨勢</p><p&g

57、t;　　單片機的發(fā)展分以下4個階段。</p><p>　　第一代：20世紀70年代后期，4位邏輯控制器件發(fā)展到8位，使用NMOS工藝（速度低。功耗大、集成度低），代表產(chǎn)品有MC6800,Intel8048.</p><p>　　第二代：20世紀80年代初，采用CMOS工藝，并逐漸被高速、低功耗的HMOS工藝代替，代表產(chǎn)品有MC146805和Intel 8051。</p>&l

58、t;p>　　第三代：近十年來，MCU(Micro Controller Uint,微控制器)的發(fā)展出現(xiàn)了許多新特點。</p><p>　?。?）在技術(shù)上，有可擴展總線型向純單片型發(fā)展，即只能工作在單片方式。</p><p>　?。?）MCU的擴展方式從并行總線型發(fā)展出各種串行總線。</p><p>　?。?）將多個CPU集成到一個MCU中。</p>

59、<p>　?。?）在降低功耗，提高可靠性方面，MCU工作電壓已降至3.3V。</p><p>　　第四代：FLASH的使用使MCU技術(shù)進入了第四代?，F(xiàn)在可以說是單片機百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，為單片機的應(yīng)用用提供了廣闊的天地。</p><p>

60、　　縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機的發(fā)展趨勢大致如下。</p><p>　　1.低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達630mW,而現(xiàn)在的單片機功耗普遍都在100mW左右。隨著對單片機功耗的要求越來越低，現(xiàn)在單片機制造商基本都采用了互補金屬氧化物半導(dǎo)體工業(yè)（CMOS）。例如80C51就采用了高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝（HMOS）和互補高密度技術(shù)

61、氧化物半導(dǎo)體工藝（CHMOS）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定了其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合在要求低功耗如電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機發(fā)展的主要途徑。</p><p><b>　　2.微型單片化</b></p><p>　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將CPU、RAM、ROM、并行和串行通

62、信接口、中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上；增強型的單片機集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗），有些單片機將液晶（LED）驅(qū)動點亮都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元點亮就更多，功能更強大。有些單片機廠商甚至還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機芯片。</p><p>　　此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，

63、其體積也要小。目前，許多單片機都具有多種封裝樣式，其中表面封裝（SMD）越來越受歡迎，使得由單片機構(gòu)成的系統(tǒng)朝著微型化的方向發(fā)展。</p><p>　　3.主流與多品種共存</p><p>　　現(xiàn)在的單片機的品種繁多，各具特色，以80C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機，以80C51為核心的單

64、片機占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集（RISC）也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近幾年的單片機產(chǎn)量與日俱增，以其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有Motorola公司的產(chǎn)品，以及日本幾大公司的專用單片機。在一定的時期內(nèi)，這種情形將仍將延續(xù)，而不存在某品牌單片機一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是一寸互補、相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　3.3.2.2單片機

65、的主流產(chǎn)品</p><p>　　自單片機誕生以來的近30年中，單片機已有70多個系列的近500個機種。</p><p>　　8051系列單片機產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，今年來推出的與8051兼容的主要產(chǎn)品有：</p><p>　　ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列；</p><p>　　Philips公司的80C51,80

66、C552系列</p><p>　　華邦公司的W78C51，W77C51高速低價系列；</p><p>　　ADI公司的ADuC8xx高精度ADC系列；</p><p>　　LG公司的GMS90/97低壓高速系列；</p><p>　　Maxim公司的C8051F系列高速SOC單片機</p><p>　　Cygnal公司

67、的C8051F系列高速SOC單片機。</p><p>　　非8051結(jié)構(gòu)單片機新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，今年來推出的非8051系列的主要產(chǎn)品有：</p><p>　　Intel的MCS-96系列16位單片機；</p><p>　　Microchip的PIC系列RISC單片機；</p><p>　　TI的MSP430F系列1

68、6位低功耗單片機。</p><p>　　3.3.2.3單片機的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　單片機的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　（1）在工業(yè)自動化方面。如過程控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控技術(shù)、機器人技術(shù)、機械電子計算機一體化技術(shù)。</p><p>　?。?）在儀器儀表方面。如測試儀表和醫(yī)療儀器——數(shù)字化、智能化、高精度、小體積、

69、低成本。，便于增加顯示報警和自診斷功能。</p><p>　?。?）在家用電器方面。如冰箱、洗衣機、空調(diào)機、微波爐、電視機、音響設(shè)備等。</p><p>　?。?）在信息和通信產(chǎn)品方面。如計算機的鍵盤、打印機、磁盤驅(qū)動器、傳真機、復(fù)印機、電話機、考勤機。</p><p>　?。?）在軍事方面。如飛機、大炮、坦克、軍艦、導(dǎo)彈、火箭、雷達等。</p>&l

70、t;p>　　3.3.3單片機系統(tǒng)的組成</p><p>　　單片機系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。</p><p>　　單片機系統(tǒng)的硬件部分主要由單片機和外圍器件構(gòu)成，如圖3-3所示：</p><p><b>　　運算器</b></p><p>　　CPU 寄存器組</p><p><

71、;b>　　控制器</b></p><p><b>　　片內(nèi)</b></p><p><b>　　內(nèi)存</b></p><p>　　單片機 片外</p><p><b>　　中斷控制邏輯</b></p><p>&

72、lt;b>　　并行I/O</b></p><p>　　通用接口 串行UART</p><p>　　定時/計數(shù)器 T/C</p><p>　　定時/計數(shù)器：8253</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器：ADC 0809</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器：DAC 0832</p><p

73、>　　外圍器件（片外擴展接口） 串行通信擴展：8251</p><p>　　并行通信擴展：8255A，8155</p><p><b>　　驅(qū)動器</b></p><p><b>　　DSP等</b></p><p>　　圖3-3 單片機組成</p><p>

74、　　3.3.4 單片機復(fù)位電路</p><p>　　MCS-51單片機的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。</p><p>　　上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，

75、接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。</p><p><b>　　電路圖如圖3-4：</b></p><p>　　圖3-4

76、上電復(fù)位電路圖</p><p>　　上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。</p><p>　　3.3.5 單片機時鐘電路</p><p>　　時鐘是單片機的心臟，單片機各功能部件的運行都是以時鐘頻率為基準，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片

77、機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p><b>　　電路圖如圖3-5：</b></p><p><b>　　圖3-5 時鐘電路</b></p><p>　　AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器

78、的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)向顯示電路</p><p>　　本次設(shè)計中，步進電機正反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)信息由發(fā)光電路顯示。發(fā)光電路采用發(fā)光二極管顯示。</p><p>　　其中，綠燈亮?xí)r指示步進電機正轉(zhuǎn)，紅燈亮?xí)r指示步進電機反轉(zhuǎn)。</p>

79、<p><b>　　圖3-6發(fā)光二極管</b></p><p>　　3.4.1 基本介紹</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃

80、光。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機采光裝飾和照明。</p><p>　　發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由

81、N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p>　　3.4.2 發(fā)光二極管的單向?qū)ㄐ?lt;/p><p>　　發(fā)光二極管只能往一個方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（?/p>

82、向偏壓），當(dāng)電流流過時，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效

83、率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發(fā)展民用的去向。</p><p>　　3.4.3 LED的優(yōu)點</p><p><b>　　一、體積小</b></p><p>　　LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。</p><p><b>　　二、耗電量低

84、</b></p><p>　　LED耗電相當(dāng)?shù)?，一般來說LED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過0.1W。</p><p><b>　　三、使用壽命長</b></p><p>　　在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達10萬小時。</p><p><

85、b>　　四、高亮度、低熱量</b></p><p>　　LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。</p><p><b>　　五、環(huán)保</b></p><p>　　LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。</p><p><b>　　六、堅固

86、耐用</b></p><p>　　LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點使得LED可以說是不易損壞的。</p><p>　　發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦裕夜?jié)能，只需5V電源，就可以驅(qū)動，AT89C51完全可以滿足這個要求，但為了限流，串一個電阻。</p><p>　　電路圖如圖3-8：</p&

87、gt;<p><b>　　圖3-8 發(fā)光電路</b></p><p>　　3.5 數(shù)字顯示電路 </p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計的顯示電路主要用于顯示步進電機的檔位、轉(zhuǎn)速等功能。</p>

88、<p>　　可以用來顯示轉(zhuǎn)速信息的顯示期間有很多，比如液晶屏，數(shù)碼管等。但本次設(shè)計只需顯示步進電機的轉(zhuǎn)速，并不需要顯示其它信息，如果采用液晶屏顯示，程序太過于復(fù)雜，成本太高，所以用數(shù)碼管顯示。</p><p>　　本次設(shè)計顯示采用四位共陽極八段數(shù)碼管。</p><p>　　數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　3.5.1

89、 數(shù)碼管分類</p><p>　　數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、光電、不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實都是同樣的產(chǎn)品。</p><p>　　數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管；</p><p>　　按發(fā)光二極管單元連

90、接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應(yīng)字段就點亮

91、，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。</p><p><b>　　3.5.2 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)

92、有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因為不同類型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。圖2是共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。顏色有紅，綠，藍，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 </p&g

93、t;<p>　　圖3-9 10引腳的LED數(shù)碼管</p><p>　　3.5.3 驅(qū)動方式</p><p>　　3.5.3.1 概述</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。</p><p>　　3.5.3.2

94、 靜態(tài)顯示驅(qū)動</p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件

95、電路的復(fù)雜性。</p><p>　　3.5.3.3 動態(tài)顯示驅(qū)動</p><p>　　數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，

96、但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有

97、閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。</p><p>　　本次設(shè)計采用動態(tài)顯示電路，由單片機P1口控制數(shù)碼管段，由單片機的P2口的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6控制數(shù)碼管的位選擇。電路圖如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路</p><p>　　3.5.4 應(yīng)用范圍</p&g

98、t;<p>　　數(shù)碼管是顯示屏其中一類， 通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。</p><p>　　由于它的價格便宜 使用簡單 在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。</p><p>　　數(shù)碼管實物如圖3-11：</p

99、><p>　　圖3-11 數(shù)碼管實物圖</p><p>　　自行代碼與16進制的轉(zhuǎn)換驅(qū)動代碼表：如表3-1</p><p>　　表3-1 共陽極數(shù)碼管驅(qū)動段碼表</p><p>　　3.6 步進電機驅(qū)動電路</p><p><b>　　3.6.1 概述</b></p><p>

100、　　步進電機驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 </p><p>　　步進電動機和步進電動機驅(qū)動器構(gòu)成步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。步進電動機驅(qū)動系

101、統(tǒng)的性能，不但取決于步進電動機自身的性能，也取決于步進電動機驅(qū)動器的優(yōu)劣。對步進電動機驅(qū)動器的研究幾乎是與步進電動機的研究同步進行的。</p><p>　　3.6.2 系統(tǒng)控制</p><p>　　步進電動機不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動電源（步進電動機驅(qū)動器）?？刂破鳎}沖信號發(fā)生器）可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖

102、頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。</p><p>　　3.6.3 基本原理</p><p>　　步進電機驅(qū)動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。</p><p>　　驅(qū)動器相當(dāng)于開關(guān)的組合單元。通過上位機的脈沖信號有順序給電機相序通電使電機轉(zhuǎn)動。</p><p&

103、gt;　　3.6.4 組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　步進電機驅(qū)動器主要結(jié)構(gòu)主要有以下部分作用為：</p><p><b>　　1.環(huán)行分配器</b></p><p>　　根據(jù)輸入信號的要求產(chǎn)生電機在不同狀態(tài)下的開關(guān)波形。</p><p><b>　　2.信號處理</b></p><

104、;p>　　對環(huán)行分配器產(chǎn)生的開關(guān)信號波形進行PWM調(diào)制以及對相關(guān)的波形進行濾波整形處理。</p><p><b>　　3.主開關(guān)電路</b></p><p>　　用功率元器件直接控制電機的各相繞組。</p><p><b>　　4.保護電路</b></p><p>　　當(dāng)繞組電流過大時產(chǎn)生關(guān)斷

105、信號對主回路進行關(guān)斷，以保護電機驅(qū)動器和電機繞組。</p><p><b>　　5.傳感器</b></p><p>　　對電機的位置和角度進行實時監(jiān)控，傳回信號的產(chǎn)生裝置。</p><p>　　3.6.5 驅(qū)動器的選擇</p><p>　　步進電機的驅(qū)動器有很多種，常用的有ULN2003、LM297、LM298等等，這幾

106、種驅(qū)動電路的不同之處在于驅(qū)動能力的不同，ULN2003的驅(qū)動電路有500mA，可以驅(qū)動一些小型的電機，298,297可以帶動2A以上的電機，當(dāng)然若電機的功率更大，可以使用三洋的STK系列驅(qū)動集成塊，價格當(dāng)然也相對較高。</p><p>　　但本次設(shè)計只需要驅(qū)動一個四相八拍的步進電機，ULN2003足以勝任，而且它的結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用方便。所以，本次畢業(yè)設(shè)計的驅(qū)動器采用ULN2003。</p>

107、<p>　　3.6.6 ULN2003</p><p>　　ULN2003是大電流驅(qū)動陣列,多用于單片機、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。可直接驅(qū)動繼電器等負載。 </p><p>　　輸入5VTTL電平，輸出可達500mA/50V。</p><p>　　ULN2003是高耐壓、大電流達林頓陳列,由七個硅NPN達林頓管組成。 該電路的特點如下:

108、 ULN2003的每一對達林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路 直接相連,可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。</p><p>　　ULN2003的芯片引腳圖如圖3-12所示</p><p>　　圖3-12 ULN2003芯片引腳</p><p>　　3.6.7 74LS04</p><p&g

109、t;　　由于ULN2003中有反相結(jié)構(gòu)，而所編程序中不需要反相，于是在ULN2003后部串接一個74LS04反相器將信號再反過來。</p><p>　　74LS04是一個六相反相器。反相器是可以將輸入信號的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在摸擬電路，比如說音頻放大，時鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計中，經(jīng)常要用到反相器。</p><p>　　其引腳功能圖如圖3-13所示：</p>&

110、lt;p>　　圖3-13 74LS04引腳功能圖</p><p>　　本次設(shè)計只用了1、2；3、4；5、6；8、9四組反相器。</p><p>　　3.6.8 驅(qū)動器接線圖</p><p>　　ULN2003由七個達林頓管組成，但本次畢業(yè)設(shè)計只用了前四位。74LS反相器由六組反相器組成，也只用前四位。具體電路圖如圖3-14所示：</p><

111、p>　　圖3-14 ULN2003接線圖</p><p><b>　　3.7 按鍵電路</b></p><p>　　該電機控制電路中共設(shè)置了四個按鍵，分別是啟動、換向、加速、減速作用，如圖3-15。設(shè)計中按鍵設(shè)置為共陰極，當(dāng)按鍵按下時單片機電位被拉低。單片機檢測到電位拉低，立即中斷，再進行相應(yīng)的啟動、換向、加速、減速動作。</p><p>

112、;　　圖3-15 按鍵電路</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　本次設(shè)計，采用四個中斷，分別實現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、減速、加速，分別使用的是外部中斷0、外部中斷1、定時中斷0、定時中斷1。</p><p><b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p>　　主程序流程

113、圖如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2步進電機運行子程序流程圖</p><p>　　步進電機運行子程序流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 步進電機子程序流程圖</p><p>　　4.3顯示子程序流程圖</p><p>　　顯示