步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　眾所周知，打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等已成為日常生活中不可或缺的機(jī)電產(chǎn)品，而且人們對其輸出質(zhì)量要求越來越高，作為其中關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)紙系統(tǒng)對打印質(zhì)量有重要影響。因此，要實(shí)現(xiàn)對進(jìn)紙系統(tǒng)的有效控制，對步進(jìn)電機(jī)的準(zhǔn)確控制就顯得更有意義。</p><p>　　本課題為了實(shí)現(xiàn)對打印機(jī)進(jìn)紙系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)的有效控制，設(shè)計(jì)了一套對

2、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其人機(jī)交互系統(tǒng)。該系統(tǒng)以STC89C52單片機(jī)為核心控制芯片，它一方面產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)的控制脈沖給驅(qū)動器經(jīng)環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動；另一方面它可檢測鍵盤輸入并通過液晶顯示器輸出電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等信息，為步進(jìn)電機(jī)的調(diào)試和運(yùn)行提供人機(jī)交互界面。整個(gè)系統(tǒng)軟件使用易于維護(hù)的模塊化設(shè)計(jì)方法，并采取軟、硬件抗干擾技術(shù)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。</p><p>　　最后，對設(shè)計(jì)的

3、系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的控制，并可通過人機(jī)交互界面?zhèn)鬟_(dá)指令和顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等信息。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低和實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，具有較高的通用性和應(yīng)用推廣價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī) 人機(jī)交互 單片機(jī) 12864液晶 鍵盤</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　

4、1緒論 …………………………………………………………. 3</p><p>　　1.1課題的背景及意義…………………………………………………………3</p><p>　　1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制的現(xiàn)狀…………………………………………………3</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容……………………………………………………….4</p><p&g

5、t;　　2步進(jìn)電機(jī)的控制及其人機(jī)交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………6</p><p>　　2.1引言……………………………………………………………….6</p><p>　　2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………….6</p><p>　　2.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………….6</p><p>　　2.4系

6、統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)……………………………………………………10</p><p>　　2.5結(jié)論…………………………………………………………….11</p><p>　　3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………….12</p><p>　　3.1步進(jìn)電機(jī)概述……………………………………………………12</p><p>　　3.2 硬件電路設(shè)計(jì)…

7、……………………………………………….15</p><p>　　3.2.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理……………………………………………….15</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………….16</p><p>　　3.3 軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………….19</p><p>　　4 人機(jī)交互

8、系統(tǒng)設(shè)計(jì)…………………………………………21</p><p>　　4.1液晶顯示模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………21</p><p>　　4.1.1液晶介紹……………………………………………………………21</p><p>　　4.1.2液晶顯示硬件設(shè)計(jì)…………………………………………………36</p><p>　　4.1.

9、3液晶顯示軟件設(shè)計(jì)…………………………………………………37</p><p>　　4.2矩陣鍵盤模塊設(shè)計(jì)………………………………………………………42</p><p>　　4.2.1硬件電路設(shè)計(jì)……………………………………………………42</p><p>　　4.2.2 軟件設(shè)計(jì)………………………………………………………..43</p><p&g

10、t;　　5系統(tǒng)調(diào)試……………………………………………………44 5.1調(diào)試目標(biāo)…………………………………………………………………44</p><p>　　5.2步進(jìn)電機(jī)調(diào)試………………………………………………………….44</p><p>　　5.3液晶調(diào)試……………………………………………………………….45</p><p>　　5.4鍵盤調(diào)試…………………………

11、…………………………………….45</p><p>　　5.5 整體調(diào)試……………………………………………………………..46</p><p>　　6結(jié)束語……………………………………………………….47</p><p>　　主要參考文獻(xiàn)………………………………………………48</p><p>　　致謝……………………………………………………

12、……49</p><p>　　附錄 程序代碼……………………………………………50</p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1課題的背景及意義</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件，是機(jī)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

13、統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。例如，在儀器儀表，機(jī)床設(shè)備以及計(jì)算機(jī)的外圍設(shè)備中（如打印機(jī) 復(fù)印機(jī) 繪圖儀等），凡需要對轉(zhuǎn)角進(jìn)行精確控制的情況下，使用步進(jìn)電機(jī)最為理想。</p><p>　　隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了步進(jìn)電動機(jī)，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初，

14、由于資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，造船工業(yè)發(fā)展很快，同時(shí)也使得步進(jìn)電動機(jī)的技術(shù)得到了長足的進(jìn)步。到了80年代后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動機(jī)的控制方式更加靈活多樣。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。計(jì)算機(jī)則通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī)，更好地挖掘出電動機(jī)的潛力。因此，用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢

15、，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢。</p><p>　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。</p><p>　　1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制現(xiàn)狀</p><p>　　在電氣時(shí)代的今天，電動機(jī)一直在

16、現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還是在日常生活中的家用電器，都大量地使用著各種各樣的電動機(jī)。因此對電動機(jī)的控制變得越來越重要了。電動機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、自動控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動機(jī)控制技術(shù)化。</p><p>　　對步進(jìn)電機(jī)的控制種類很多，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格很多,按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可

17、以劃分為磁阻式(也稱反應(yīng)式或變磁阻式)電機(jī)、混合式電機(jī)、永磁式電機(jī)和特種電機(jī)等四種主要型式。步進(jìn)電機(jī)不需位移傳感器就可精確定位,所以在精確定位系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。目前打字機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、傳真機(jī)等設(shè)備中都使用了步進(jìn)電機(jī)。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)必將發(fā)揮它的控制方便、控制準(zhǔn)確的特點(diǎn),在工業(yè)控制等領(lǐng)域取得更為廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　隨著電子產(chǎn)品更加人性化設(shè)計(jì)的要求，現(xiàn)如今一款可靠的控制系統(tǒng)

18、就顯得更加重要，在液晶顯示上能夠做到根據(jù)具體的要求實(shí)現(xiàn)對控制目標(biāo)的實(shí)時(shí)控制，目前市場上有許多的電子產(chǎn)品，良好的人機(jī)交互界面，圖形文字的詳細(xì)說明，用戶在操作的時(shí)候能夠得心應(yīng)手。</p><p>　　1.3 本課題的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題主要的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一款穩(wěn)定、可控的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，通過單片機(jī)的控制來實(shí)現(xiàn)可操作的人機(jī)交互控制系統(tǒng)。</p><p>　　

19、單片機(jī)使用STC系列的單片機(jī)，作為主要的控制芯片，通過單片機(jī)的I/O輸出脈沖信號控控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，從而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)目的。</p><p>　　整體的設(shè)計(jì)離不開具體的模塊的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的過程中使用了74HC08與門邏輯電路芯片，同時(shí)為了達(dá)到驅(qū)動MOS管的目的，增加了光電開關(guān)，從而達(dá)到啟動MOS管來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　人機(jī)交互控制模塊的設(shè)計(jì)，通過鍵盤輸入

20、 液晶顯示來實(shí)現(xiàn)交互控制，整個(gè)設(shè)計(jì)能夠展示一個(gè)比較清楚的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)更加合理的人機(jī)交互。</p><p>　?。?）編程的語言使用的是C語言，通過過程控制指令來實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)所需指令的要求。</p><p>　　通過最終的選擇確定，在使用器件的時(shí)候盡量的使用易于控制，價(jià)格合理，穩(wěn)定的器件，實(shí)現(xiàn)最后的產(chǎn)品使用要求，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　2 步進(jìn)電機(jī)的控制

21、及其人機(jī)交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1引言</b></p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)越來越顯得更加重要，在現(xiàn)代控制理論日益完善的背景下，通過高性能的驅(qū)動單元對機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動化控制。好的控制離不開更加人性化的控制界面，本文采用了高性能的控制芯片，同時(shí)設(shè)計(jì)了驅(qū)動電路人機(jī)交互控制界面來實(shí)現(xiàn)更加人性化的控制。</p>

22、<p>　　2.2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　通過對步進(jìn)電機(jī)控制器關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析、研究和比較，并綜合國內(nèi)外運(yùn)動控制器產(chǎn)品智能化、集成化、開放化的發(fā)展趨勢，我們提出的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制器總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。</p><p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)</p><p>　　2.3系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）硬件

23、電路主要的目的是控制步進(jìn)電機(jī)，但是單片機(jī)的I/O口得輸出電壓、電流都有限，于是需要設(shè)計(jì)可控的驅(qū)動電路，這樣可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的目的。在設(shè)計(jì)的過程中還需要對各個(gè)模塊合理的進(jìn)行分配，需要設(shè)計(jì)液晶模塊、鍵盤模塊，還要留有I/O口以便來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路用到了74HC08芯片MOS管 光電開關(guān) 通過7HC08與門電路來控制光電開關(guān)，達(dá)到驅(qū)動MOS管效果，從而達(dá)到了驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的目的。步進(jìn)電機(jī)控制框圖如圖2-2所示。<

24、/p><p><b>　　圖2-2控制框圖</b></p><p>　?。?）系統(tǒng)的供電系統(tǒng)需要給系統(tǒng)提供一個(gè)穩(wěn)定、安全的輸入電源，因此在整個(gè)系統(tǒng)模塊的供電設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)圍繞了系統(tǒng)穩(wěn)定、安全性來設(shè)計(jì)。因?yàn)閱纹瑱C(jī)需要的電壓是+5V，液晶需要的電壓也是+5V，電機(jī)需要的電壓是+12V因此在設(shè)計(jì)中要考慮到多級電壓的提供，在設(shè)計(jì)中考慮到了由于輸入時(shí)候的電壓過大，而穩(wěn)壓管的承載能力有

25、限，因此設(shè)計(jì)了多級穩(wěn)壓的電路，這樣設(shè)計(jì)的目的是為了使穩(wěn)壓管不至于過熱。在穩(wěn)壓的電路中設(shè)計(jì)了濾波電路，保證了供電電流的穩(wěn)定可靠，電源輸入模塊設(shè)計(jì)電路如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3電源輸入模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。?）串口通信模塊</b></p><p>　　本模塊實(shí)現(xiàn)上位機(jī)跟單片機(jī)的通信功能的實(shí)現(xiàn) 通過實(shí)現(xiàn)串口通信功

26、能可以更好的實(shí)現(xiàn)將上位機(jī)上的程序下載到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)各個(gè)功能實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)采用了max232芯片 能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)跟單片機(jī)之間的電位轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到通過串口的通信功能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)跟單片機(jī)的通信功能</p><p>　　在單片機(jī)系統(tǒng)的通信中，RS-232和RS-485標(biāo)準(zhǔn)總線應(yīng)用最為成熟。為了使運(yùn)動控制器的適用范圍更加廣泛，配合PC的現(xiàn)有接口，我們選用RS- 232標(biāo)準(zhǔn)總線來實(shí)現(xiàn)控制器和PC的通信，其接口電路如圖3所示

27、。在圖3中，選用MAX232作為系統(tǒng)的通信接口芯片。MAX232是MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源雙RS-232發(fā)送/接收發(fā)器，適用于各種EIA-232E和V.28/V.24的通信接口。MAX232芯片可以把輸入的+5V電源變換成RS-232輸出電平所需的±10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的+5V電源就可以。通信接口電路如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 通信接口電路&

28、lt;/p><p>　　MAX232外圍需要4個(gè)電解電容C1，C2，C3，C4是內(nèi)部電源轉(zhuǎn)換所需電容，其取值均為0.1μF。MAX232的引腳T1IN，T2IN，R1OUT，R2OUT為接TTL/CMOS電平的引腳。</p><p>　　引腳T1OUT，T2OUT，R1IN，R2IN為接RS-232C電平的引腳。因此TTL/CMOS電平的T1IN，T2IN引腳應(yīng)接STC89S52 的串行發(fā)送引

29、腳TXD；R1OUT，R2OUT應(yīng)接STC89S52的串行接收引腳RXD。與之對應(yīng)的RS-232C電平的T1OUT，T2OUT應(yīng)接PC機(jī)的接收端RD；R1IN，R2IN應(yīng)接PC機(jī)的發(fā)送端。</p><p>　?。?）硬件抗干擾技術(shù)</p><p>　　為了克服可能發(fā)生的各種干擾，保證系統(tǒng)能夠可靠的運(yùn)行，現(xiàn)有的抗干擾技術(shù)在硬件方面采取如下措施;</p><p>　　①

30、抑制電源干擾。傳導(dǎo)干擾通常由交流電源端引入系統(tǒng)內(nèi)部。為了抑制這種干擾，系統(tǒng)通常在交流進(jìn)線端串接入低通LC濾波器。這種方法在實(shí)際中己經(jīng)取得明顯效果，但為了抑制電源浪涌電壓的沖擊，系統(tǒng)還必須在電源線之間及電源線對地之間分別裝壓敏電阻。</p><p>　?、谝种苽鬏斁€干擾。對于系統(tǒng)中傳輸距離較長的線路通常選用屏蔽電纜來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各部分的連接，以達(dá)到抗干擾的目的。在一些應(yīng)用環(huán)境比較惡劣的系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步抑制干擾，可采用

31、光電隔離方式將系統(tǒng)控制部分與I/O口部分分開，并采用雙電源供電。</p><p>　?、郾M量減小干擾造成的影響。通常的做法有：1）增加硬件看門狗電路。2）增加電壓監(jiān)測電路。3）選擇抗干擾能力較強(qiáng)的單片機(jī)系列。4）盡可能使用單片機(jī)的內(nèi)部程序存儲器和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器而不使用外部總線連接這些器件。5）協(xié)調(diào)好電路中不同類型IC的電平匹配。6）數(shù)據(jù)總線和控制總線間形成板與板連接時(shí)，應(yīng)加總線驅(qū)動器。</p>&l

32、t;p><b>　　2.4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　系統(tǒng)的主程序由消息循環(huán)和初始化程序構(gòu)成，其流程如圖2-5所示</p><p><b>　　圖2-5系統(tǒng)流程圖</b></p><p>　　在系統(tǒng)的主程序中，初始化程序的功能是在系統(tǒng)復(fù)位后完成單片機(jī)各個(gè)特殊功能寄存器的設(shè)置、各數(shù)據(jù)區(qū)的初始化、外部硬件設(shè)

33、備的設(shè)置等操作;系統(tǒng)的消息循環(huán)則用來實(shí)現(xiàn)消息合法性的判斷及消息處理功能模塊的調(diào)用。</p><p>　　為了能夠?qū)ο⒌暮戏ㄐ赃M(jìn)行判斷，我們?yōu)橄⒔M中的每個(gè)消息定義了對應(yīng)的合法性判斷標(biāo)識位。如果某消息所對應(yīng)的合法性判斷標(biāo)識位為“1”，則表示該消息是合法的消息，系統(tǒng)應(yīng)該調(diào)用相應(yīng)的消息處理功能模塊對消息進(jìn)行處理;為“0”則表示該消息是非法的消息，系統(tǒng)應(yīng)該忽略該消息。為了實(shí)現(xiàn)“看門狗”功能，我們還在消息循環(huán)中加入了喂狗

34、輸出操作。值得注意的是，在系統(tǒng)的串行通信處理模塊中，根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是自動加工，或是手動加工，還是參數(shù)設(shè)置，分別對消息序列中的標(biāo)志位進(jìn)行置位，以保證主程序能夠正確實(shí)現(xiàn)各</p><p><b>　　2.5結(jié)論</b></p><p>　　通過整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)更加人性化的電機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)字化系統(tǒng)的要求，步進(jìn)電機(jī)能夠更加智能化

35、得到控制。</p><p>　　3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1步進(jìn)電機(jī)概述</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的數(shù)字控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它將電脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。 步進(jìn)電機(jī)具有控制簡便、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)

36、展,在許多領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應(yīng)用。鑒于傳統(tǒng)的脈沖系統(tǒng)移植性不好,本文提出微機(jī)控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,用軟件的方法產(chǎn)生控制脈沖,通過軟件編程可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。以簡化控制電路,降低生產(chǎn)成本,提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)動一周后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動電路組

37、成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、 廉價(jià)，又非?？煽俊Ｍ瑫r(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑 調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。</p><p&

38、gt;　　步進(jìn)電機(jī)是自動控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)的輸入信號為脈沖電流,它能將輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)換為階躍型的角位移或直線位移,因而步進(jìn)電機(jī)可看作是一個(gè)串行的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。由于步進(jìn)電機(jī)能夠直接接受數(shù)字信號,而不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換,所以使用微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)顯得非常方便。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn):</p><p>　?、乓话悴竭M(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%--5%，且不累積。<

39、/p><p>　?、撇竭M(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。</p><p>　?、遣竭M(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn);一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在130C以上，有的甚至高達(dá)200C以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度80C-90C完全正常。</p><p>　　⑷步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下

40、降。</p><p>　?、僧?dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢;頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。</p><p>　?、什竭M(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。介紹步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)技術(shù)參數(shù):空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)

41、不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。</p><p>　?、瞬竭M(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。</p><p>　　步

42、進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格很多,按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可以劃分為磁阻式(也稱反應(yīng)式或變磁阻式)電機(jī)、混合式電機(jī)、永磁式電機(jī)和特種電機(jī)等四種主要型式。步進(jìn)電機(jī)不需位移傳感器就可精確定位,所以在精確定位系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。目前打字機(jī)、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、傳真機(jī)等設(shè)備中都使用了步進(jìn)電機(jī)。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)必將發(fā)揮它的控制方便、控制準(zhǔn)確的特點(diǎn),在工業(yè)控制等領(lǐng)域取得更為廣泛的應(yīng)用</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將

43、電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)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(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。由于脈沖信號數(shù)與步距角的線性關(guān)系

44、，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 </p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必

45、須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。</p><p>　　這款步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電壓12V，步進(jìn)角為7.5度.

46、一圈 360 度 , 需要 48 個(gè)脈沖完成，電機(jī)如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1步進(jìn)電機(jī)該步進(jìn)電機(jī)有6根引線，排列次序如下：1:紅色、2:紅色、3:橙色、4:棕色、5:黃色、6:黑色。</p><p>　　3.2.硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2．1步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)

47、電流流過定子繞組時(shí)，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(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度前進(jìn)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(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動</p><p>　　四相步進(jìn)電

48、機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。下圖是該四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖。</p><p>　　圖3-2步進(jìn)電機(jī)原理圖</p><p>　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的

49、轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖3-3.a、b、c所示：</p><p>　　a單四拍 b雙四拍 c八拍</p><p>　　圖3-3步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖</p><p>　　3.2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)主控電路設(shè)計(jì)</p><p>　　

50、系統(tǒng)的控制系統(tǒng)主芯片采用的是STC系列的單片機(jī)，主電路中進(jìn)行了人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，主控制系統(tǒng)原理圖如圖3-4所示</p><p>　　圖3-4主控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理如圖3-5： </p><p>　　圖3-5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理圖</p><p>　　STC89S52將控制脈沖從P3口的P3.

51、2 P3.2 P3.4 P3.5 P3.6輸出，經(jīng)過74hc08與門電路芯片后驅(qū)動光電耦合器，光電耦合開關(guān)原理圖如圖3-6所示，其中光電耦合加上了 15V外部電壓從而驅(qū)動MOS管，從而達(dá)到驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的目的，MOS管驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)原理圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-6光電耦合開關(guān) 圖3-7 MOS管驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　D

52、1~D4為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管（D1~D4）而衰減掉，從而保護(hù)了功率管TIP521不受損壞。Q1~Q4為四個(gè)mos管 能夠驅(qū)動步進(jìn)電機(jī) </p><p><b>　　3.3.軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　方式1為中斷方式：P3.5(INT1)為步進(jìn)脈沖輸入端，P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))與驅(qū)動器僅以2條線相

53、連。</p><p>　　方式2為串行通訊方式：上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))將控制命令發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過程。</p><p>　　方式3為撥碼開關(guān)控制方式：通過開關(guān)，直接控制步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KR后，STC89S52先檢測撥碼開關(guān)KX、KY的狀態(tài)，根據(jù)KX、KY 的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。以下給出方式

54、1的程序流程框圖與源程序。</p><p>　　在程序的編制中，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)能平滑過渡，不至于產(chǎn)生錯(cuò)步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位;21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。在正轉(zhuǎn)時(shí)，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時(shí)給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值;在反轉(zhuǎn)時(shí)也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，就可以上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動，避免了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。程序框圖如圖3-8

55、所示</p><p><b>　　圖3-8 程序框圖</b></p><p><b>　　4人機(jī)交互系統(tǒng)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1液晶顯示模塊設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.1.1液晶介紹</b></p><p>　　12864A-1

56、漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置8192個(gè)中文漢字（16X16點(diǎn)陣，16*8=128，16*4=64，一行只能寫8個(gè)漢字，4行；）、128個(gè)字符（8X16點(diǎn)陣）及64X256點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM）。</p><p>　　1主要技術(shù)參數(shù)和顯示特性:</p><p>　　電源：VDD 3.3V~+5V(內(nèi)置升壓電路，無需負(fù)壓)；</p><p>　

57、　顯示內(nèi)容：128列× 64行（128表示點(diǎn)數(shù)）</p><p><b>　　顯示顏色：黃綠</b></p><p>　　顯示角度：6：00鐘直視</p><p><b>　　LCD類型：STN</b></p><p>　　與MCU接口：8位或4位并行/3位串行</p>&l

58、t;p><b>　　配置LED背光</b></p><p>　　多種軟件功能：光標(biāo)顯示、畫面移位、自定義字符、睡眠模式等</p><p><b>　　主要外形尺寸</b></p><p>　　128X64 引腳說明</p><p>　　邏輯工作電壓(VDD)：4.5～5.5V</p>

59、;<p>　　電源地(GND)：0V</p><p>　　工作溫度(Ta)：0～60℃(常溫) / -20～75℃（寬溫）</p><p><b>　　2接口時(shí)序</b></p><p>　　模塊有并行和串行兩種連接方法（時(shí)序如下）：</p><p><b>　　8位并行連接時(shí)序圖</b&g

60、t;</p><p><b>　　MPU寫資料到模塊</b></p><p>　　MPU從模塊讀出資料</p><p><b>　　串行連接時(shí)序圖</b></p><p>　　串行數(shù)據(jù)傳送共分三個(gè)字節(jié)完成：</p><p>　　第一字節(jié)：串口控制—格式 11111ABC<

61、;/p><p>　　A為數(shù)據(jù)傳送方向控制：H表示數(shù)據(jù)從LCD到MCU，L表示數(shù)據(jù)從MCU到LCD</p><p>　　B為數(shù)據(jù)類型選擇：H表示數(shù)據(jù)是顯示數(shù)據(jù)，L表示數(shù)據(jù)是控制指令</p><p><b>　　C固定為0</b></p><p>　　第二字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的高4位—格式 DDDD0000</p>

62、<p>　　第三字節(jié)：(并行)8位數(shù)據(jù)的低4位—格式 0000DDDD</p><p>　　串行接口時(shí)序參數(shù)：(測試條件：T=25℃ VDD=4.5V)</p><p><b>　　3用戶指令集</b></p><p>　　指令表1：（RE=0：基本指令集）</p><p>　　指令表—2：（RE=1：擴(kuò)充

63、指令集）</p><p><b>　　備注：</b></p><p>　?。?）當(dāng)模塊在接受指令前，微處理順必須先確認(rèn)模塊內(nèi)部處于非忙碌狀態(tài)，即讀取BF標(biāo)志時(shí)BF需為0，方可接受新的指令；如果在送出一個(gè)指令前并不檢查BF標(biāo)志，（一般在輸入每天指令前加個(gè)delay）那么在前一個(gè)指令和這個(gè)指令中間必須延遲一段較長的時(shí)間，即是等待前一個(gè)指令確實(shí)執(zhí)行完成，指令執(zhí)行的時(shí)間請參考

64、指令表中的個(gè)別指令說明。</p><p>　?。?）“RE”為基本指令集與擴(kuò)充指令集的選擇控制位元，當(dāng)變更“RE”位元后，往后的指令集將維持在最后的狀態(tài)，除非再次變更“RE”位元，否則使用相同指令集時(shí)，不需每次重設(shè)“RE”位元。</p><p><b>　?。?）清除顯示</b></p><p>　　CODE： RW RS DB7

65、 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：清除顯示屏幕，把DDRAM位址計(jì)數(shù)器調(diào)整為“00H”</p><p><b>　?。?）位址歸位</b></p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 D

66、B1 DB0</p><p>　　功能：把DDRAM位址計(jì)數(shù)器調(diào)整為“00H”，游標(biāo)回原點(diǎn)，該功能不影響顯示DDRAM</p><p><b>　?。?）位址歸位</b></p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p>

67、<p>　　功能：把DDRAM位址計(jì)數(shù)器調(diào)整為“00H”，游標(biāo)回原點(diǎn)，該功能不影響顯示DDRAM功能：執(zhí)行該命令后，所設(shè)置的行將顯示在屏幕的第一行。顯示起始行是由Z地址計(jì)數(shù)器控制的，該命令自動將A0-A5位地址送入Z地址計(jì)數(shù)器，起始地址可以是0-63范圍內(nèi)任意一行。Z地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)計(jì)數(shù)功能，用于顯示行掃描同步，當(dāng)掃描完一行后自動加一。</p><p>　?。?）顯示狀態(tài) 開/關(guān)</p>

68、<p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能： D=1；整體顯示ON C=1；游標(biāo)ON B=1；游標(biāo)位置ON</p><p>　　（5）游標(biāo)或顯示移位控制</p><p>　　CODE： RW RS DB7

69、 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：設(shè)定游標(biāo)的移動與顯示的移位控制位：這個(gè)指令并不改變DDRAM的內(nèi)容</p><p><b>　?。?）功能設(shè)定</b></p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3

70、DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：DL=1（必須設(shè)為1） RE=1；擴(kuò)充指令集動作 RE=0：基本指令集動作</p><p>　?。?）設(shè)定CGRAM位址</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><

71、p>　　功能：設(shè)定CGRAM位址到位址計(jì)數(shù)器（AC）</p><p>　　（8）設(shè)定DDRAM位址</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：設(shè)定DDRAM位址到位址計(jì)數(shù)器（AC）</p><p>　?。?

72、）讀取忙碌狀態(tài)（BF）和位址</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：讀取忙碌狀態(tài)（BF）可以確認(rèn)內(nèi)部動作是否完成，同時(shí)可以讀出位址計(jì)數(shù)器（AC）的值</p><p>　　(10)寫資料到RAM</p><p>

73、;　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：寫入資料到內(nèi)部的RAM（DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM）</p><p>　　(11)讀出RAM的值</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5

74、DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：從內(nèi)部RAM讀取資料（DDRAM/CGRAM/TRAM/GDRAM）</p><p>　　(12)待命模式（12H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p>

75、<p>　　功能：進(jìn)入待命模式，執(zhí)行其他命令都可終止待命模式</p><p>　　(13)卷動位址或IRAM位址選擇（13H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：SR=1；允許輸入卷動位址 SR=0；允許輸

76、入IRAM位址 </p><p>　　(14)反白選擇（14H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：選擇4行中的任一行作反白顯示，并可決定反白的與否</p><p>　　(15)睡眠模式（015H）<

77、;/p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：SL=1；脫離睡眠模式 SL=0；進(jìn)入睡眠模式</p><p>　　(16)擴(kuò)充功能設(shè)定（016H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7

78、DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：RE=1；擴(kuò)充指令集動作 RE=0；基本指令集動作 G=1；繪圖顯示ON G=0；繪圖顯示OFF</p><p>　　(17)設(shè)定IRAM位址或卷動位址（017H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5

79、 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0</p><p>　　功能：SR=1；AC5~AC0為垂直卷動位址 SR=0；AC3~AC0寫ICONRAM位址</p><p>　　(18)設(shè)定繪圖RAM位址（018H）</p><p>　　CODE： RW RS DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 D

80、B1 DB0</p><p>　　功能：設(shè)定GDRAM位址到位址計(jì)數(shù)器（AC）</p><p>　　水平方向X—以字節(jié)單位 </p><p>　　垂直方向Y—以位為單位</p><p><b>　　漢字顯示坐標(biāo)</b></p><p><b>　　7.3字符表</b>&l

81、t;/p><p>　　代碼（02H---7FH）</p><p><b>　　4顯示RAM</b></p><p>　　文本顯示RAM（DDRAM）</p><p>　　文本顯示RAM提供8個(gè)×4行的漢字空間，當(dāng)寫入文本顯示RAM時(shí)，可以分別顯示CGROM、HCGROM與CGRAM的字型；ST7920A可以顯示三種

82、字型 ，分別是半寬的HCGROM字型、CGRAM字型及中文CGROM字型。三種字型的選擇，由在DDRAM中寫入的編碼選擇，各種字型詳細(xì)編碼如下：</p><p>　　顯示半寬字型 ：將一位字節(jié)寫入DDRAM中，范圍為02H-7FH的編碼。</p><p>　　顯示CGRAM字型：將兩字節(jié)編碼寫入DDRAM中，總共有0000H，0002H，0004H，0006H四種編碼</p>

83、<p>　　顯示中文字形：將兩字節(jié)編碼寫入DDRAMK ，范圍為A1A0H-F7FFH(GB碼)或A140H-D75FH(BIG5碼)的編碼。</p><p>　　繪圖RAM（GDRAM）</p><p>　　繪圖顯示RAM提供128×8個(gè)字節(jié)的記憶空間，在更改繪圖RAM時(shí)，先連續(xù)寫入水平與垂直的坐標(biāo)值，再寫入兩個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)到繪圖RAM，而地址計(jì)數(shù)器（AC）會自動加一

84、；在寫入繪圖RAM的期間，繪圖顯示必須關(guān)閉，整個(gè)寫入繪圖RAM的步驟如下：</p><p>　　1、關(guān)閉繪圖顯示功能。</p><p>　　2、先將水平的位元組坐標(biāo)（X）寫入繪圖RAM地址；</p><p>　　再將垂直的坐標(biāo)（Y）寫入繪圖RAM地址；</p><p>　　將D15——D8寫入到RAM中；</p><p&g

85、t;　　將D7——D0寫入到RAM中；</p><p><b>　　打開繪圖顯示功能。</b></p><p>　　繪圖顯示的緩沖區(qū)對應(yīng)分布請參考“顯示坐標(biāo)”</p><p><b>　　游標(biāo)/閃爍控制</b></p><p>　　ST7920A提供硬件游標(biāo)及閃爍控制電路，由地址計(jì)數(shù)器（addres

86、s counter）的值來指定DDRAM中的游標(biāo)或閃爍位置。</p><p>　　4.1.2液晶顯示硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用的12864液晶是20跟引線的液晶芯片，在電路原理圖設(shè)計(jì)過程中，使用了14個(gè)I/O口通信，其中7—14為并行數(shù)據(jù)線。在設(shè)計(jì)中采用通用的液晶顯示接線方式，方便更好的實(shí)現(xiàn)顯示界面。液晶顯示電路原理圖如圖4-1所示</p><p>　

87、　圖4-1液晶顯示電路</p><p>　　4.1.3液晶顯示軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　在使用12864LCD前先必須了解以下功能器件才能進(jìn)行編程。12864內(nèi)部功能器件及相關(guān)功能如下：</p><p>　　1 指令寄存器(IR)</p><p>　　IR是用于寄存指令碼，與數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)相對應(yīng)。當(dāng)D/I=0時(shí)，在E信號下降沿的作用下，指

88、令碼寫入IR。</p><p>　　2數(shù)據(jù)寄存器(DR)</p><p>　　DR是用于寄存數(shù)據(jù)，與指令寄存器寄存指令相對應(yīng)。當(dāng)D/I=1時(shí)，在下降沿作用下，圖形顯示數(shù)據(jù)寫入DR，或在E信號高電平作用下由DR讀到DB7∽DB0數(shù)據(jù)總線。DR和DDRAM之間的數(shù)據(jù)傳輸是模塊內(nèi)部自動執(zhí)行的。</p><p><b>　　3忙標(biāo)志：BF</b><

89、;/p><p>　　BF標(biāo)志提供內(nèi)部工作情況。BF=1表示模塊在內(nèi)部操作，此時(shí)模塊不接受外部指令和數(shù)據(jù)。BF=0時(shí)，模塊為準(zhǔn)備狀態(tài)，隨時(shí)可接受外部指令和數(shù)據(jù)。</p><p>　　利用STATUS READ指令，可以將BF讀到DB7總線，從檢驗(yàn)?zāi)K之工作狀態(tài)。</p><p>　　4顯示控制觸發(fā)器DFF</p><p>　　此觸發(fā)器是用于模塊屏幕

90、顯示開和關(guān)的控制。DFF=1為開顯示（DISPLAY OFF），DDRAM的內(nèi)容就顯示在屏幕上，DFF=0為關(guān)顯示（DISPLAY OFF）。</p><p>　　DDF的狀態(tài)是指令DISPLAY ON/OFF和RST信號控制的。</p><p><b>　　5．XY地址計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　XY地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)9位計(jì)數(shù)器。高3位

91、是X地址計(jì)數(shù)器，低6位為Y地址計(jì)數(shù)器，XY地址計(jì)數(shù)器實(shí)際上是作為DDRAM的地址指針，X地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的頁指針，Y地址計(jì)數(shù)器為DDRAM的Y地址指針。</p><p>　　X地址計(jì)數(shù)器是沒有記數(shù)功能的，只能用指令設(shè)置。</p><p>　　Y地址計(jì)數(shù)器具有循環(huán)記數(shù)功能，各顯示數(shù)據(jù)寫入后，Y地址自動加1，Y地址指針從0到63。</p><p>　　6顯示數(shù)據(jù)R

92、AM（DDRAM）</p><p>　　DDRAM是存儲圖形顯示數(shù)據(jù)的。數(shù)據(jù)為1表示顯示選擇，數(shù)據(jù)為0表示顯示非選擇。DDRAM與地址和顯示位置的關(guān)系見DDRAM地址表。</p><p><b>　　7Z地址計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　Z地址計(jì)數(shù)器是一個(gè)6位計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)器具備循環(huán)記數(shù)功能，它是用于顯示行掃描同步。當(dāng)一行掃描完成，此地址

93、計(jì)數(shù)器自動加1，指向下一行掃描數(shù)據(jù)，RST復(fù)位后Z地址計(jì)數(shù)器為0。</p><p>　　Z地址計(jì)數(shù)器可以用指令DISPLAY START LINE預(yù)置。因此，顯示屏幕的起始行就由此指令控制，即DDRAM的數(shù)據(jù)從哪一行開始顯示在屏幕的第一行。此模塊的DDRAM共64行，屏幕可以循環(huán)滾動顯示64行。</p><p>　　8 12864LCD的指令系統(tǒng)及時(shí)序</p><p&

94、gt;　　該類液晶顯示模塊（即KS0108B及其兼容控制驅(qū)動器）的指令系統(tǒng)比較簡單，總共只有七種。其指令表如表2所示：</p><p>　　表2：12864LCD指令表</p><p>　　各功能指令分別介紹如下。</p><p>　?。?）顯示開/關(guān)指令 </p><p>　　當(dāng)DB0＝1時(shí)，LCD顯示RAM中的內(nèi)容；DB0＝0時(shí)，關(guān)閉顯示

95、。</p><p>　　（2）顯示起始行（ROW）設(shè)置指令</p><p>　　該指令設(shè)置了對應(yīng)液晶屏最上一行的顯示RAM的行號，有規(guī)律地改變顯示起始行，可以使LCD實(shí)現(xiàn)顯示滾屏的效果。</p><p>　　（3）頁（PAGE）設(shè)置指令</p><p>　　顯示RAM共64行，分8頁，每頁8行。</p><p>　?。?/p>

96、4）列地址（Y Address）設(shè)置指令</p><p>　　設(shè)置了頁地址和列地址，就唯一確定了顯示RAM中的一個(gè)單元，這樣MPU就可以</p><p>　　用讀、寫指令讀出該單元中的內(nèi)容或向該單元寫進(jìn)一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。</p><p><b>　?。?）讀狀態(tài)指令</b></p><p>　　該指令用來查詢液晶顯示模塊內(nèi)部

97、控制器的狀態(tài)，各參量含義如下：</p><p>　　BUSY：1-內(nèi)部在工作0-正常狀態(tài)</p><p>　　ON/OFF：1-顯示關(guān)閉0-顯示打開</p><p>　　RESET：1-復(fù)位狀態(tài)0-正常狀態(tài)</p><p>　　在BUSY和RESET狀態(tài)時(shí)，除讀狀態(tài)指令外，其它指令均不對液晶顯示模塊產(chǎn)生作用。</p><p

98、>　　在對液晶顯示模塊操作之前要查詢BUSY狀態(tài)，以確定是否可以對液晶顯示模塊進(jìn)行操作。</p><p><b>　?。?）寫數(shù)據(jù)指令</b></p><p><b>　　讀數(shù)據(jù)指令 </b></p><p>　　讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一。必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作

99、，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.2矩陣鍵盤模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　矩陣鍵盤又稱為行列式鍵盤，它是用4條I/O線作為行線，4條I/O線作為列線組成的鍵盤。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這樣鍵盤中按鍵的個(gè)數(shù)是4×4個(gè)。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中

100、I/O口的利用率。</p><p>　　圖4-2為矩陣鍵盤電路圖，行線接P1.0－P1.3，列線接P1.4－P1.7。</p><p>　　圖4-2 矩陣鍵盤電路</p><p>　　4.2.2 軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　1先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。</p><p>　　先從P1口的高四位輸出低電平，低

101、四位輸出高電平，從P1口的低四位讀取鍵盤狀態(tài)。再從P1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。將兩次讀取結(jié)果組合起來就可以得到當(dāng)前按鍵的特征編碼。使用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。</p><p>　　舉例說明如何得到按鍵的特征編碼：</p><p>　　假設(shè)“1”鍵被按下，找其按鍵的特征編碼。</p><p>　　從P1口的高四

102、位輸出低電平，即P1.4－P1.7為輸出口。低四位輸出高電平，即P1.0－P1.3為輸入口。讀P1口的低四位狀態(tài)為“ 1101”，其值為“0DH”。</p><p>　　再從P1口的高四位輸出高電平，即P1.4－P1.7為輸入口。低四位輸出低電平，即P10－P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為“E0H”。</p><p>　　將兩次讀出的P0口狀態(tài)值進(jìn)行邏輯或運(yùn)算就得

103、到其按鍵的特征編碼為“EDH”。</p><p>　　用同樣的方法可以得到其它15個(gè)按鍵的特征編碼。</p><p>　　2、根據(jù)按鍵的特征編碼，查表得到按鍵的順序編碼。</p><p>　　將用上述方法得到的16個(gè)按鍵的特征編碼按圖2按鍵排列的順序排成一張?zhí)卣骶幋a與順序編碼的對應(yīng)關(guān)系表，然后用當(dāng)前讀得的特征編碼來查表，當(dāng)表中有該特征編碼時(shí)，它所在的位置就是對應(yīng)的順

104、序編碼。</p><p><b>　　5系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p><b>　　5.1調(diào)試目標(biāo)</b></p><p>　　系統(tǒng)測試的目的是對最終軟件系統(tǒng)進(jìn)行全面的測試，確保最終軟件系統(tǒng)滿足產(chǎn)品需求并且遵循系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)測試包括功能測試、性能測試、安全測試等。通過調(diào)試可以檢測出設(shè)計(jì)中存在的問題，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的最終要求

105、</p><p><b>　　5.2步進(jìn)電機(jī)調(diào)試</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)調(diào)試目的是為了判斷電機(jī)是否有效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在設(shè)計(jì)要求的目的下實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)對相序控制有著嚴(yán)格的要求，因此在試驗(yàn)的過程中，我首先通過看原理圖確定I/O口得時(shí)序，然后在發(fā)送指令的時(shí)候判斷驅(qū)動器上電機(jī)實(shí)際相序所需要的控制指令

106、，電機(jī)需要一段一段的時(shí)序脈沖來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，因此穩(wěn)定準(zhǔn)確的時(shí)序控制對步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)起到了關(guān)鍵的作用。</p><p>　　在電機(jī)的調(diào)試過程中，電機(jī)能夠按照設(shè)計(jì)要求的按鍵控制來進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn) 。程序經(jīng)過最終的調(diào)試能夠達(dá)到最終的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　圖5-1電機(jī)驅(qū)動實(shí)物</p><p><b>　　5.3液晶調(diào)試</b></p><

107、;p>　　液晶調(diào)試的目的是為了提供一個(gè)清晰的人機(jī)交換的界面，在可以運(yùn)行的環(huán)境條件下實(shí)現(xiàn)電機(jī)的可控操作</p><p>　　通過對液晶進(jìn)行串口發(fā)送數(shù)據(jù)和并口發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)液晶模塊能夠正常的使用，并且在程序中通過對液晶時(shí)序地址的控制能夠正常顯示需要顯示的漢字字符。調(diào)試中液晶顯示的程序指令中需要對時(shí)序?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的控制，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)顯示程序的正常顯示，由于此液晶帶字庫，在使用的時(shí)候漢字顯示能夠直接通過讀取字庫地址讀取漢

108、字。</p><p>　　讀、寫數(shù)據(jù)指令每執(zhí)行完一次讀、寫操作，列地址就自動增一。必須注意的是，進(jìn)行讀操作之前，必須有一次空讀操作，緊接著再讀才會讀出所要讀的單元中的數(shù)據(jù)。</p><p>　　圖5-2人及交互界面實(shí)物</p><p><b>　　5.4鍵盤調(diào)試</b></p><p>　　鍵盤的目的是通過對按鍵的處理來

109、達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，液晶屏幕顯示的目的，在調(diào)試的過程中，通過對具體的按鍵的處理來發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，最終發(fā)現(xiàn)鍵盤接線的錯(cuò)誤，然后通過進(jìn)一步的改進(jìn)從而達(dá)到使用的目的。</p><p>　　通過鍵盤按鍵在調(diào)試的過程中定義按鍵，然后通過鍵盤不斷掃描后確定是否有按鍵按下，如果有的話會在程序中掃描出按鍵的具體位置，從而判斷下一步的操作命令。</p><p>　　使用鍵盤程序的時(shí)候會存在按鍵消抖問

110、題，在處理上采用了通用的延時(shí)消抖程序，能夠準(zhǔn)確確定按鍵。</p><p><b>　　5.5 整體調(diào)試</b></p><p>　　在所有的程序都能夠分模塊實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，將程序整合到一起，最終整體的程序能夠?qū)崿F(xiàn)正常的顯示，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的。</p><p>　　在最后的調(diào)試中按鍵K1通過它實(shí)現(xiàn)屏幕的初始化程序 顯示“歡迎使用”在按下K2鍵之后，

111、屏幕上顯示“山科大馬鑫制作”,在按下K3鍵之后，屏幕上會顯示“步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)”同時(shí)步進(jìn)電機(jī)會啟動自轉(zhuǎn)程序，在按下K4鍵之后屏幕上會顯示“步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)”同時(shí)會啟用反轉(zhuǎn)程序。復(fù)位鍵之后電機(jī)停止，液晶界面回復(fù)到初始化，通過最后的實(shí)際使用能夠達(dá)到所要實(shí)現(xiàn)的各個(gè)功能，設(shè)計(jì)產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　圖5-3整體實(shí)物 </b></p><p><b>

112、　　六、結(jié)束語</b></p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)課題要求，復(fù)習(xí)了所學(xué)的單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)容，通過查閱大量書籍、專業(yè)網(wǎng)站、論壇等，通過反復(fù)對比，采用技術(shù)較為成熟以及仿真效果的電路。在軟件設(shè)計(jì)方面，一部分參考文獻(xiàn)的已成程序進(jìn)行修改編寫，一部分則是平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累，初步掌握了步進(jìn)電機(jī)控制的基本原理和步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動編程的方法，步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)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

113、系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日增加，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域仍將起到重要作用。根據(jù)課程設(shè)計(jì)的要求和自己通過參考有關(guān)資料，寫好程序流程圖，在程序流程圖的基礎(chǔ)上，根據(jù)芯片的功能寫出相應(yīng)的程序，達(dá)到能夠?qū)崿F(xiàn)所要求的功能的目的。 在寫程序時(shí)，在每條指令后都寫好注釋，以便在程序出錯(cuò)的檢查過程中可以更容易查找得到。  本次畢業(yè)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是理論與實(shí)際的相結(jié)合，不單單只是書上的一條條分離的指令。這次實(shí)驗(yàn)我們學(xué)到了步