步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、<p>　　專 科 畢 業(yè) 論 文</p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　Stepping motor control system </p><p>　　系（院）名稱： </p><p>　　專業(yè)班級： <

2、/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師職稱： </p><p><b>　　2013年 5月</b></p>&l

3、t;p><b>　　目錄</b></p><p>　　中文摘要、關(guān)鍵詞1</p><p>　　英文摘要、關(guān)鍵詞2</p><p><b>　　引 言3</b></p><p>　　第一章 步進(jìn)電機(jī)概述4</p><p>　　1.1步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)4<

4、/p><p>　　1.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)4</p><p>　　第二章 方案的論證5</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇5</p><p>　　2.2 單片機(jī)的選擇5</p><p>　　2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計5</p><p>　　2.4 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計6<

5、/p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計8</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計思路8</p><p>　　3.2總體設(shè)計框圖8</p><p>　　3.3單片機(jī)系統(tǒng)9</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)概述9</p><p>　　3.3.2 AT89S52單片機(jī)10</p>

6、;<p>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)15</p><p>　　3.4.1 步進(jìn)電機(jī)概述15</p><p>　　3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的特性16</p><p>　　3.4.3 步進(jìn)電機(jī)的種類16</p><p>　　3.4.4 永磁步進(jìn)電機(jī)的控制17</p><p>　　3.4.5 與直流電機(jī)的比較

7、19</p><p>　　3.5 外圍電路設(shè)計及分析21</p><p>　　3.5.1 鍵盤控制電路21</p><p>　　3.5.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路23</p><p>　　3.5.3 LED數(shù)碼顯示電路24</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖26</p><p>

8、;　　3.7 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實物圖27</p><p>　　第四章 軟件設(shè)計28</p><p>　　4.1 程序設(shè)計思路28</p><p>　　4.2程序流程圖28</p><p>　　4.2.1 主程序流程圖28</p><p>　　4.2.2 讀鍵盤子程序流程圖29</p><

9、p>　　4.2.3 鍵盤處理子程序流程圖30</p><p>　　4.2.4 電機(jī)控制中斷程序流程圖30</p><p>　　4.2.5 數(shù)碼顯示中斷程序流程圖31</p><p>　　第五章 調(diào)試與改進(jìn)33</p><p>　　5.1 調(diào)試與改進(jìn)33</p><p>　　5.2 運(yùn)行結(jié)果34<

10、/p><p><b>　　結(jié) 論35</b></p><p><b>　　致 謝36</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)37</b></p><p><b>　　附錄138</b></p><p><b>

11、;　　附錄239</b></p><p><b>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　摘 要：隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機(jī)、電動玩具等消費(fèi)類產(chǎn)品以及數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等機(jī)電產(chǎn)品中，其在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。研究步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義

12、。</p><p>　　本控制系統(tǒng)的設(shè)計，由硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分組成。其中，硬件設(shè)計主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、鍵盤控制模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊等功能模塊的設(shè)計，以及硬件電路在電路板上的實現(xiàn)。軟件設(shè)計包括主程序以及各個模塊的控制程序，最終實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制，并且將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度動態(tài)顯示在LED數(shù)碼管上。本系統(tǒng)具有智能性、實用性及可靠性的特點(diǎn)。</p><p&

13、gt;　　關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)、單片機(jī)、轉(zhuǎn)速控制、方向控制</p><p>　　Stepping motor control system </p><p>　　Abstract：With the development of microelectronics and computer technology, stepping motor demand grows day by day,

14、it is widely used in the printer, electric toys consumer products and NC machine tools, industrial robots, medical equipment and other mechanical and electrical products, the national economy in various fields have appli

15、cation. The stepping motor control system, to improve the control accuracy and response speed, save energy and so on all has the important meaning.</p><p>　　The design of the control system, the hardware des

16、ign and software design of two parts. Among them, the hardware design includes single chip microcomputer minimum system, the keyboard control module, stepping motor drive module, digital display module function module de

17、sign, and hardware circuit in the realization of the circuit board. Software design including the main program and each module control program, and ultimately realize the stepping motor rotation direction and rotational

18、speed cont</p><p>　　Key words：Stepping motor; single-chip microcomputer; speed control;direction control </p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進(jìn)電機(jī)

19、可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動，使用非常方便。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電動機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機(jī)繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于

20、單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟動、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)已成為除直流電動機(jī)和交流電動機(jī)以外的第三類電動機(jī)。傳統(tǒng)電動機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。</p><p>　　第一章 步進(jìn)電機(jī)概述<

21、/p><p>　　1.1步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(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)致力矩下降乃至于失步，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)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。&

22、lt;/p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；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>　　步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個技術(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

23、脈沖頻率高于該值，電機(jī)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>　　1.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>　　設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有以下功能：</p><p>　　1. 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂?lt

24、;/p><p>　　2．步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制</p><p>　　3. 步進(jìn)電機(jī)的加速控制</p><p>　　4. 步進(jìn)電機(jī)的減速控制</p><p>　　5. 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的動態(tài)顯示</p><p><b>　　第二章 方案的論證</b></p><p>　　2.1 步進(jìn)電

25、機(jī)的選擇</p><p>　　方案一：選擇反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（VR）。</p><p>　　采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。</p><p>　　方案二：選擇永磁式步進(jìn)電動機(jī)（PM）。</p><p>　　轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的

26、吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動步的角度一般是7.50。它的出力大，動態(tài)性能好；但步距角一般比較大。</p><p>　　方案三：選擇混合步進(jìn)電動機(jī)（HB）。</p><p>　　這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)，在計算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。<

27、;/p><p>　　由于永磁式步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)性能比較好，而且結(jié)構(gòu)相對比較簡單，價格適中，是電子業(yè)余愛好者中常用的步進(jìn)電機(jī)。故在此選用永磁式步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　2.2 單片機(jī)的選擇</p><p>　　方案一：選擇ARM7TDMI S3C44BOX單片機(jī)</p><p>　　S3C44BOX單片機(jī)包含ARM7TDMI處理器。ARM7TD

28、MI處理器是ARM公司通用的32位微處理器家族的成員之一，是一種高性能、廉價、低功耗的RISC處理器，同時又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。</p><p>　　方案二：選擇AT89S52單片機(jī)</p><p>　　AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only M

29、emory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。</p><p>　　由于AT89S52的結(jié)構(gòu)簡單、價格適中、高性能，故在此選擇AT89S52單片機(jī)。</p><p>　　2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計</p><

30、p>　　方案一：使用多個功率放大器件驅(qū)動電路</p><p>　　通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對四路信號分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時運(yùn)行起來會不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。</p><p>　　方案二：使用ULN2803八NPN達(dá)林頓連接晶體管驅(qū)

31、動電機(jī)</p><p>　　ULN2803八NPN達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)錘和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。ULN2803的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。</p><p>　　由于ULN2803八NPN達(dá)林頓連

32、接晶體管的結(jié)構(gòu)簡單而且能為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號，進(jìn)而將脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，從而能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。故選擇ULN2803八NPN達(dá)林頓連接晶體管作為所需單片機(jī)。</p><p>　　2.4 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計</p><p>　　方案一：共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就

33、導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高電平時則不點(diǎn)亮。</p><p>　　方案二：共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時則不點(diǎn)亮。在本設(shè)計中所采用的是共陽極LED數(shù)碼顯示器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-12所示：</p><p>　　圖2-12 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖</p>

34、<p>　　在本設(shè)計中，數(shù)碼顯示電路通過交替向P2.6和P2.7輸出低電平，使得與這兩個端口連接的三極管交替導(dǎo)通，從而為數(shù)碼管提供電源，也實現(xiàn)了數(shù)碼管的動態(tài)掃描。通過P1口輸出段選信號，控制了數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。</p><p>　　第三章 硬件電路設(shè)計</p><p>　　3.1 硬件設(shè)計思路</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)共分為四個模塊：單片機(jī)

35、最小系統(tǒng)模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)碼顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)主要由復(fù)位電路和時鐘電路組成。復(fù)位電路為單片機(jī)系統(tǒng)提供可靠復(fù)位，使單片機(jī)能正常啟動。時鐘電路采用外部時鐘方式，保證單片機(jī)個功能部件都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作。</p><p>　　鍵盤控制模塊包括啟停鍵、方向控制鍵、加速鍵和減速鍵，分別與單片機(jī)的P2.0、p2.1、p2.2和

36、P2.3相連。實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。并且鍵盤上連接有發(fā)光二極管，以指示鍵盤狀態(tài)。</p><p>　　數(shù)碼顯示模塊采用共陽極數(shù)碼管來動態(tài)顯示步進(jìn)電機(jī)的實際轉(zhuǎn)動速度。利用三極管為數(shù)碼管的com端提供高電平。單片機(jī)的P1口提供數(shù)碼管的段選信號，P2.6和P2.7控制數(shù)碼管的位選信號。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊選用八NPN達(dá)林頓連接晶體管2803為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)

37、動。該模塊與單片機(jī)的P3.4—P3.7相連。</p><p><b>　　3.2總體設(shè)計框圖</b></p><p>　　總體設(shè)計框圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1總體設(shè)計框圖 </p><p><b>　　說明如下：</b></p><p>　　1.單片機(jī)接

38、受鍵盤信息，改變系統(tǒng)內(nèi)部變量值。</p><p>　　2.單片機(jī)輸出脈沖信號，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　3.單片機(jī)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)實際轉(zhuǎn)動值，控制數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　3.3單片機(jī)系統(tǒng)</b></p><p>　　3.3.1 單片機(jī)概述</p><p>　　目前，單片

39、機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。 </p><p>　　近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)步，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。CMOS芯片除了低功耗特性之外，還具有功耗的可控性，使單片機(jī)可以工作在功耗精細(xì)管理狀態(tài)。這也是今后以80C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。因為單片機(jī)芯片多數(shù)是采用

40、CMOS（金屬柵氧化物）半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。CHMOS和HMOS工藝的結(jié)合。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。因而，在單片機(jī)領(lǐng)域CMOS正在逐漸取代TTL電路。 </p&g

41、t;<p>　　隨著半導(dǎo)體集成工藝的不斷發(fā)展，單片機(jī)的集成度將更高、體積將更小、功能將列強(qiáng)。在單片機(jī)家族中，8051系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS –51系列中的8051內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、At mel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與8051單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了8051的許多特性。這樣，8051就變成有眾多制造廠商支持的、發(fā)展

42、出上百品種的大家族，現(xiàn)統(tǒng)稱為8051系列。8051單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。專家認(rèn)為，雖然世界上的MCU品種繁多，功能各異，開發(fā)裝置也互不兼容，但是客觀發(fā)展表明，8051可能最終形成事實上的標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片。</p><p>　　單片機(jī)是微型機(jī)的一個主要分支，在結(jié)構(gòu)上的最大特點(diǎn)是把CPU、存儲器、定時器和多種輸入/輸出接口電路集成在一塊超大規(guī)模集成電路芯片上。就其組成和功能而言，一塊單片機(jī)芯片就是一臺計算機(jī)。

43、</p><p>　　單片機(jī)是通過內(nèi)部總線把計算機(jī)的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；/數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應(yīng)答信號線等。</p><p>　　單片機(jī)作為計算

44、機(jī)發(fā)展的一個重要領(lǐng)域，應(yīng)用一個較科學(xué)的分類方法。根據(jù)目前發(fā)展情況，從不同角度單片機(jī)大致可以分為通用型/專用型、總線型/非總線型及工控型/家電型。 </p><p>　　由于單片機(jī)具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，它已成為科技領(lǐng)域的有力工具，人類生活的得力助手。它的應(yīng)用遍及各個領(lǐng)域 ，單片機(jī)已成為計算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。另一方面，單片機(jī)應(yīng)用的重要意義還在于，它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設(shè)計思想和設(shè)計方法。從前必須由模擬電路

45、或數(shù)字電路實現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實現(xiàn)了。這種軟件代替硬件的控制技術(shù)也稱為微控制技術(shù)，是傳統(tǒng)控制技術(shù)的一次革命。</p><p>　　3.3.2 AT89S52單片機(jī)</p><p>　　8051是早期的最典型的代表作，由于MCS-51單片機(jī)影響極深遠(yuǎn)，許多公司都推出了兼容系列單片機(jī)，就是說MCS-51內(nèi)核實際上已經(jīng)成為一個8位單片機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。</p>

46、<p>　　很多公司的51單片機(jī)產(chǎn)品都是和MCS-51內(nèi)核兼容的產(chǎn)品。同樣的一段程序，在各個單片機(jī)廠家的硬件上運(yùn)行的結(jié)果都是一樣的，如ATMEL的89S52， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（華邦）等，我們常說的89S52指的是ATMEL公司的 AT89S52單片機(jī)，同時是在原基礎(chǔ)上增強(qiáng)了許多特性，如時鐘，更優(yōu)秀的是由Flash（程序存儲器的內(nèi)容至少可以改寫1000次）存儲器取帶了原來的ROM（一次性寫入），AT8

47、9S52的性能相對于8051已經(jīng)算是非常優(yōu)越的了。</p><p>　　AT89S52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。它的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令

48、集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89S52是一種高效微控器， AT89S52單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。</p><p>　　圖2-2 AT89S52引腳圖</p><p>　　單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖為如圖2-3所示：</p><p>　　圖2-3單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p>

49、<p><b>　　1．主要特性：</b></p><p>　　?與MCS-51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 </p><p>　　?8K字節(jié)可編程flash存儲器 </p><p>　　?壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　?全靜態(tài)工作：0Hz-33Hz</p><p>　　?三級加密程

50、序存儲器</p><p>　　?256*8位內(nèi)部RAM</p><p>　　?32可編程I/O線</p><p>　　?三個16位定時器/計數(shù)器</p><p><b>　　?八個中斷源 </b></p><p>　　?全雙工UART串行通道</p><p>　　?低功耗空

51、閑和掉電模式</p><p><b>　　?看門狗定時器</b></p><p><b>　　?雙數(shù)據(jù)指針</b></p><p><b>　　2．管腳說明：</b></p><p><b>　　VCC：供電電源。</b></p><p

52、><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。</p><p>

53、;　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 </p><p>　　P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部

54、上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。</p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部

55、上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。</p><p>　　P3口也可作為AT89S52的一些特殊功能口，如表2-1所示：</p><p>　　表2-1 P3口的部分功能口</p><p>　　P3口同時為閃爍編程和編

56、程校驗接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位信號輸入端。當(dāng)單片機(jī)運(yùn)行時，在此引腳加上持續(xù)時間大于兩個機(jī)器周期的高電平是，就可以完成復(fù)位操作。下圖所示的復(fù)位電路兼有上電復(fù)位和按鈕復(fù)位的雙重功能，并且在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對地阻抗，增強(qiáng)了復(fù)位電路的抗干擾能力，二極管的起到快速泄放電容電量的作用，滿足短時間多次復(fù)位操作的需求。</p><p><b>

57、;　　圖2-4 復(fù)位電路</b></p><p>　　ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH

58、地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。</p><p>　　/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。</p><p>　　/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則

59、在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。</p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。</p><p>　　XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 </p>

60、<p>　　晶體震蕩器電路如圖2-5所示，</p><p>　　圖2-5晶體震蕩器電路圖</p><p><b>　　3．振蕩器特性：</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)

61、部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　4．芯片擦除：</b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須

62、被執(zhí)行。</p><p>　　此外，AT89S52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。</p><p>　　因此在本次設(shè)計中用AT89S52來作為該系統(tǒng)的核心處理芯片。</p

63、><p><b>　　如圖2-6：</b></p><p>　　圖2-6 AT89S52外圍電路圖</p><p><b>　　3.4 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　3.4.1 步進(jìn)電機(jī)概述</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件

64、，它實際上是一種單相或多相同步電動機(jī)。單相步進(jìn)電動機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動。多相步進(jìn)電動機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動，用途很廣。　</p><p>　　使用多相步進(jìn)電動機(jī)時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動機(jī)各相繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過一定的角度（稱為步距角）。</p>&

65、lt;p>　　正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。</p><p>　　3.4.2 步進(jìn)電機(jī)的特性</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動使用的是脈沖信號，而脈沖是數(shù)字信號，這恰是計算機(jī)所擅長處理的數(shù)據(jù)類型。

66、從20世紀(jì)80年代開始開發(fā)出了專用的IC驅(qū)動電路，今天，在打印機(jī)、磁盤器等的OA裝置的位置控制中，步進(jìn)電機(jī)都是不可缺少的組成部分之一?？傮w上說，步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1．不需要反饋，控制簡單。</p><p>　　2．與微機(jī)的連接、速度控制（啟動、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動電路的設(shè)計比較簡單。</p><p>　　3．沒有角累積誤差。</p>

67、<p>　　4．停止時也可保持轉(zhuǎn)距。</p><p>　　5．沒有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價較低。</p><p>　　6．即使沒有傳感器，也能精確定位。</p><p>　　7．根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動。但是，這種電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)。</p><p>　　8．難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩</p>&

68、lt;p>　　9、不宜用作高速轉(zhuǎn)動</p><p>　　10．在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。</p><p>　　11．超過負(fù)載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。</p><p>　　3.4.3 步進(jìn)電機(jī)的種類</p><p>　　目前常用的步進(jìn)電機(jī)有三類：</p><p>　　1、反應(yīng)式步進(jìn)電動

69、機(jī)（VR）。</p><p>　　采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，但動態(tài)性能相對較差。</p><p>　　2、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（PM）。</p><p>　　轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動步的角度一般是7.50。它的出力大，動態(tài)性能好；但步距角一般比

70、較大。</p><p>　　3、混合步進(jìn)電動機(jī)（HB）。</p><p>　　這是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)，在計算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。</p><p>　　3.4.4 永磁步進(jìn)電機(jī)的控制</p>&

71、lt;p>　　在本設(shè)計中，我們以常用的永磁式步進(jìn)電機(jī)為例。來介紹如何用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。圖2-7是35BY型永磁步進(jìn)電機(jī)的外形圖，圖2-8是該電機(jī)的接線圖。</p><p>　　圖2-7 35BY型永磁步進(jìn)電機(jī)外形圖 圖2-8 35BY型永磁步進(jìn)電機(jī)接線圖</p><p>　　從圖中可以看出，電機(jī)共有四組線圈，四組線圈的一個端點(diǎn)連在一起引出，這樣一共有 5根引出線。要使用

72、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將 COM 端標(biāo)識為C，只要 AC、AC、BC、B C，輪流加電就能驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將 COM 端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管） ，將 A、 A、B、B輪流接地。表2-2 列出了該電機(jī)的一些典型參數(shù)：</p><p>　　表2-2 35BY型永磁步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　有了這些參數(shù)，不難設(shè)計出控制電路

73、，因其工作電壓為 12V，最大電流為 0.26A，因此用一塊開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動器（ULN2803）作為驅(qū)動，通過 P3.4~P3.7來控制各線圈的接通與切斷。開機(jī)時，P3.4~P3.7 均為高電平，依次將 P3.4~P3.7 切換為低電平即可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變?yōu)楦唠娖?。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。改變轉(zhuǎn)速，只要改變 P3.4~P3.

74、7輪流變低電平的時間即可達(dá)到要求，這個時間不應(yīng)采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這里以定時的方式來實現(xiàn)。下面首先計算一下定時時間。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為 20 轉(zhuǎn)/分，而上述步進(jìn)電機(jī)的步距角為 7.5，即每 48 個脈沖為 1 周，即在最低轉(zhuǎn)速時，要求為960脈沖/分，相當(dāng)于 62.5ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時，要求為 100轉(zhuǎn)/分，即 48000 脈沖/分，相當(dāng)于 12.5ms/脈沖?？梢粤谐鱿卤恚?</p>&

75、lt;p>　　表2-3 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系 </p><p>　　表中不僅計算出了 TH1和 TL1，而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。 表中 TH1 和TL1 是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是 11.0592M。有了上述表格，程序就不難實現(xiàn)了，使用定時/計數(shù)器 T0為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。<

76、/p><p>　　3.4.5 與直流電機(jī)的比較</p><p>　　輸出或輸入為直流電能的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，稱為直流電機(jī)，它是能實現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在此我們只討論直流電動機(jī)。</p><p>　　1 直流電動機(jī)的分類</p><p>　　直

77、流電機(jī)的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機(jī)可分為下列幾種類型：</p><p><b>　　a．他勵直流電機(jī)</b></p><p>　　勵磁繞組與電樞繞組無聯(lián)接關(guān)系，而由其他直流電源對勵磁繞組供電的直流電機(jī)稱為他勵直流電機(jī)，永磁直流電機(jī)也可看作他勵直流電機(jī)。</p><p><

78、b>　　b．并勵直流電機(jī)</b></p><p>　　并勵直流電機(jī)的勵磁繞組與電樞繞組相并聯(lián)。作為并勵發(fā)電機(jī)來說，是電機(jī)本身發(fā)出來的端電壓為勵磁繞組供電；作為并勵電動機(jī)來說，勵磁繞組與電樞共用同一電源，從性能上講與他勵直流電動機(jī)相同。</p><p><b>　　c．串勵直流電機(jī)</b></p><p>　　串勵直流電機(jī)的勵磁

79、繞組與電樞繞組串聯(lián)后，再接于直流電源。這種直流電機(jī)的勵磁電流就是電樞電流。</p><p><b>　　d．復(fù)勵直流電機(jī)</b></p><p>　　復(fù)勵直流電機(jī)有并勵和串勵兩個勵磁繞組。若串勵繞組產(chǎn)生的磁通勢與并勵繞組產(chǎn)生的磁通勢方向相同稱為積復(fù)勵。若兩個磁通勢方向相反，則稱為差復(fù)勵。</p><p>　　2、直流電動機(jī)的特點(diǎn)</p&g

80、t;<p><b>　　a．調(diào)速性能好</b></p><p>　　所謂“調(diào)速性能”，是指電動機(jī)在一定負(fù)載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。直流電動機(jī)可以在重負(fù)載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。</p><p><b>　　b．起動力矩大</b></p><p>　　可以均勻而經(jīng)

81、濟(jì)地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負(fù)載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機(jī)械，例如大型可逆軋鋼機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、電力機(jī)車、電車等，都用直流電動機(jī)拖動。</p><p><b>　　c．可逆運(yùn)行</b></p><p>　　當(dāng)直流電動機(jī)驅(qū)動電樞繞組在主磁極N、S之間旋轉(zhuǎn)時，電樞繞組上感生出電動勢，經(jīng)電刷、換向器裝置整流為直流后，引向外部負(fù)載（或電網(wǎng)），對外供電，此時直流電動機(jī)可作為直流

82、發(fā)電機(jī)運(yùn)行。</p><p>　　3、直流電動機(jī)的工作原理</p><p>　　大致應(yīng)用了“通電導(dǎo)體在磁場中受力的作用”的原理，勵磁線圈兩個端線同有相反方向的電流，使整個線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉(zhuǎn)動。</p><p>　　要使電樞受到一個方向不變的電轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時地加以變換， 即進(jìn)行所謂“換向”。 為此必

83、須增添一個叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個極下線圈邊中電流始終是一個方向，就可以使電動機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn),這就是直流電動機(jī)的工作原理。</p><p>　　4、直流電動機(jī)的控制</p><p><b>　　a．轉(zhuǎn)動方向控制</b></p><p>　　轉(zhuǎn)動方向控制有兩種方法：1、改變磁場方向；2、改變電流方向（即改變電源的正負(fù)極）。<

84、;/p><p><b>　　b．轉(zhuǎn)速控制</b></p><p>　　直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=(U-IR)/Kφ 。其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻，φ為每極磁通量，K為電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。</p><p>　　直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時受到磁飽和限制，高速時受到換向火花和

85、換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵磁線圈電感較大動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過多種途徑實現(xiàn)，其中PWM(脈寬調(diào)制)便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。</p><p>　　PWM調(diào)速控制的基本原理是按一個固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)接通和斷開的時間比(占空比)來改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比&

86、quot;，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時其速度增加，電機(jī)斷電時其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用PWM技術(shù)構(gòu)成的無級調(diào)速系統(tǒng)．啟停時對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為V max，且設(shè)占空比為D=t/T，則電機(jī)的平均速度Va為： VD=VmaxD。 </p><p>　　由公式

87、可知，當(dāng)改變占空比D=t／T時，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格地講，平均速度與占空比D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可將其近似地看成線性關(guān)系。 在直流電機(jī)驅(qū)動控制電路中，PWM信號由外部控制電路提供，并經(jīng)高速光電隔離電路、電機(jī)驅(qū)動邏輯與放大電路后，驅(qū)動H橋下臂MOSFET的開關(guān)來改變直流電機(jī)電樞上平均電壓，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)直流電機(jī)PWM調(diào)速。</p><p>　　3.5

88、 外圍電路設(shè)計及分析</p><p>　　3.5.1 鍵盤控制電路</p><p>　　鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。鍵盤實質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。</p><p>　　一個電壓信號在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為5—10ms；兩次抖

89、動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。</p><p>　　按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。在本設(shè)計中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。<

90、;/p><p>　　為了確保單片機(jī)對一次按鍵動作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動的影響。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。由于硬件消抖電路設(shè)計復(fù)雜，本設(shè)計中沒有采用，在此不再詳細(xì)敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。其原理是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。其原理圖如圖2-9所示：<

91、;/p><p>　　圖2-9鍵盤控制模塊原理圖</p><p>　　3.5.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此需要將脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，我們在這里采用ULN2803為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。</p><p>　　ULN2803八NPN達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如

92、TTL,CMOS或PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)錘和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。ULN2803的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。它的管腳連接圖如圖2-10所示:</p><p>　　圖2-10 ULN2803管腳連接圖</p><p><b>　　其主要特性為：&

93、lt;/b></p><p>　　表2-4 ULN2803主要特性表</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的工作過程是：首先從P3口輸出00010001B，由于單片機(jī)與ULN2803連接只用到了P3.4—P3.7，所以ULN2803與單片機(jī)連接的四個管腳中只有一個管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)，其他管腳處于斷開狀態(tài)。這樣就使得與ULN2803連接的步進(jìn)電機(jī)只有一個引出端導(dǎo)通。通過循環(huán)左移或右移P3

94、口的輸出值，輪流給步進(jìn)電機(jī)各引出端通電，即可實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。設(shè)計如圖2-11</p><p>　　圖2-11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖</p><p>　　3.5.3 LED數(shù)碼顯示電路</p><p>　　發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導(dǎo)體器件，其導(dǎo)電性質(zhì)與普通二極管類似。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用非常普遍

95、。</p><p>　　LED數(shù)碼顯示器是1種由LED發(fā)光二極管組合顯示字符的顯示器件。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：</p><p>　?。?）共陽極接法。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陰極端輸入低電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入高

96、電平時則不點(diǎn)亮。</p><p>　　（2）共陰極接法。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時公共陰極接地。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)陽極端輸入高電平時，段發(fā)光二極管就導(dǎo)通點(diǎn)亮，而輸入低電平時則不點(diǎn)亮。</p><p>　　在本設(shè)計中所采用的是共陽極LED數(shù)碼顯示器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-12所示：</p><p>　　圖2-12 LED數(shù)碼管

97、結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　在本設(shè)計中，數(shù)碼顯示電路通過交替向P2.6和P2.7輸出低電平，使得與這兩個端口連接的三極管交替導(dǎo)通，從而為數(shù)碼管提供電源，也實現(xiàn)了數(shù)碼管的動態(tài)掃描。通過P1口輸出段選信號，控制了數(shù)碼管顯示的內(nèi)容。如圖2-13所示：</p><p>　　圖2-13 數(shù)碼顯示電路</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)電路圖</p>&

98、lt;p>　　通過上述對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計電路如圖2-14所示：</p><p>　　圖2-14 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計電路圖</p><p>　　3.7 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實物圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實物圖如圖2-15所示：</p><p>　　圖2-15 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實物圖<

99、;/p><p><b>　　第四章 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 程序設(shè)計思路</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動、控制數(shù)碼管動態(tài)顯示等任務(wù)，這就必須通過中斷技術(shù)來實現(xiàn)。</p><p>　　在本設(shè)計中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測按鍵動作是否發(fā)

100、生，若有按鍵動作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵值修改相應(yīng)參數(shù)值，實現(xiàn)鍵盤的實時處理功能。定時器0中斷服務(wù)程序控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動：根據(jù)當(dāng)前速度進(jìn)行計算并查表得到T0定時時間常數(shù)，設(shè)置TH0和TL0的值，達(dá)到對轉(zhuǎn)速精確控制的目的；根據(jù)轉(zhuǎn)動方向控制位的值，控制脈沖信號循環(huán)移動的方向，達(dá)到對轉(zhuǎn)動方向控制的目的。定時器1中斷服務(wù)程序用來完成數(shù)碼管動態(tài)顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速的任務(wù)。</p><p><b>　　4.2程序流程圖<

101、/b></p><p>　　4.2.1 主程序流程圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主程序在對整個系統(tǒng)初始化后主要完成讀鍵盤和處理鍵盤的功能，如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖</p><p>　　系統(tǒng)上電復(fù)位后，先調(diào)用初始化子程序，對步進(jìn)電機(jī)各端口，相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置T0、T1工

102、作方式控制字和時間常數(shù)。初始化完成后，步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，T0、T1定時器處于關(guān)閉狀態(tài)。然后循環(huán)調(diào)用讀鍵盤子程序和鍵盤處理子程序，等待中斷，以便實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動控制和轉(zhuǎn)速的動態(tài)顯示。</p><p>　　4.2.2 讀鍵盤子程序流程圖</p><p>　　讀鍵盤子程序流程圖如圖3-2所示：</p><p>　　圖3-2讀鍵盤子程序流程圖</p>&l

103、t;p>　　首先初始化實際鍵值參數(shù)為0FH，然后掃描P2口，與初始值比較，相等則說明沒有鍵按下，不相等則軟件消抖，以便確認(rèn)是否真的有鍵按下。延時10ms后再次掃描P2口，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動產(chǎn)生；如果相等則表明確實有鍵按下。此時保存鍵值到臨時變量。接著第三次掃描鍵盤并與臨時變量比較，若相等則循環(huán)，這是為了確保每一次按鍵只執(zhí)行一次相應(yīng)的處理程序。最后從臨時變量取出鍵值送實際鍵值參數(shù)，為鍵盤處理子程

104、序做準(zhǔn)備。</p><p>　　4.2.3 鍵盤處理子程序流程圖</p><p>　　按鍵處理子程序流程圖如圖3-3所示：</p><p>　　圖3-3鍵盤處理子程序流程圖</p><p>　　鍵盤處理子程序開始時要從存放實際鍵值的參數(shù)中取出剛讀取到的鍵值送到累加器A，依次判斷累加器A的低四位。若檢測到低電平，則說明與該位對應(yīng)的按鍵按下，從而

105、轉(zhuǎn)到相應(yīng)的處理子程序段，完成相應(yīng)的操作，實現(xiàn)相應(yīng)的功能后返回。若沒有檢測到高電平，則返回。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂仆ㄟ^啟停定時器0來實現(xiàn)，因為定時器0控制著脈沖信號的輸出，關(guān)閉定時器0也就阻止了脈沖信號的輸出。</p><p>　　4.2.4 電機(jī)控制中斷程序流程圖</p><p>　　定時器中斷0服務(wù)程序流程圖如圖3-4所示：</p>

106、<p>　　圖3-4定時器中斷0服務(wù)程序流程圖</p><p>　　定時器中斷0服務(wù)程序的中斷時間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速決定。進(jìn)入中斷程序后，首先要保護(hù)現(xiàn)場，再根據(jù)當(dāng)前速度進(jìn)行計算并查表得到T0定時時間常數(shù)，設(shè)置TH0和TL0的值。然后判斷轉(zhuǎn)動方向控制位的值，如果是0則控制脈沖信號循環(huán)左移并輸出，如果是1則控制脈沖信號循環(huán)右移并輸出。最后恢復(fù)現(xiàn)場，返回，等待下次中斷。</p><p>　

107、　通過用當(dāng)前轉(zhuǎn)速控制中斷時間，控制了脈沖的輸出頻率，也就到達(dá)了控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度的目的；通過檢測方向控制位的電平，選擇脈沖信號的循環(huán)左移或循環(huán)右移，控制了步進(jìn)電機(jī)各引出端的接通順序，也就到實現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向的控制。</p><p>　　4.2.5 數(shù)碼顯示中斷程序流程圖</p><p>　　定時中斷1服務(wù)程序流程圖如圖3-5所示：</p><p>　　圖3-5

108、定時中斷1服務(wù)程序流程圖</p><p>　　數(shù)碼顯示中斷程序的定時時間為1ms。進(jìn)入中斷程序后，首先要保護(hù)現(xiàn)場，然后關(guān)閉個位數(shù)碼管，根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)速求出十位與個位的值。查表得到十位的字段碼送P1口，控制十位上的數(shù)碼管顯示。然后延時1ms，接著關(guān)閉十位數(shù)碼管，查表得到個位的字段碼送P1口，控制個位上的數(shù)碼管顯示。最后重新設(shè)置定時時間，恢復(fù)現(xiàn)場并返回。</p><p><b>　　調(diào)試

109、與改進(jìn)</b></p><p><b>　　5.1 調(diào)試與改進(jìn)</b></p><p>　　在系統(tǒng)完成后測試系統(tǒng)，檢查硬件和軟件是否能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對系統(tǒng)出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，看是否能夠達(dá)到系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設(shè)想的效果，如達(dá)不到則重新修改系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)或者修改軟件的程序部分，直到達(dá)到設(shè)計需要為止。</p><p>　　本系統(tǒng)的設(shè)計思路為：

110、首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時進(jìn)行依次完成各個功能模塊，最后將各個模塊聯(lián)系起來完成整個系統(tǒng)。</p><p>　　在硬件調(diào)試的過程中，遇到了很多問題。主要有：</p><p>　　1.設(shè)計好單片機(jī)最小系統(tǒng)后，上電復(fù)位，程序不能正常運(yùn)行，檢查后發(fā)現(xiàn)單片機(jī)的31引腳未接高電平。31腳為內(nèi)外程序存儲器選擇控制端，當(dāng)保持低電平時，只訪問外部程序存儲器，不論是否有內(nèi)部程序存儲器；3

111、1腳保持為高電平時，單片機(jī)優(yōu)先訪問內(nèi)部程序存儲器，PC值超出內(nèi)部程序存儲器最大值時才執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。修改電路板，使單片機(jī)31引腳接上高電平后問題解決。</p><p>　　2.鍵盤設(shè)計完成后，在多次運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)按鍵是否按下難以直觀準(zhǔn)確判斷，在此處進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，為每一個按鍵接上一個發(fā)光二極管，當(dāng)有鍵按下時，相對應(yīng)的發(fā)光二極管變亮，使得按鍵動作形象直觀。</p><p>　　3.

112、LED數(shù)碼管設(shè)計完成后，調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)兩個數(shù)碼管顯示較暗，并伴有閃爍，檢查電路板后發(fā)現(xiàn)，兩個數(shù)碼管的公共端被一小滴焊錫連接在一起，從新焊接數(shù)碼管的公共端后，問題解決。</p><p>　　軟件測試的時候也有些問題，主要有：</p><p>　　1.鍵盤程序段設(shè)計完成后，調(diào)試運(yùn)行，當(dāng)按下加速鍵后，速度迅速增加到最高轉(zhuǎn)速，多次調(diào)試問題沒有解決，最后在老師的幫助下，發(fā)現(xiàn)鍵盤觸發(fā)方式為電平觸發(fā)，增