【正文】 的接口上，通過查詢端口信號(hào)來動(dòng)作， 將控制信號(hào)處理 。 二是 3 個(gè) LED 發(fā)光二極管的顯示 步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài) 模塊。在設(shè)計(jì)要求中步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)是紅燈亮，反轉(zhuǎn)是黃燈亮，停止不轉(zhuǎn)是綠燈亮。 設(shè)計(jì)中 將 3 個(gè)發(fā)光二極管 分別 接到單片機(jī)P3 口，受到單片機(jī)的 輸出信號(hào)控制 。 三是步進(jìn)電機(jī)的工作模塊。 要想步進(jìn)電機(jī)按照我們想要的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，將步進(jìn)電機(jī)一端接到 +12V 的電源，一端接到單片機(jī) P3 口，受單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。 四是 4 位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。設(shè)計(jì)中主要是利用軟件編程的算法來實(shí)現(xiàn)步數(shù)的累計(jì)和顯示，同樣， 4 位數(shù)碼管接到單片機(jī)的 P0 口和 P2 口受單片機(jī)輸出信號(hào)的控制 ，在硬件上使用的是動(dòng)態(tài)顯示的接法。 由此可知所需要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，可以通過不同按鍵來選擇步進(jìn)電機(jī)的工作方式，且有LED 發(fā)光二極管來顯示電機(jī)對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)，除此之外還能在數(shù)碼管上顯示出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 3 動(dòng)的步數(shù)。 總體設(shè)計(jì)框圖 此系統(tǒng)主要由單片機(jī)、 步進(jìn) 電機(jī)、步數(shù)顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。 整體框圖如圖 1。 圖 1 系統(tǒng)整體框圖 80 C 51 單片機(jī)核心控制LED 數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊步進(jìn)電機(jī)工作模塊按鍵選擇工作狀態(tài)模塊LED 顯示工作狀態(tài)模塊廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 4 3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說明 步進(jìn)電機(jī) 控制工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)通過輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖總數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路是根據(jù)單片機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)進(jìn)行工作。因此，單片機(jī)通過向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送控制信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制 。 如圖 2 所示， 開始時(shí)，開關(guān) SB 接 通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 D、A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。 當(dāng)開關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD斷開時(shí)，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)， 4 號(hào)齒和 C 相繞組的磁極對(duì)齊。而 0、 3 號(hào)齒和 A、 B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(dòng)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轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。 圖 2 步進(jìn)電機(jī)工 作原理圖 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 5 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂? 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性 ,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感 ,即振動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 ,減小振動(dòng) ,可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角 ,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí) ,為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸 ,使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制 如果給定工作方式正序換相通電 ,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為四 相 八 拍 ,即 AABBBCCCDDDAA。如果按反序通電換相 ,即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。 步數(shù)顯示模塊原理 步數(shù)顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都是通過單片機(jī)輸出信號(hào)控制發(fā)光二極管 LED 的亮滅。其中步數(shù)顯示模塊中 LED 構(gòu)成數(shù)碼管，要求顯示 4 位十進(jìn)制數(shù)，故用到 4 位數(shù)碼管。要控制多位的顯示電路，需要有字段控制和字位控制。控制方式分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式，每一位的顯示器都需要配一個(gè) 8 位輸出口來輸出該字位的七段碼，需要片外擴(kuò)展輸出口。而動(dòng)態(tài)顯示方式將各數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)字段的引腳都并聯(lián) 在一起，線路簡(jiǎn)單，減少接口，不需片外擴(kuò)展。這里選用動(dòng)態(tài)顯示方式。 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 6 4 硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總原理圖 圖 3 系統(tǒng)總原理圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求用 PROTEUS 所做的硬 件連線圖如圖 3。 各 部分 硬件 原理圖 設(shè)計(jì) 單片機(jī) 控制模塊 單片機(jī)選用最經(jīng)典的 80C51， 其 4 個(gè) I/O 口都要用到， P3 接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及工作狀態(tài)顯示模塊， P0 和 P2 分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選， P1 接工作狀態(tài)控制電路 ,，時(shí)鐘用內(nèi)部方式需外接晶體振蕩器 。 硬件圖如圖 4 所示。 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 4 單片機(jī)模塊原理圖 此設(shè)計(jì)中接的是 12MHZ 的晶振，故一個(gè)機(jī)器周期為 1/12us。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與晶振一起的兩個(gè)電容設(shè)為 15PF。 單片機(jī)的 VCC 和 GROUD 都隱藏了，已自動(dòng)接好， VCC 應(yīng)設(shè)為 +5V。 按鍵選擇工作狀態(tài) 模塊 5 個(gè)按鍵開關(guān)一端通過電阻接高電平 ，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對(duì)應(yīng)也接到單片機(jī)的 P1 口分別為 ~。當(dāng)開關(guān)斷開，就是輸入到單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口高電平，而開關(guān)閉合，是使端口接地，輸入低電平。 所以這個(gè)設(shè)計(jì)中開關(guān)斷開時(shí)才是有效的。 各按鍵功能： （ 1） SW11~SW13 為工作模式控制開關(guān)， SW11 接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)單 四 拍工作模式；SW12 接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)雙 四 拍工作模式； SW13 接電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作模式為 四 相 八 拍。 （ 2） SW14 為啟 /?？刂崎_關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。 （ 3） SW1 為正 /反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 8 圖 5 按鍵模塊原理圖 步進(jìn)電機(jī) 工作 模塊 將 四相步進(jìn)電機(jī)四 個(gè)端口直接接到單片機(jī) ~ 即可，另 兩 個(gè)端口接到 +12V 的高電平給步進(jìn)電機(jī)供電。只需在軟件編寫上控制算法便可以調(diào)節(jié)這 四 個(gè)端口的高低電平來控制步進(jìn)電機(jī)的開啟與停止，正反轉(zhuǎn)以及工作模式。步進(jìn)電機(jī)硬件接線圖如圖 6 所示。 圖 6 步進(jìn)電機(jī)模塊原理圖 工作狀態(tài)顯示模塊 LED 發(fā)光二極 管 顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機(jī)的 ~。 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 9 圖 7 工作狀態(tài)顯示模塊原理圖 4 位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊 LED 數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。 通 過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū) 動(dòng)。 P0 口和 P2 口的前四個(gè)分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，如圖 8所示，這里主要是由軟件算法來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的控制。 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 10 圖 8 數(shù)碼管顯示模塊原理圖 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 11 開始 數(shù)碼管顯示清零 啟動(dòng)？ 選擇工作模式 正轉(zhuǎn)？ b 賦予正向指針增量 b 賦予反向指針增量 紅燈亮 黃燈亮 P3 輸出控制模塊使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) P1 口改變？ 步數(shù)自增一 調(diào)用步數(shù)顯示程序 綠燈亮 N N N Y Y Y 5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 廣東藥學(xué)院電子信息工程 課程設(shè)計(jì)說明書 12 圖 9 系統(tǒng)總流程圖 設(shè)計(jì)說明：首先是數(shù)碼管顯示清零，單片機(jī)再讀入 P1 口輸入的按鍵狀態(tài)，先判斷是否啟動(dòng)，如果沒有啟動(dòng)則是綠燈亮并再判斷，如果啟動(dòng)了，就接著判斷所需的電機(jī)工作模式，再讀入 P1 口狀態(tài)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出控制信號(hào)為正轉(zhuǎn)紅燈亮，反轉(zhuǎn)黃燈亮，由此可以讓步進(jìn)電機(jī)按照指定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且累計(jì)步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗(yàn) P1 口是否狀態(tài)改變，如果改變則步數(shù)清零重新開始判斷，不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)工作模塊 步進(jìn)