【正文】 第 714 腳： D0D7 為 8 位雙向數(shù)據(jù)線。 29 液晶顯示器各種圖形的顯示原理 (1)線段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由 M N 個(gè)顯示單元組成，假設(shè) LCD 顯示屏有 64行，每行有 128 列，每 8 列對應(yīng) 1 字節(jié)的 8 位，即每行由 16 字節(jié)，共 16 8=128 個(gè)點(diǎn)組成，屏上 64 16 個(gè)顯示單元與顯示 RAM 區(qū) 1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。 [17] 27 圖 AT89C51 最小系統(tǒng)電路 采用的是 AT89C51 芯片，它內(nèi)部自帶 4K 的 FLASH 程序存儲器，一般情況下，這 4K的存儲空間足夠我們使用，所以我們將 AT89C51芯片的第 31 腳固定接高電平（ PCB 畫板時(shí)已經(jīng)接死），所以我們只用芯片內(nèi)部的 4K 程序存儲器。 1 EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時(shí)顯示轉(zhuǎn)速度狀態(tài)。 由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能，還可設(shè)計(jì)大量的外圍電路，鍵盤作為 20 一個(gè)外部中斷源，和單片機(jī)端口連接，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次 、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。因此，常把單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電路稱之為可編程步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器?？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 。由于能夠開環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。在小步距情況下，通?？梢栽诔退傧赂咿D(zhuǎn)矩穩(wěn)定運(yùn)行，通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動負(fù)載； 速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 提高了電機(jī)的分辨率 由于減小了步距角、提高了步距的均勻度， ‘ 提高電機(jī)的分辨率 ’ 是不言而喻的。 驅(qū)動器工作在半步狀態(tài) 176。在導(dǎo)通前沿用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。 60 年代受蘇聯(lián)的影響，主要以三相磁阻式步進(jìn)電機(jī)為主。 [3] 圖 13 基于單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)圖 單片機(jī)系統(tǒng) 驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 機(jī)械裝置 外圍電路 控制版面 輸入\輸出 驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 負(fù)載 4 采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過反饋和適當(dāng)?shù)奶幚?，自動給出脈沖鏈，使步進(jìn)電機(jī)每一步響應(yīng)控制信號的命令，從而只要控制策 2 略正確電機(jī)不可能輕易失步。為了得到性能優(yōu)良的控制結(jié)果，出現(xiàn)了很多步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中采用單片機(jī)作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 [1] 此種方案即可為開環(huán)控制，也可閉環(huán)控制。 [2] 采用軟件來產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)的環(huán)型脈沖信號，并用 PLC 中的定時(shí)器來產(chǎn)生速度脈沖信號，這樣就可以省掉專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，降低硬件成本?；旌鲜?步進(jìn)電機(jī)則具備了反 應(yīng)式步進(jìn)電 機(jī)和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，成為工業(yè)自動化等性能要求較高應(yīng)用場合的主流，它剛開始和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一同發(fā)展起來，后來逐步用于替代反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。但是由于串入電阻后，功耗加大，整個(gè)功率驅(qū)動電路的效率較低，僅適合于驅(qū)動小功率步進(jìn)電機(jī)。、整步工作時(shí)為 176。 [10] 細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。電機(jī)的運(yùn)行角度只和每次所給予的脈沖信號強(qiáng)度有關(guān)，而電機(jī)的運(yùn)行速度也只和脈沖信號的頻率有直接關(guān)系?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。如圖 31 所示 : 圖 31 運(yùn)動控制系統(tǒng)組成 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)簡介 在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中運(yùn)動執(zhí)行部件為步進(jìn)電機(jī)?，F(xiàn)在，脈沖分配器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、芯片化，市場上可以買到。AACCCBBBA 一反轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)功能 運(yùn)行模式有單步、連續(xù)和預(yù)置步數(shù)三種； 可以預(yù)置轉(zhuǎn)向或者在運(yùn)行時(shí)改變轉(zhuǎn)向； LCD 顯示運(yùn)行速度； 兩個(gè) LED 分別指示電機(jī)轉(zhuǎn)向和運(yùn)行方式； 各種操作共有六個(gè)按鍵來輸入，操作方便； 設(shè)有強(qiáng)制復(fù)位鍵，當(dāng)受到嚴(yán)重干擾，致使 WTD 也失效后，可以通過強(qiáng)制復(fù)位鍵進(jìn)行手動強(qiáng)行復(fù)位； 整個(gè)系統(tǒng)為 +5V 低電壓供電。 1 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在閑置模式下，CPU 停止工作。 (2)液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通?？砂雌滹@示方式分為段式、字符式、點(diǎn)陣式等。 32 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器。 指令 2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址 00H。 (2)字符的顯示 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 6 8 或 8 8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “ 1”，其它的為 “ 0” ，為 “ 1”的點(diǎn)亮，為 “ 0” 的不亮。 由圖并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當(dāng)系統(tǒng)一上電 ,RST 腳將會出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的 RC 值來決定 .典型的 51 單片機(jī)當(dāng) RST 腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位 ,所以 ,適當(dāng)組合 RC 的取值就可以保證可靠的復(fù)位。 1 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。 [15] 主要特性 與 MCS51 兼容； 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器； 壽命：1000 寫 /擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時(shí)間： 10 年； 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz；三級程序存儲器鎖定； 32 可編程 I/O 線 128*8 位內(nèi)部 RAM；兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器； 5 個(gè)中斷源； 1可編程串行通道； 1低功耗的閑置和掉電模式； 1片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)通常采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)總體框架一般包括三部分 :主程序、中斷服務(wù)子程序以及其他相應(yīng)的輔助子程序(包括正轉(zhuǎn)子程序 、反轉(zhuǎn)子程序、鍵盤子程序、 LED 顯示子程序以及延時(shí)子程序 ). 本系統(tǒng)特點(diǎn)與功能 本系統(tǒng)特點(diǎn) 通過對其它步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的分析，結(jié)合設(shè)計(jì)目的，本論文的控制系統(tǒng)采用基于單片機(jī)的控制方案。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。運(yùn)動控制系統(tǒng) 驅(qū)動部件 運(yùn)動執(zhí)行部件 機(jī)械裝置 18 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖 信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速 。 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 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式 (VR)、永磁式 (PM)和混合式 (HB)三大類 。 11 本課題研究的意義是了解單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成，學(xué)習(xí)單片工作原理及其內(nèi)部工作狀態(tài)，并熟悉不同時(shí)刻，單片機(jī)輸入輸出情況；了解步進(jìn)電機(jī)的分類和用途，掌握步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其工作原理，并學(xué)習(xí)使用單片機(jī)簡單控制步進(jìn)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)、加速、減速以及簡單了解國內(nèi)外步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r。 細(xì)分驅(qū)動器工作在 5 細(xì)分狀態(tài) 176。 [7] 自激式恒電流斬波驅(qū)動 圖 16 自激式恒電流斬波驅(qū)動框圖 把步進(jìn)電機(jī)繞組電流值轉(zhuǎn)化為一定比例的電壓，與 D/A 轉(zhuǎn)換器輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，控制功率管的開關(guān)，從而達(dá)到控制繞組相電流的目的。 70 年代末形成了以定子6 個(gè)極、轉(zhuǎn)子 40 齒的三相磁阻式電動機(jī)為主，另外還有定子 10 個(gè)極、轉(zhuǎn)子 100 齒的五相磁阻式電動機(jī)等共存的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用局面。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能，還可設(shè)計(jì)大量的外圍電路，鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。 PLC 也叫可編程控制器，是一種工業(yè)上用的計(jì)算機(jī)。 因此本文的研究內(nèi)容就是設(shè)計(jì)一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，可靠性高的，能夠有機(jī)地把電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、電機(jī)的控制技術(shù)結(jié)合起來步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)與控制電路、功率放大驅(qū)動電路組成一體，構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。采用軟件環(huán)形分配器占用 PLC 資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)大于 4 時(shí)，對于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以考慮。在其發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了多種類型步進(jìn)電機(jī)，按照基本的構(gòu)造和工作原理可分為三大類型即磁阻式、永磁式和混合式。當(dāng) In 為低電平時(shí)，三極管截止，繞組無電流通過。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。 10 從上表可以看出：步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了，如驅(qū)動器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為 ‘ 電機(jī)固有步距角 ’ 的十分之一，也就是說： ‘ 當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動 176。 第四章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，先提出框架，然后分別闡述單片機(jī)端 12 口分配、外圍電路、驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運(yùn)動控制系統(tǒng)能接受的電信號，運(yùn)動控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動作。它具有輸入脈沖與電機(jī)軸轉(zhuǎn)角成比例的特征，將脈沖信號轉(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。 (2)雙相三拍方式 (按雙相繞組施加電流脈沖 ):ABBCCA 一正轉(zhuǎn) 。 為了達(dá)到以上特點(diǎn)，除了核心控制部件采用單片機(jī)外，在其它硬件的設(shè)計(jì)上也有一些綜合的考慮。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳 25 兩個(gè) 機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)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。 (4)功耗低 相對而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 (3)引腳功能說明 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 2 所示 : 表 引腳接口說明表 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源。 指令 4：顯示開關(guān)控制。 (3)漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5??右邊為 6??根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加 1，送第二個(gè)字 30 節(jié)，換行按列對齊，送第三個(gè)字節(jié) ?? 直到 32B 顯示完就可以 LCD上得到一個(gè)完整漢字。 外圍電路設(shè)計(jì) 顯示電路 — LCD1602 優(yōu)點(diǎn) 28 (1)顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 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。而且可以做到人機(jī)交換，使控制更加的直觀和方便，各種運(yùn)行狀態(tài)也都有相應(yīng)的指示，使操作者隨時(shí)都能對電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行方便 21 的了解。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。不同的控制方案，步進(jìn)控制器、驅(qū)動器也有不同的類型。 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。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (簡稱 VR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)