【文章內(nèi)容簡介】 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。 步進電機主要由以下特性： (1)步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)， 驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止， 如果加入適當?shù)拿}沖信號， 就會 以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。 (2)黑金剛配套的是 28BYJ48 5V 驅(qū)動的 4 相 5線的步進電機而且是減速步進電機，減速比為 1：64，步進角為 。如果需要轉(zhuǎn)動 1 圈，那么需要 360/*64=4096 個脈沖信號。 (3)步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。 (4)改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。 步進電機 28BYJ48型四相八拍電機，電壓為 DC5V— DC12V，步距角度為 ,減速比是 1： 列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ ABCDA。），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB。），八拍（ AABBBCCCDDDAA。） 該步進電機有 5 色外接引線，分別是紅、橙、黃、粉、藍。紅線接 +5V 電源，橙、黃、粉 、藍四線為輸入口。 由于單片機接口的信號不夠大，需要通過 ULN2020 芯片放大后才能連接到電機的接口。 電機四 色線的 電平 輸出 變化 如 表 。 表 電機四色線的電平變化圖 步序 橙 黃 粉 藍 十六進制（ P2口） 1 1 0 0 0 0x08 2 1 1 0 0 0x0c 3 0 1 0 0 0x04 4 0 1 1 0 0x06 5 0 0 1 0 0x02 6 0 0 1 1 0x03 7 0 0 0 1 0x01 8 1 0 0 1 0x09 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 共 54 頁 ULN2020芯片 ULN2020 芯片 美國 Texas Instruments 公司和 Sprague 公司開發(fā)的高壓大電流達林頓晶體管陣列 產(chǎn)品。 功率驅(qū)動電路是功率電子設(shè)備輸出電路的一個重要作組成部分 ，這種電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅(qū)動各種類型的負載。 ULN2020 驅(qū)動芯片的輸入回路電阻 ，適用電壓是5V的 TTL電平，驅(qū)動灌輸電流是 500mA。 1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 CC O M 圖 ULN2020 芯片內(nèi)部連接圖 ULN2020A由 7組達林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成 ,具有同時驅(qū)動 7組負載的能力 ,為單片雙極型大功率高速集成電路 。該芯片的內(nèi)部電路連接圖如圖 示 .芯片因為具有電流增益高，帶負載能力強，溫度范圍廣，工作電壓高等特點，廣泛應(yīng)用于伺服電機，步進電機，電磁閥和可控照明燈等領(lǐng)域。 所以，根據(jù) ULN2020 和步進電機 28BYJ48 工作原理，采用單片機的 、 、 、 四個口作為電機的驅(qū)動控制口，分別連接 ULN2020芯片的管腳 4。經(jīng)過芯片的處理放大，經(jīng)管腳 1 1 1 16輸出加到電機的橙、黃、粉、藍四色線上，得到的電機驅(qū) 動模塊的設(shè)計如圖。 P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 71 B11 C1 62 B22 C1 53 B33 C1 44 B44 C1 35 B55 C1 26 B66 C1 17 B77 C1 0C O M9U 1ULN2003AM 1M O T O R B L D C M+ 5 V+ 5 V 圖 步進電機驅(qū)動設(shè)計圖 驅(qū)動電機的具體的功能設(shè)計是與開關(guān)實現(xiàn)的，在 P3 口設(shè)置三個開關(guān) K1， k2, 控制電機與語音播放的開始，電機開始設(shè)置默認為電機的正傳， k1接通電機正轉(zhuǎn)，同時國歌開始播放，當上升到最大值時，電機停止轉(zhuǎn)動，國歌結(jié)束。當小旗下降時，打開 k2,關(guān)閉 k1,電機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，小旗下降，打開開關(guān) k3,電機迅速停止，實現(xiàn)小旗停止功能。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 共 54 頁 語音模塊 的設(shè)計思想是利用單片機的 軟件 編程 控制 揚聲器 播放國歌語音代碼實現(xiàn)的，由于 設(shè)計中采用的是三極管驅(qū)動 8Ω / 揚聲器 發(fā)聲， 需要的功率過大， 而 普通的三極管不能承受 很高的電流 ， 容易在電路中燒壞；如果在電路中 接 入 限流電阻，又不能 滿足 驅(qū)動揚聲器 的條件，或者揚聲器聲音過小，都不能達到設(shè)計的要求。為了解決這個問題，在 設(shè)計采用大功率的 MOS管 TIP122實現(xiàn) 。TIP122芯片的引腳如圖 。 412P I N 1 . 基 極 2 . 集 電 極 3 . 發(fā) 射 極 4 . 集 電 極 圖 TIP122 芯片引腳圖 ECBR 2R 1 圖 三 極管 TIP122 的內(nèi)部圖 表 三極管 TIP122 的電參數(shù)表 符號 參數(shù) 極性 數(shù)值 單位 NPN TIP120 TIP121 TIP122 PNP TIP125 TIP124 TIP125 VCBO 集電極 基極電壓（ IE=0） 60 80 100 V VCEO 集電極 發(fā)射極電壓（ IB=0） 60 80 100 V VEBO 發(fā)射極 基極電壓（ IC=0） 5 V IC 集電極電流 5 A ICM 集電極峰值電流 8 A IB 基極電流 A Ptot 耗散功率 Tcase≤ 25℃ 65 W Tamb≤ 25℃ 2 W Tstg 貯藏溫度 60～ 150 ℃ Tj 最高工作結(jié)溫 150 ℃ hFE 放大倍數(shù) 100 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 54 頁 圖 所示的是三極管 TIP1122的內(nèi)部連接圖，其中 R1=5千歐， R2=150 歐 。 由圖可以看出，這是一個集成的放大型 NPN管，它是由兩個 NPN型普通三極管經(jīng)過二級放大形成的，使得穩(wěn)定系數(shù)更高，且放到倍數(shù)也加倍，各方面參數(shù)都有所提高具體的電參數(shù)如表 。 為了達到同時的目的，起初設(shè)計的是在同一單片機上實現(xiàn)升降與國歌播放，但是在實際 過程中，兩個模塊都要都要用到中斷，而單片機的中斷有優(yōu)先級，不能同時響應(yīng)兩個中斷，即不能在一片單片機上實現(xiàn)流暢的國歌播放和控制步進電機勻速升降的功能。為了解決這個問題，本設(shè)計采 用兩塊單片機，一塊單片機單獨設(shè)計語音模塊，為了實現(xiàn)同步的目的，該 單片機的 接地 與另一單片機用開關(guān)控制達到通電后，開關(guān)控制同時啟動的目的 。 語音模塊的 設(shè)計如圖 。 X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7U 1A T 8 9 C 5 2X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 0 / T 21P 1 . 1 / T 2 E X2P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7U 2A T 8 9 C 5 2Q 1N P NK 2L S 1S P E A K E R 圖 語音模塊的設(shè)計 圖 為了 實現(xiàn)實時檢測國旗的升降情況，此設(shè)計采用 LCD1602液 晶顯示屏通過計數(shù)器對高度的測量，實時地顯示出國旗升降的高度，達到清楚明了效果。 LCD1602液晶屏的外觀圖如圖 .LCD1602 是一種驅(qū)動電壓為 5V，帶背光，可顯示兩行，每行 16個字符的液晶屏，只能顯示顯示字母和數(shù)字，不能顯示漢字，內(nèi)置含 128個字符 ASCII 字符集字庫，有并行接口。顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。 1 6 0 2 液 晶 顯 示123 4 5 6 7 8 9 1 0 1 11 21 3 1 4 1 5 1 6P1.2P1.1P1.0P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.75 VR4 1k 圖 顯示模塊設(shè)計原理圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 共 54 頁 液晶顯示 器 模塊選用 LCD1602 液晶模塊， 2 行 *16 列字符顯示：第一行顯示“ national flagRamp。L”，表明顯示的是國旗的升降高度；第二行顯示“ H： ***cm”，表明國旗升降過程中的實時高度。而且 并行 8位 數(shù)據(jù)通信，可以滿足本系統(tǒng)中顯示的要求。開發(fā)板 中有液晶顯示模塊， 利用 C 語言模塊的可移植性，直接將模塊移植過來，根據(jù)實際情況更改數(shù)組內(nèi)容，即可實現(xiàn)對本設(shè)計中需要顯示的參數(shù)進行顯示。 1602液晶顯示設(shè)計圖如圖 。 無線遙控模塊的設(shè)計 本設(shè)計要求采用無線遙控旗幟的升降及停止，所以要對無線模塊進行設(shè)計。無線遙控模塊設(shè)計包括 無線發(fā)射模塊的設(shè)計與無線接收模塊的設(shè)計。 采用 PT2262 和 PT2272 的編碼解碼芯片。PT2262 和 PT2272 最多支持 6位數(shù)據(jù)編碼，一般支持 4 位數(shù)據(jù)編碼。 PT2262 和 PT2272 有三態(tài)地址編碼功能，只有地址匹配時才能傳輸數(shù)據(jù)。 PT2262 編碼芯片管腳圖如圖 所示 ,PT2272解碼芯片的管腳圖如圖 所示。 P T 2 2 6 2 1239876541 71 61 51 41 31 21 11 01 8A 0A 1A 8A 7A 6A 5A 4A 2G N DV c cD o u tO S C 1O S C 2T ED 0D 1D 2D 3 PT2272 1239876541 71 61 5