【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 行顯示點(diǎn)陣字符各列 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 的圖形，由于人眼的視覺(jué)殘留現(xiàn)象，當(dāng)掃描速度足夠快時(shí)，人們將會(huì)看到在點(diǎn)陣顯示屏上顯示一個(gè)完整的字符形狀；限流電阻負(fù)責(zé)保護(hù)點(diǎn)陣模塊的發(fā)光二極管，以免二極管兩端電壓過(guò)高、電流過(guò)大而燒壞發(fā)光二極管。 ? ⑵ 點(diǎn)陣顯示模塊 ? 點(diǎn)陣顯示模塊由 1片 8 8點(diǎn)陣模塊組成，行編碼鎖存器和列掃描鎖存器輸出信號(hào)經(jīng)放大或限流后，與點(diǎn)陣模塊的連接電路如圖 622所示。 ? 4. 軟件實(shí)現(xiàn) ? 在上述點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)硬件電路的基礎(chǔ)上結(jié)合漢字取模軟件所得的字符點(diǎn)陣編碼，編寫(xiě)適當(dāng)?shù)能浖涂梢钥刂泣c(diǎn)陣顯示屏顯示相應(yīng)的漢字或英文字符。例如，漢字“中”，其點(diǎn)陣編碼為： 0xFF、 0xF0x8 0xB 0x8 0xF 0xF 0xFF。程序中，將其編碼定義為一個(gè)字符型數(shù)組： 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 根據(jù)硬件電路的工作原理可知， LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)通過(guò)行掃描、列編碼的方式實(shí)現(xiàn)字符的顯示。因此，程序中可先讓列編碼鎖存器 U2鎖存第 1列的點(diǎn)陣編碼 word[0]，然后由行掃描鎖存器 U10鎖存第 1行掃描數(shù)據(jù)，延時(shí)一段時(shí)間（如 50us）后，再由 U2鎖存第 2列的編碼 word[1]，然后再由 U10鎖存第 2行掃描數(shù)據(jù)并延時(shí)一段時(shí)間（ 50us）。如此下去直到 8行全部掃描完，再?gòu)念^開(kāi)始掃描。由于人眼的視覺(jué)殘留現(xiàn)象，當(dāng)掃描速度足夠快時(shí)，看上去就是一個(gè)完整的漢字“中”。程序流程如圖 623所示。 unsigned char word[8] ={0xFF,0xF7,0x81,0xB5,0x81,0xF7,0xF7,0xFF} ? 16 16動(dòng)態(tài)點(diǎn)陣顯示 ? 16 16點(diǎn)陣顯示屏通常由 4片 8 8點(diǎn)陣顯示模塊組合而成（市面上一般很少有 16 16點(diǎn)陣顯示模塊出售）。在了解了 8 8點(diǎn)陣模塊和點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)的工作原理及軟件編程后，通過(guò)擴(kuò)展鎖存器和點(diǎn)陣模塊，可以設(shè)計(jì)成 16 16（及以上）的點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)。但如果使用 74HC574等并入 /并出鎖存器進(jìn)行擴(kuò)展，硬件電路設(shè)計(jì)會(huì)比較麻煩。因此，在使用多片 8 8點(diǎn)陣模塊設(shè)計(jì)大屏幕點(diǎn)陣顯示器時(shí)，一般使用74HC595等串行輸入 /并行輸出鎖存器以簡(jiǎn)化硬件電路的設(shè)計(jì)，如圖 624所示。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 1. 硬件電路設(shè)計(jì) ?圖 624所示電路是一種采用 2片串入 /并出鎖存器 74HC595和 2片 38譯碼器 74HC138設(shè)計(jì)的16 16點(diǎn)陣系統(tǒng)硬件電路。圖中， 2片 74HC595（ U U5）采用級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)成 16位并行輸出，鎖存單片機(jī)串行輸出的 16位列編碼數(shù)據(jù)，控制 4片 8 8點(diǎn)陣模塊組合而成的 16 16點(diǎn)陣屏的列線； 2片 74HC138采用級(jí)聯(lián)的方式，連接成 416譯碼器，輸出行掃描信號(hào)。行掃描信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路（ PNP型晶體管 9012）反相放大后，控制16 16點(diǎn)陣顯示屏的行線。 ? 16 16點(diǎn)陣屏由 4片 8 8點(diǎn)陣模塊的根據(jù)同名行、列組合連接而成。點(diǎn)陣屏的顯示正確與否，主要取決于兩個(gè)因素： ? 一是正確的顯示效果，主要靠軟件編程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)； 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 二是決定待顯示文字（或圖形）本身的字模格式（ C51或 A51）。點(diǎn)陣字模的提取軟件很多，且每種軟件都提供多種提取方式，實(shí)際使用時(shí)要根據(jù)硬件電路的設(shè)計(jì)選擇可行的字模提取方式。本例使用 PCtoLCD2021完美版，以 C51格式提取“上午天氣好”等 5個(gè)漢字的 16 16點(diǎn)陣字模，在點(diǎn)陣屏上滾動(dòng)顯示。 ? 2. 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn) 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 步進(jìn)電機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或轉(zhuǎn)速的精密執(zhí)行元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率與脈沖數(shù)，而不受電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件變化的影響，給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 步進(jìn)電機(jī)采用開(kāi)環(huán)控制，避免了閉環(huán)控制的復(fù)雜性、減小了系統(tǒng)的成本，卻可以獲得接近閉環(huán)的良好控制性能?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得其在精確控制速度、位置等領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。本節(jié)詳細(xì)介紹了步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)、類(lèi)型、原理及技術(shù)參數(shù)和 ELITEIII開(kāi)發(fā)板上步進(jìn)電機(jī)的控制電路及軟件編程等內(nèi)容 。 ? 步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)分為很多種，常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖如圖 625所示： ? 1. 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) ? 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰疲ɑ蚓€位移）的開(kāi)環(huán)控制元件，其主要特點(diǎn)如下： 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? ① 控制精度高。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 ? ② 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度有限。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高會(huì)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主要取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)。但一般來(lái)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)在一般工作環(huán)境下完全可以正常運(yùn)行。 ? ③ 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，且頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在這個(gè)反相電動(dòng)勢(shì)的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大相電流將減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? ④ 步進(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(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)將不能正常啟動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率則更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)有一個(gè)加速的過(guò)程，即啟動(dòng)時(shí)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)速應(yīng)從低速升到高速）。 ? 2. 步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) ? 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)一般分為三種類(lèi)型：永磁式（ PM）、反應(yīng)式（ VR）及混合式（ HB），各種類(lèi)型步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)為： ? ① 永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 15度。 ? ② 反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 ，但噪聲和振動(dòng)都很大。 ? ③ 混合式步進(jìn)混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，又分為兩相、三相和五相等幾種。其中兩相步進(jìn)角一般為 ，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，有時(shí)也被稱作永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 3. 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 ?通常步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一個(gè)矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得某對(duì)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，即前進(jìn)一步。轉(zhuǎn)子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，定子繞組的通電順序決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，所以可通過(guò)控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 626所示。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 當(dāng)三相繞組按 A→B→C→A 順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將會(huì)按順時(shí)針?lè)较?，以每個(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng) 3186。的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。若改變通電順序，按 A→C→B→A 順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子將按逆時(shí)針?lè)较虿⒁悦總€(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng) 3186。的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。 ? 因?yàn)樵诓竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，每一瞬間只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運(yùn)行方式，單三拍運(yùn)行時(shí)的步矩角 θb為 30186。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有另外兩種通電方式：雙三拍運(yùn)行方式和單、雙六拍運(yùn)行方式。雙三拍運(yùn)行方式按 AB→BC→CA→AB 順序循環(huán)通電運(yùn)行；單、雙六拍運(yùn)行方式按A→AB→B→BC→C→CA→A 順序循環(huán)通電運(yùn)行，六拍運(yùn)行時(shí)的步矩角將減小一半。 ? 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算： ? θb=360186。/NEr ? 式中： Er ── 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； ? N ── 運(yùn)行拍數(shù)， N=km， m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)， k=1或 2。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 4. 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)包括靜態(tài)指標(biāo)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)兩大類(lèi)。 ? ⑴ 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo) ? ① 相數(shù)。產(chǎn)生不同對(duì) N、 S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用 m表示。 ? ② 拍數(shù)。完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù) (或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù) )，用 n表示。以四相步進(jìn)電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式 ABCDA（或 ABBCCDDAAB），四相八拍運(yùn)行方式 AABBBCCCDDDAA。 ? ③ 步距角。指對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移，用 θ表示， θ=360186。/（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J 運(yùn)行拍數(shù)）。以轉(zhuǎn)子齒數(shù)為 50齒的電機(jī)為例，四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360186。/（ 50 4）=（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360186。/（ 50 8）=（俗稱半步）。 ? ④ 定位轉(zhuǎn)矩。電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩，由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差形成。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? ⑤ 靜轉(zhuǎn)矩。電機(jī)在額定靜態(tài)電流的作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 ?⑵ 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo) ? ① 步距角精度。 ? ② 失步。指電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際步數(shù)不等于理論上的步數(shù)。 ? ③ 失調(diào)角。 ? ④ 最大空載起動(dòng)頻率。 ? ⑤ 最大空載的運(yùn)行頻率。 ? ⑥ 運(yùn)行矩頻特性。 ? ⑦ 電機(jī)共振點(diǎn)。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) ? 1．驅(qū)動(dòng)電路的組成 ? 步進(jìn)電機(jī)需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。在電機(jī)一定的情況下，電機(jī)的運(yùn)行性能主要取決于驅(qū)動(dòng)電路。 ? 驅(qū)動(dòng)電路一般由變頻信號(hào)源、環(huán)形分配器、功率放大器等 3部分組成。變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率可變的脈沖信號(hào)發(fā)生器；脈沖分配器將脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上。變頻信號(hào)源和環(huán)形分配器共同作用，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖序列，使步進(jìn)電機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)；功率放大電路對(duì)脈沖信號(hào)的電流進(jìn)行放大。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖 627所示。 ? 環(huán)形脈沖序列可由常規(guī)數(shù)字邏輯電路、可編程邏輯芯片等硬件電路產(chǎn)生，也可由單片機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)軟件編程產(chǎn)生。通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件編程產(chǎn)生脈沖序列，具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，在條件允許的情況下，一般由單片機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形脈沖序列。 ? 實(shí)際應(yīng)用中，脈沖信號(hào)的占空比一般設(shè)定為 ～ 。占空比越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)得越高。 ? 2. 功率放大電路 ? 功率放大電路是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最重要的組成部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流（非靜態(tài)電流），動(dòng)態(tài)平均電流越大電機(jī)力矩越大。要使平均電流大，就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)，因而不同的場(chǎng)合需要采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式。驅(qū)動(dòng)方式一般有單一電壓源、高低壓切換型電源、單電壓斬波恒流電源、細(xì)分電路等形式。 ELITEIII開(kāi)發(fā)板采用單電壓斬波恒流控制芯片 ULN2021設(shè)計(jì)功率放大電路，如圖 628所示。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 圖中，鎖存器 74HC574（ U13）接收并鎖存單片機(jī)P0口輸出的環(huán)形脈沖信號(hào)，其片選輸入端 /OC接地，鎖存輸入端 CLK接 ELITEIII開(kāi)發(fā)板上地址譯碼器（ U12）的 /Y5（ LCKMOTOR），鎖存器輸出的環(huán)形脈沖信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2021（ U14）將電流放大后，通過(guò)開(kāi)發(fā)板上的電機(jī)接口驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 第 6章 ELITEIII開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)例 ? 簡(jiǎn)單步進(jìn)電機(jī)控制程序 從圖 628可以看出， ELITEIII開(kāi)發(fā)板上的電機(jī)接口為 6針接口，可接二相、三相、四相等步進(jìn)電機(jī)。本書(shū)以四相步進(jìn)電機(jī)為例，介紹簡(jiǎn)單步進(jìn)電機(jī)控制程序（正、反轉(zhuǎn)程序）的設(shè)計(jì)。 ? 1. 脈沖分配 ? 四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式有四相四拍（步距角 ）和四相八拍