【文章內容簡介】 極管變亮。 為了確保單片機對一次按鍵動作只確認一次按鍵，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計復雜，本設計中沒有采用，在此不再詳細敘述；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)電平則確認為真正有鍵按下，從而消除了 抖動的影響。其原理圖如圖 所示 : K E Y 1K E Y 2K E Y 3開始正 /反轉轉速R310 kR410 kR510 k 圖 LCD液晶顯示電路 LCD1602簡介 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內容豐富 、 超薄輕巧等優(yōu)點， 因此，在袖珍式儀表和低功耗應用系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應用 ， 現(xiàn)在字符型液晶顯示模塊已經(jīng)是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。 這里向大家介紹一款LCD1602液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行 16個字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價格便宜，具有很高的性價比。 1602B外觀如圖 : 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 9 圖 LCD1602芯片管腳 接口引腳功能表如表 : 表 接口引腳功能表 引腳號 符號 狀態(tài) 功 能 1 Vss 電源地 2 Vdd 電源 +5V 3 V0 液晶驅動電源 4 RS 輸入 寄存器選擇 5 R/W 輸入 讀、寫操作 6 E 輸入 使能信號 7 DB0 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ LSB） 8 DB1 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 9 DB2 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 10 DB3 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 11 DB4 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 12 DB5 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 13 DB6 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線 14 DB7 三態(tài) 數(shù)據(jù)總線（ MSB） 15 LEDA 輸入 背光 +5V 16 LEDK 輸入 背光地 主要管腳介紹： V0： 液晶顯示器對比度調整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K的電位器調整對比度。 RS： 寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器 ； 低電平時選擇指令寄存器。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 10 R/W： 讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當 RS和 R/W共同為低電 平時可以寫入指令或者顯示地址 ； 當 RS為高電平 R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。 E： 使能端，當 E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 在本設計中所采用的是共陰極 LCD 液晶顯示器，這里用四位一體數(shù)碼管SM420361K： 型號： SM420361K12P 類別： 4位一體共陰 規(guī)格：長寬高 管腳標號： 12986公共腳、 A1 B C4 D E F G DP3 在本設計中采用數(shù)碼管動態(tài)顯示轉速，數(shù)碼顯示電路通過交替向 輸出 低電平，使得與這兩個端口連接的數(shù)碼管公共端交替為低電平，從而為數(shù)碼管提供導通回路，通過對交替時間的控制實現(xiàn)數(shù)碼管在視覺上的不間斷顯示。通過 P1 口輸出段選信號，控制了數(shù)碼管顯示的內容。如圖 所示 : 圖 步進電機驅動電路 本系統(tǒng)的設計目的為了高效控制步進電機的轉動，因此需要將單片機發(fā)出的脈沖轉化為步進角度，才能控制步進電機轉動，我們在這里采用 ULN2022 為步進電機提供脈沖信號。 ULN2022七 NPN達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、打印機錘和其他類似負載間的接口的理想器件。廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產(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。 ULN2022的設計與標準 TTL系列兼容。它的管腳連接圖如圖 : 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 11 圖 ULN2022管腳連接圖 其主要特性為： 表 ULN2022主要特性表 極限值（若無其他規(guī)定， Tamb=25℃） 參數(shù)名稱 符號 數(shù)值 單位 輸入電壓 VIN 30 V 輸入電流 IIN 25 mA 功耗 PD 1 W 工作環(huán)境溫度 Topr 20to +85 ℃ 貯存溫度 Tstg 55to+150 ℃ ULN2022芯片概述與特點 ： ULN2022 芯片是高耐壓、大電流達林頓陣列，由 7 組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網(wǎng)絡以及鉗位二極管網(wǎng)絡構成，具有同時驅動 7組負載的能力，為單片雙極型大功率高速集成電路。功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，以 便于驅動各種類型的負載。功率驅動電路是功率電子設備輸出電路的一個重要組成部分。 ULN2022芯片高壓大電流達林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件。 步進電機驅動電路的工作過程是：首先從 P1口輸出 00000001B，由于單片機與 ULN2022連接只用到了 — ，所以 ULN2022與單片機連接的四個管腳中每時刻只有一個管腳處于導通狀態(tài)（采用單拍方式對步進電機控制），其他管腳處于斷開狀態(tài)。這樣就使得與 ULN2022連接的步進電機只有一個引出端導通。該系統(tǒng)驅動原理圖如圖 : 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 12 L1L2L3L4+ 88 . 81B11C162B22C153B33C144B44C135B55C126B66C117B77C10C O M9U2U LN20 0 3 A+ 1 2 圖 驅動原理圖 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 3 控制系統(tǒng) 軟件分析與設計 13 3 控制系統(tǒng)軟件分析與設計 步進電機控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進電機轉動、控制數(shù)碼管動態(tài)顯示等任務，這就必須通過中斷技術來實現(xiàn)。 在本設計中，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)生，若有按鍵動作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵值修改相應參數(shù)值，實現(xiàn)鍵盤的實時處理功能。定時器 0中斷服務程序控制步進電機的轉動：根據(jù)當前顯示的速度進行鍵盤手動改變 T0定時時間常數(shù)，設置 TH0和 TL0 的值，達到對轉速精確控制的目的；根據(jù)轉動方向控制位的值，控制脈沖信號循環(huán)移動的方向， 達到對轉動方向控制的目的。 程序流程圖 步進電機控制系統(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 所示 : 圖 步進電機控制系統(tǒng)主程序流程圖 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 2 控制系統(tǒng)硬件分析與設計 14 系統(tǒng)上電復位后，先調用初始化子程序，對步進電機各端口，相關參數(shù)進行初始化，設置 T0工作方式控制時間常數(shù)。初始化完成后，步進電機處于停止狀態(tài)，T0定時器處于關閉狀態(tài)。然后循環(huán)調用讀鍵盤子程序和鍵盤處理子程序，等待中斷，以便實現(xiàn)步進電機轉動控制。 讀鍵盤子程序流程圖 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。執(zhí)行鍵盤之程序里的指令，將相應的變量值改變，為鍵盤處理子程序做準備。如圖 所示 : 圖 掃描鍵盤字程序流程圖 鍵盤處理子程序流程圖 按鍵處理子程序流程圖如圖 ： 步進電機的啟?？刂仆ㄟ^啟停定時器 T0來實現(xiàn)，因為定時器 T0控制著脈沖信號的輸出，關 閉定時器 T0也就阻止了脈沖信號的輸出。重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 調試與改進 15 圖 電機控制中斷程序流程圖 定時器中斷 0 服務程序流程圖如圖 所示 : 定時器中斷 0 服務程序的中斷時間由當前的轉速決定。進入中斷程序后，首先要保護現(xiàn)場，再根據(jù)當前值設置 TH0和 TL0的值。然后判斷轉動方向控制位的值，如果是 0則控制脈沖信號 、 輸出，如果是 1則控制脈沖信號 、。最后恢復現(xiàn)場，返回，等待下次中斷。 通過用當前轉速控制中斷時間，控制了脈沖的輸出頻率，也就到達了控制步進電機轉動速度的目 的；通過檢測方向控制位的電平，選擇脈沖信號 、 與 、 ，控制了步進電機各引出端的接通順序，也就到實現(xiàn)了步重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 調試與改進 16 進電機轉動方向的控制 各模塊控制的詳細程序附于最后。 圖 定時器中斷 0服務程序流程圖 開始 設置 T0 時間參數(shù) 判斷轉動方向控制位的值 有控制位查詢輸出脈沖 退出 改變方向控制變量值 是 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 調試與改進 17 4 調試與改進 調試與改進 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)調運行，并對系統(tǒng)出現(xiàn)的情況進行分析，看是否能夠達到系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設想的效果，如達不到則重新修改系統(tǒng)的硬 件結構或者修改軟件的程序部分，直到達到設計需要為止。 本系統(tǒng)的設計思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時進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)。 在硬件調試的過程中，遇到了很多問題。主要有： 1） 確定步進電機的使用方法，和控制模式。此處尤為重要，這是整個系統(tǒng)的基礎，也是確定軟件是否能控制步進電機思路的開端。 2） 鍵盤設計完成后，在多次運行過程中發(fā)現(xiàn)按鍵是否按下難以直觀準確判斷，在此處進行改進設計，為每一個按鍵接上一個發(fā)光二極管，當有鍵按下時，相對應的發(fā)光二極管變亮，使 得按鍵動作形象直觀。并以此方法測試步進電機控制程序。 3） 向電源插座送入 12V直流電源，測量 LM7805輸出腳對地電壓，是否為 5V左右，這個電壓的測量可以直接在 L7805 的 OUT腳和 GND之間完成。 4） 單片機應用 (電源 )注意事項 :在電源兩端應該加一個 47uF以上的電解電容和一個 ，進行電源去藕濾波。 5） 可供霍爾片檢測到的信號注意是 S 磁極。 軟件測試的時候也有些問題，主要有： 1） 軟件去抖方式，和時間的控制。 2） 控制步進電機轉動的程序段完成后，調試發(fā)現(xiàn)對步進電機速度的控制范圍過小，查閱資 料后發(fā)現(xiàn)設計思路不太合理，原先的設計思路是用主程序控制步進電機轉動，采用延時方式控制步進電機速度，由定時器處理鍵盤；改進程序，主程序用來處理鍵盤，由定時器控制步進電機轉動，步進電機轉動速度由定時器定時時間決定。 運行結果 連接好硬件電路，上電復位，程序開始運行。 1） 運行后會生成一個文件，插入到 AT89C51 芯片里；按下開始鍵，步進電機開始轉動， LCD液晶顯示器顯示數(shù)值當前數(shù)值； 2） 此時每按下加速鍵一次， LCD液晶顯示器顯示數(shù)值加 1，步進電機轉動速度相應增加；此時每按下減速鍵一次， LCD 液晶顯 示器顯示數(shù)值減 1，步進電機轉重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 4 調試與改進 18 動速度相應減少；此時若按下方向控制鍵，步進電機立即向相反方向轉動，轉動速度保持不變；此時若按下啟停鍵，步進電機停止轉動， LCD 液晶顯示器停止顯示為 0，符合設計要求。 重慶科技學院高等教育自學考試本科畢業(yè)論文 5 結論 19 5 結 論 經(jīng)過 指導 老師耐心細致的指導，經(jīng)過近兩個月的努力，本次畢業(yè)設計課題步進電機控制系統(tǒng)告一段落。步進電機控制系統(tǒng)主要分為硬件設計和軟件設計兩個部分： 硬件設計主要是把單片機最小系統(tǒng)、鍵盤控制模塊、步進電機驅動模塊、數(shù)碼顯示模塊、測速模塊 各個硬件功能模塊及其它元件合理搭配并連接起來使其能夠