【文章內(nèi)容簡介】 供信號；而且電路簡單，使用比較方便。 通過比較，根據(jù)設計提出的要求，使用 L298N 芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅動步進電機，從經(jīng)濟考慮，且價格不高，故選用 L298N 芯片驅動電機。而使用 L298N 芯片時，可以用 L297 芯片來提供時序信號，可以節(jié)省單片機 IO 口的使用；也可以直接用單片機模擬出時序信號，由于控制并不復雜，電路也比較容易看懂，故選用后者。 圖 用 L298N 芯片驅動電機 通 過 L298N 構成步進電機的驅動電路 ， 電路圖如圖 2－ 6 所示。 通過單片機 SPCE061A 的 IOB8～ IOB13 對 L298N 的 IN1～ IN4 口和 ENA、 ENB 口發(fā)送方波脈沖信號，起時序圖如圖 2－ 7 所示。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 12 VDDML298NVCCOUT1EN A+VSS+VSSENSE BIN1GNDSENSE AEN BOUT2OUT3OUT4IN4IN3IN21246791012131411853 圖 步進電機的驅動電路圖 圖 起時序圖 數(shù)碼管顯示電路的設計 方案一：串行接法 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 13 設計中要顯示 4 位數(shù)字，用 74LS164 作為顯示驅動，其中帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約 IO 口資源，但要使用 SIO，發(fā)送數(shù)據(jù)時容易控制。 方案二：并行接法 使用并行接法時要對每個數(shù)碼管用 IO 口單獨輸入數(shù) 據(jù)，占用資源較多。 由于設計中用一塊單片機進行控制，資源有限，因此選擇了方案一。另外，使用鎖存也起到節(jié)約資源的作用。 數(shù)碼管的顯示驅動使用 74LS164，通過 SPCE061A 的 IOB0 和 IOB1 口對DATA 和 CLK 發(fā)送數(shù)據(jù)。如圖 所示： CLKMCGND BACLK74LS16410eQ4h6543dcbaQ0 Q3Q2Q1Q7300R31211gfQ6Q5VCC+5V1371496 1 2R6DATACLK+5VP1CLKMCGND BACLK74LS16410eQ4h6543dcbaQ0 Q3Q2Q1Q7300R41211gfQ6Q5VCC+5V1371496 1 2 圖 用 74LS164 驅動電路圖 4X4 鍵盤電路的設計 行列式鍵盤的工作原理：在鍵盤中按鍵數(shù)量較多是，為了減少 I/O 口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式，如圖 39 所示，每條水平線和垂直線在交叉 處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，本來一個端口最多只有 8 個按鍵，現(xiàn)在就可以構成 4x4=16 個按鍵，比它直接將端口線用于鍵盤多出了一倍，而且線越多，區(qū)別越明顯。由此可見，在需要的鍵 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 14 數(shù)比較多時，可以采用行列式法來做鍵盤。 在設計中，使用了標準的 4x4 鍵盤，其電路圖如圖 29 所示。單片機的 A 口低 8 位為鍵盤的界面。盡管設計要求中只需要 4 個鍵對步進電機的狀態(tài)進行控制，但考慮到對控制功能的擴展，我們使用了 4x4 的鍵盤。行列式結構的鍵盤顯然比直接法要復雜一些，識別也復雜一些圖 39 所示界面電路由 HEADER 8x2 的引腳高、低 4 位構成 4x4 行列矩陣鍵盤。其中 7 引腳作為鍵盤的掃描輸出口線； 1 1 15 引腳作為鍵盤的輸入口。 為判斷是否有鍵按下，所有的輸出口向行線輸出低電平，一旦有鍵按下，則輸入線就會被拉低，這樣，通過讀入輸入線的狀態(tài)就可得知是否有按鍵按下了。結合圖 39 所示，檢測的方法是引腳 7 輸出全 “ 0” ，讀取引腳 1 1 15 的狀態(tài)，若引腳 7 為全 “ 1” ，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。然后判斷按鍵的位置，如果有鍵按下，被按鍵處的行線和列線被接通，使穿過閉合鍵的那條列線 變?yōu)榈碗娖健７椒ㄊ菍︽I盤的行線進行掃描。引腳 1 1 15 按下述 4 種組合依次輸出： 引腳 15 1 1 1 0 引腳 13 1 1 0 1 引腳 11 1 0 1 1 引腳 9 0 1 1 1 然后測試行線狀態(tài)中是否有低電平。在每組行輸出時讀取引腳 7，若全為 “ 1” ，則表示這一行沒有鍵閉合，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后可采用計算法或查表發(fā)將閉合鍵的行值和列值轉換成所定義的鍵值。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 15 H E A D E R 8 x 2431147 82J P 7611916151312105S6 S5 S4 S3S7S8S9S 1 0S 1 5 S 1 4 S 1 3S 1 2S 1 9 S 1 8 S 1 7S 1 6 圖 4x4 鍵盤電路 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 16 3 控制系統(tǒng)的軟件 設計 步進電機控制程序設計的主要問題有三個 : (1) 控制脈沖的產(chǎn)生。 (2) 步進電機的旋轉方向和時序脈沖的關系。 (3) 步數(shù)的確定。 作為單片機控制步進電機的程序的構成也是主要由這幾個問題，因此可以從這三個問題入手。 控制脈沖的產(chǎn)生 在單片機控制步進電機時，一般來講，控制脈沖是用軟件產(chǎn)生的。方法是先輸出一個高電平，然后延時，再輸出低電平，再進行延時。延時時間的長短由步進電機的作頻率決定。時序脈沖產(chǎn)生的延時控制框圖如圖31 所示。 圖 時序脈沖產(chǎn)生的延時控制框圖 步進電 機的旋轉方向和時序脈沖的關系 步進電機旋轉方向與內(nèi)部繞組的通電順序和通電方式有關?，F(xiàn)在常用的通電方式主要有三種： 1)三相單三拍 ： A→B→C→A ； 2)三相雙三拍 ： AB→BC→CA→AB ； 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 17 3)三相六拍 ： A→AB→B→BC→C→CA→A ； 按以上順序通電，步進電機正轉，按相反方向通電，步進電機反轉。 因此，產(chǎn)生時序脈沖的方法是 ： (1)利用單片機的 P1 端口，即用 ， ， 分別控制三相步進電機的 A， B， C 三相繞組； (2)根據(jù)控制模式寫出控制模型 。 (3)控制模型的順序向步進電機輸入 控制脈沖。 從通電方式的二進制數(shù)可以看出，步進電機每步進一步，高電平就左移或右移一位。所以，我們可以考慮借助累加器 A 來實現(xiàn)步進電機的通電，可以把一個時序字節(jié)放在累加器 A 中，在每個采樣時刻累加器 A 左移或右移一位，經(jīng)輸出口輸出。為了彌補 8 位的不足，可以考慮加入進位標志位CY 這樣就可以把它看成是第 9 位，這樣就能實現(xiàn)所需要的通電方式。下面以三相單三拍和三相雙三拍為例來研究累加器中時序字節(jié)的轉移。 三相單三拍通電方式，可以考慮在累加器 A 中放置時序控制字節(jié) 49H。示意圖如圖 所示。 指令：R LCACY(a) 正 轉ABC0 0 0 0 0 01 1 1 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 18 指令：R RCACY(b) 反轉BC0 0 0 0 0 01 1 1 圖 三相單三拍通電方式示意圖 三相雙三拍通電方式，可以考慮在累加器 A 中放置時序控制字節(jié) BBH。示意圖如圖 33 所示。 指令：R LCACY(a) 正 轉ABC0 0 0 0 0 01 1 1 指令：R RCACY(b) 反轉BC0 0 0 0 0 01 1 1 圖 33 三相雙三拍通電方式示意圖 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 19 步數(shù)的確定 步進電機運行的步數(shù)可由步距角和需要轉過的角度來計算 : NZrb ??? 360? 式中 :b?－步距角 。 rZ－轉子齒數(shù) 。 N－拍數(shù) (一般三拍時N=m或六拍時 =2 )。 －控制繞組相數(shù)， =3。 例如 : r=40 ， 三 相 三 拍 運 行 ， = =3 ，則步距角為：????? 3)340(360b?，rZ=40，三相六拍運行，62 ??? m，則步距角為 :?)6 若要求步進電機轉過的角度為 75 度，采用三相六拍運行方式，那么步數(shù)就為 ： 75 15?? ? =50(步 )。在程序設計時，將 50 步化為二進制為 32H， 32H作為步數(shù)控制量就可以了。 做完了以上的工作，就可以進行步進電機控制程序的設計了?？梢园巡竭M電 機所要走的步數(shù)放在寄存器乳中，轉向標志存放在程序狀態(tài)寄存器用戶標志位 PSW 的 FO(地址 D5H)中，當 FO 的值為 “ 0” ，步進電機正轉 ； 當FO 的值為 “ 1” 時，步進電機反轉，假如步進電機的正轉模型為 O1H， 03H， 02H， 06H， 04H， OSH 存放在 8751 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器 20H25H 中， 26H 中存放結束標志 OOH。在 27H 開始存儲區(qū)內(nèi)存放反轉控制模型 O1H, OSH， 04H， 06H，02H， 03H，在 2DH 單元存放結束標志 OOH。用程序延時方法編程的流程圖，如圖 34 所示。 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 20 保護現(xiàn)場設步長計數(shù)器置正傳模型地址輸出控制模型轉向標志位為1延時，地址加1置反轉模型地址是數(shù)據(jù)結束 ？步數(shù)為0？恢復現(xiàn)場返回恢復模型首址NYYNYN圖 程序延時流程圖 步進電機的變速控制 上面給的程序流程圖是步進電機的恒速運轉方式。一般來講，步進電機的一個弱點，就是運行中丟步，為了使步進電機在運行中不出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，一般要小于或等于步進電機 “ 回應頻率 ” 人，在該頻率下，步進電機可以任意啟動、停止或反轉而不發(fā)生失步現(xiàn)象。這個頻率通常比較低。當步進電機走過的距離比較長時，需要低速啟動，高速運轉，然后降低速度，最后停止。這樣就解決了 “ 快速而不失步 ” 的矛盾。那么實現(xiàn)變速控制的基本思想是改變控制頻率。設某個步進電機的控制過 程如圖 45 所示。 L1~L3 分別代表各個不同運行階段的步長， f 代表步進電機當前運行頻 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計 21 率。如圖 所示， L2 段為恒速運行階段， L1 段位為升頻， L3 段位為降頻。在各個不同的運行階段，根據(jù)程序執(zhí)行不同的控制程序，這樣減小因步進電機丟步對控制過程的影響，這對于國產(chǎn)的步進電機效果會更好些。