【文章內(nèi)容簡介】 位元數(shù)碼管的點亮時間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低?！」碴枖?shù)碼管電路圖本設計選用了數(shù)碼管顯示設計，其段選的控制A、B、C、D、E、F、G、DP按照數(shù)碼管的簡介資料選用了P 0口作為其控制端口，其位選部分由于單片機的控制端口輸出的電壓不足以直接點亮數(shù)碼管，所以在單片機控制端口和數(shù)碼管的位選控制端口加入了三極管?！?數(shù)碼管顯示電路　電機驅動模塊設計，考慮要硬件設計驅動電路的方法會電路復雜，調(diào)試不方便，而且采用多個元器件搭接，成本高。而直接采用集成的驅動芯片時電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設計是直接采用電機驅動芯片L298作為電機驅動部分的核心部件。　L298簡介L298N為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅動芯片，內(nèi)部包含4 信道邏輯驅動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅動器，可同時驅動2個二相或1個四相步進電機，內(nèi)含二個HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅動器，接收標準：TTL邏輯準位信號，可驅動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。L298N 之接腳如圖 ，Pin1 和Pin15 可與電流偵測用電阻連接來控制負載的電路； OUTl、OUT2 和OUTOUT4 之間分別接2 個步進電機；input1~input4 輸入控制電位來控制電機的正反轉；Enable 則控制電機停轉?！298管腳圖引腳功能介紹：1；15腳（Sense A；Sense B）：電流檢測端，分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地；2；3腳（Output1；Output2）：1Y1Y2輸出端；4腳（VS）：功率電源電壓,此引腳與地必須連接 100nF電容器；5；7腳（Input 1； Input）：1A1A2輸入端，TTL 電平兼容；6；11腳（Enable A；Enable B）：TTL 電平兼容輸入 1EN、2EN 使能端，低電平禁止輸出；8腳（GND）：GND接地端；9腳（VSS）：邏輯電源電壓。此引腳必須與地連接100nF電容器；10；12腳（Input3；Input4）：2A1，2A2輸入端，TTL電平兼容；13；14腳（Out3；Out4）：2Y2Y2 輸出端，監(jiān)測引腳15；　電機驅動電路設計，本設計的電機驅動部分是由驅動芯片L298及其外圍電路構成，其中從L298的3腳和114腳（即芯片的輸出端）依次按順序連成一個插座，分別與步進電機的四根線相連。而112腳就依次與單片機的P1口的六個管腳相連。通過這一連接實現(xiàn)了單片機與L298以及步進電機的串聯(lián)控制。圖中很重要的部分是由四個二極管連成的保護電路，其作用是防止由于步進電機的轉速提高而產(chǎn)生的自感電動勢損壞芯片。由于本設計使用的電機驅動電壓是使用了9V (也可以使用12V)，所以二極管的負端接9V的參考電壓。如果驅動芯片的電壓改變，那么這個參考電壓也隨之一起改變?！‰姍C驅動電路圖　驅動電流檢測模塊設計本設計的驅動芯片電流檢測模塊的實際應用意義在于，檢測流過電機的電流值并及時顯示，對于防止電機過流而損壞電機有一定的意義。從上面的L298的芯片資料當中我們可以知道L298的Pin1和Pin15可與電流偵測電阻連接來偵測電機正常工作的情況下的工作電流。一般檢測電流的方法是通過檢測電壓值，然后通過歐姆定律換算電流值的方法測試電流，本設計也不例外。設計采用的42BYG101反應式步進電機，，這樣換算來檢測到的電壓值一般是在mV級，這樣以來，要是直接將檢測到的電壓值送給ADC0804進行模數(shù)轉換那么由于精度的原因勢必會對檢測結果的準確性造成很大的影響。所以考慮到這一原因我們是先將檢測到的電流值經(jīng)過OP07作放大處理后再將信號送給模數(shù)轉換芯片處理這樣保證了檢測值的可靠性。ADC0804輸出的數(shù)字信號再送給單片機的P 3口，經(jīng)過單片機處理后最后將檢測到的數(shù)字信號通過數(shù)碼管顯示出來。而在顯示這一部分有這樣一個問題，就是步進電機的工作電流不是一個恒定值，它是隨著時間的變化，會在一個小范圍內(nèi)不停的波動為了使顯示出來的電流數(shù)據(jù)更可靠，我們通過單片編程，采用了取一段時間的電流的平均值顯示出來。： 電流檢測框圖　OP07芯片簡介OP07功能介紹Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25μV），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為177。2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大傳感器的微弱信號等方面。特點超低偏移：150μV最大低輸入偏置電流：低失調(diào)電壓漂移：℃超穩(wěn)定時間：2μV/month最大高電源電壓范圍： 177。3V至177。22V芯片引腳功能說明1腳和8腳：是偏置平衡（調(diào)零端）2腳：為反相輸入端3腳：為同向輸入端4腳和7腳：分別為ｖｃｃ－和ｖｃｃ＋5腳：懸空6腳：為輸出端　OP07芯片及管腳圖　ADC0804芯片簡介芯片主要技術指標 (1) 分辨率：8 位(0~255)(2) 存取時間：135 ms (3) 轉換時間：100 ms(4) 總誤差：1~+1LSB(5) 工作溫度：ADC0804C為0度~70度；ADC0804L為40 度~85 度(6) 模擬輸入電壓范圍：0V~5V(7) 參考電壓：(8) 工作電壓：5V芯片引腳功能及說明接腳說明見下圖：ADC0804 為一只具有20引腳8位CMOS連續(xù)近似的A/D 轉換器?！DC0804芯片及管腳圖(1). PIN1 (CS )：Chip Select，與RD、WR 接腳的輸入電壓高低一起判斷讀取或寫入與否，當其為低位準(low) 時會active。(2). PIN2 ( RD )：Read。當CS 、RD皆為低位準(low)時，ADC0804會將轉換后的數(shù)字訊號經(jīng)由DB7 ~ DB0 輸出至其它處理單元。(3). PIN3 (WR )：啟動轉換的控制訊號。當CS 、WR 皆為低位準(low) 時ADC0804 做清除的動作，系統(tǒng)重置。當WR由0→1且CS ＝0 時，ADC0804會開始轉換信號，此時INTR 設定為高位準(high)。(4). PINPIN19 (CLK IN、CLKR)：頻率輸入/輸出。頻率輸入可連接處理單元的訊號頻率范圍為100 kHz 至800 kHz。而頻率輸出頻率最大值無法大于640KHz，一般可選用外部或內(nèi)部來提供頻率。若在CLKR及CLK IN加上電阻R及電容C，則可產(chǎn)生ADC工作所需的時序，其頻率約為()(5). PIN5 ( INTR )：中斷請求。轉換期間為高位準(high)，等到轉換完畢時INTR 會變?yōu)榈臀粶?low)告知其它的處理單元已轉換完成，可讀取數(shù)字數(shù)據(jù)。(6). PINPIN7 (VIN(+)、VIN())：差動模擬訊號的輸入端。輸入電壓VIN＝VIN(+) －VIN()，通常使用單端輸入，而將VIN()接地。(7). PIN8 (A GND):模擬電壓的接地端。(8). PIN9 (VREF/2):輔助參考電壓輸入端ADC0804工作原理ADC0804是屬于連續(xù)漸進式（Successive Approximation Method）的A/D轉換器，這類型的A/D轉換器除了轉換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優(yōu)點，普遍被應用于微電腦的接口設計上。以輸出8位的ADC0804動作來說明“連續(xù)漸進式A/D轉換器”的轉換原理，動作步驟如下表示（原則上先從左側最高位尋找起）。第一次尋找結果：10000000 （若假設值≤輸入值，則尋找位＝假設位＝1）第二次尋找結果：11000000 （若假設值≤輸入值，則尋找位＝假設位＝1）第三次尋找結果：11000000 （若假設值輸入值，則尋找位＝該假設位＝0）第四次尋找結果：11010000 （若假設值≤輸入值，則尋找位＝假設位＝1）第五次尋找結果：11010000 （若假設值輸入值，則尋找位＝該假設位＝0）第六次尋找結果：11010100 （若假設值≤輸入值，則尋找位＝假設位＝1）第七次尋找結果：11010110 （若假設值≤輸入值，則尋找位＝假設位＝1）第八次尋找結果：11010110 （若假設值輸入值，則尋找位＝該假設位＝0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉換器只要8次尋找，12位的A/D轉換器只要12次尋找，就能完成轉換的動作，其中的輸入值代表圖4..10的模擬輸入電壓Vin。對8位ADC0804而言，它的輸出準位共有28＝256種，即它的分辨率是1/256，假設輸入信號Vin為0～5V電壓范圍，則它最小輸出電壓是5V/256＝，這代表ADC0804所能轉換的最小電壓值。分辨率與內(nèi)部轉換頻率的計算對8位ADC0804而言，它的輸出準位共有28＝256種，即它的分辨率是1/256，假設輸入信號Vin為0～5V電壓范圍，則它最小輸出電壓是5V/256＝，這代表ADC0804所能轉換的最小電壓值?！?2位A/D轉換器的分辨率和最小電壓轉換值。　A/D轉換器的分辨率和最小電壓值位數(shù)目分辨率最小電壓轉換值81/256101/1024121/4096amp。FPGA、8051單片機等典型連接圖至于內(nèi)部的轉換頻率fCK，（19腳）、CLK IN（4腳）所連接的R（）、C()值來決定。　ADC0804與CPLDamp。FPGA、8051單片機等典型連接圖頻率計算方式是：fCK＝1/(RC)若以上圖的R＝10KΩ、C＝150PF為例，則內(nèi)部的轉換頻率是fCK＝1/（10 KΩ150PF）＝606KHz更換不同的R、C值，會有不同的轉換頻率，而且頻率愈高代表速度愈快。但是需要注意R、C的組合，務必使頻率范圍是在100KHz～1460KHz之間?！‰娏鳈z測模塊電路圖，OP07的3腳是反向輸入端，4腳是同向輸入端，6腳輸出端。按照如圖所示的接法及對應電阻值的大小，我們很容易知道，此連接后的電壓放大倍數(shù)是80倍，且為同向放大。OP07放大的信號來源是L298的1腳測電流的小電阻分出來的電壓，然后經(jīng)OP07放大之后的信號送給0804處理?！‰娏鳈z測模塊電路圖本設計一共設計了四個按鍵，其中一個是單片機復位電路按鍵，。此時按鍵的工作原理是按下按鍵之后就相當于是把對應的端口的電勢拉低。在處理按鍵程序前就先去抖動，防止因按鍵時產(chǎn)生的機械抖動而錯誤的重復執(zhí)行相應程序。所有按鍵處理程序都是在等按下后執(zhí)行的。這些在軟件編設計部分都會有說明。第4章　系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、延時子程序、按鍵響應程序，數(shù)碼管顯示程序，讀ADC0804子程序及控制脈沖輸出幾部分，事實上每一部分都是緊密相關的，每個功能模塊對于整體設計都是非常重要，單片機AT89S51通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運行起來，軟件設計的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運行質量。程序流程圖的設計遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細分到每一個模塊的流程。在流程圖中把設計者的控制過程梳理清楚。具體程序的講解將在本章各節(jié)做詳細講解。 顯示子程序的設計圖411 顯示程序流程圖　　鍵盤子程序的設計圖421 鍵盤程序流程圖　　驅動程序流程的設計： 返回圖431 主程序流程圖　　正反轉程序流程圖　正反轉程序流程圖圖441 正反轉程序流程圖 轉速快慢程序流程圖 返回442 轉速快慢程序流程圖圖442 中斷子程序流程圖第5章 實驗結果與分析 有關參數(shù)的計算與分析在單相三拍方式控制中，假如A相電源通電，B、C兩相都不通電，在磁場作用下，使轉子齒和A相的定子齒對齊。若此時為初始狀態(tài)，并設與A相磁極對齊的齒為0號齒，由于B相齒與A相齒相差120度。且不為整數(shù)。所以此轉子不能和B號齒對齊，只有13號小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3度，如果此時變?yōu)锽相通電，萬里A、C兩相不通電，則B相磁極迫使與13號齒對齊，整個齒就轉了3度，稱為一步。步進電機就是以這種方式作為動力而轉動。在單相三拍ABCA通電一周，轉子轉動了9度。固步距角可用公式71表示： （71）其中為步距角，N為運行的拍數(shù)，為轉子的齒數(shù)。其中，為控制的相繞阻，C在三拍中為1，在六拍中為2。 步距角的速度的控制是通過改變脈沖的時間間隔來控制的。如果步進電機每轉20圈要2秒。則每進一步所在的時間為：計算公式如72所示： （72）可見只要輸出一個脈沖后延時再輸脈沖就可以達到自定的速度。本次設計在求的轉速范圍為0到，最高轉速時的精度為2%。功率為1W。得：步進脈沖之間的延遲時間為。 = 延遲時間在0到。精度是由步進電機的性能決定的。 理論與實際的分析 從的公式看到,改變步進電動機步距的大小有三種方式:1) 改變步進電動機的相數(shù)。步進電動機的相數(shù)越多、步距角就越小。2) 與步進電動機的定、轉齒數(shù)有關。3) 與定子控制繞組的通電方式有關。要改變步進電機步距角的大小也只能通過這三種方式。設計中步進電機為三相，功率為1W。因步進電機的轉子上沒有繞阻而是由40個小齒均勻地分布在圓周上。定子的齒也是固定不變的，通電方式是選取用三相單三拍方式。可見步進電機的一但選定，其步距角就不能再改變了。要改變轉束也就只能通過脈沖之間的延時來改變。但對步進電動機的步距角的控制,可以實現(xiàn)對步進電動機的轉速精度控制。但實際上步進電機在用行時是帶有一定量的負載，當運轉時會存在許多誤差，同時因為負載的存在可能引起失步和震蕩。這就使步進電機不能按預定的規(guī)律運行，從而是很難達到轉速精度的要求。為準確測量電機的轉速穩(wěn)定度,須選用高精度測量儀器。光電編碼器因光電式數(shù)字輸出而更具抗干擾性強和處理簡便的優(yōu)勢。增量式旋轉編碼器如圖71 所示。其核心部件為光柵碼盤,玻璃盤表面的光柵道數(shù)決定了編碼器的分辨率,而后者制約了轉速測量的精度。當編碼器分辨率與系統(tǒng)誤差相近時,其影響將不復存在。 圖71 　增量式旋轉編碼器光電編碼器的分分辨率是決定著反饋的準確性與反饋的精度。也對步進電機的延時長短起到一定的作用?？梢妼嶋H與理論是有一定的差別的。附　錄8279的初始化程序如下： INIT:MOV DPTR，7FFFH ；置8279命令/狀態(tài)口地址 MOV A，0D1H ；置清顯示命令字 MOVX @DPTR，A ；送清顯示命令 WEIT:MOVX A，@DPTR ；讀狀態(tài) JB ，W