【文章內(nèi)容簡介】 位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r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(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)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(huì)有閃爍感，動(dòng)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。　共陽數(shù)碼管電路圖本設(shè)計(jì)選用了數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)，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(jī)的控制端口輸出的電壓不足以直接點(diǎn)亮數(shù)碼管，所以在單片機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)，考慮要硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高。而直接采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設(shè)計(jì)是直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的核心部件?！298簡介L298N為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)：TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，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(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)。L298N 之接腳如圖 ，Pin1 和Pin15 可與電流偵測用電阻連接來控制負(fù)載的電路； OUTl、OUT2 和OUTOUT4 之間分別接2 個(gè)步進(jìn)電機(jī)；input1~input4 輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)?！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(gè)H橋的電流反饋腳，不用時(shí)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(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)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(gè)插座，分別與步進(jìn)電機(jī)的四根線相連。而112腳就依次與單片機(jī)的P1口的六個(gè)管腳相連。通過這一連接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與L298以及步進(jìn)電機(jī)的串聯(lián)控制。圖中很重要的部分是由四個(gè)二極管連成的保護(hù)電路，其作用是防止由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢損壞芯片。由于本設(shè)計(jì)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓是使用了9V (也可以使用12V)，所以二極管的負(fù)端接9V的參考電壓。如果驅(qū)動(dòng)芯片的電壓改變，那么這個(gè)參考電壓也隨之一起改變?！‰姍C(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖　驅(qū)動(dòng)電流檢測模塊設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片電流檢測模塊的實(shí)際應(yīng)用意義在于，檢測流過電機(jī)的電流值并及時(shí)顯示，對(duì)于防止電機(jī)過流而損壞電機(jī)有一定的意義。從上面的L298的芯片資料當(dāng)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(jī)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(shè)計(jì)也不例外。設(shè)計(jì)采用的42BYG101反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，，這樣換算來檢測到的電壓值一般是在mV級(jí)，這樣以來，要是直接將檢測到的電壓值送給ADC0804進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換那么由于精度的原因勢必會(huì)對(duì)檢測結(jié)果的準(zhǔn)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(hào)送給模數(shù)轉(zhuǎn)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(hào)再送給單片機(jī)的P 3口，經(jīng)過單片機(jī)處理后最后將檢測到的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)碼管顯示出來。而在顯示這一部分有這樣一個(gè)問題，就是步進(jìn)電機(jī)的工作電流不是一個(gè)恒定值，它是隨著時(shí)間的變化，會(huì)在一個(gè)小范圍內(nèi)不停的波動(dòng)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(shí)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(yùn)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(duì)于OP07A最大為25μV），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時(shí)具有輸入偏置電流低（OP07A為177。2nA）和開環(huán)增益高（對(duì)于OP07A為300V/mV）的特點(diǎn)，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(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。特點(diǎn)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(shí)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(shù)指標(biāo) (1) 分辨率：8 位(0~255)(2) 存取時(shí)間：135 ms (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)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(zhuǎn)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?qū)懭肱c否，當(dāng)其為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)會(huì)active。(2). PIN2 ( RD )：Read。當(dāng)CS 、RD皆為低位準(zhǔn)(low)時(shí)，ADC0804會(huì)將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字訊號(hào)經(jīng)由DB7 ~ DB0 輸出至其它處理單元。(3). PIN3 (WR )：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。當(dāng)CS 、WR 皆為低位準(zhǔn)(low) 時(shí)ADC0804 做清除的動(dòng)作，系統(tǒng)重置。當(dāng)WR由0→1且CS ＝0 時(shí)，ADC0804會(huì)開始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí)INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn)(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(hào)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(shí)序，其頻率約為()(5). PIN5 ( INTR )：中斷請(qǐng)求。轉(zhuǎn)換期間為高位準(zhǔn)(high)，等到轉(zhuǎn)換完畢時(shí)INTR 會(huì)變?yōu)榈臀粶?zhǔn)(low)告知其它的處理單元已轉(zhuǎn)換完成，可讀取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。(6). PINPIN7 (VIN(+)、VIN())：差動(dòng)模擬訊號(hào)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(jìn)式（Successive Approximation Method）的A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的A/D轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。以輸出8位的ADC0804動(dòng)作來說明“連續(xù)漸進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動(dòng)作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最高位尋找起）。第一次尋找結(jié)果：10000000 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1）第二次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1）第三次尋找結(jié)果：11000000 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝0）第四次尋找結(jié)果：11010000 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1）第五次尋找結(jié)果：11010000 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝0）第六次尋找結(jié)果：11010100 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1）第七次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值≤輸入值，則尋找位＝假設(shè)位＝1）第八次尋找結(jié)果：11010110 （若假設(shè)值輸入值，則尋找位＝該假設(shè)位＝0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉(zhuǎn)換器只要8次尋找，12位的A/D轉(zhuǎn)換器只要12次尋找，就能完成轉(zhuǎn)換的動(dòng)作，其中的輸入值代表圖4..10的模擬輸入電壓Vin。對(duì)8位ADC0804而言，它的輸出準(zhǔn)位共有28＝256種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號(hào)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(zhuǎn)換的最小電壓值。分辨率與內(nèi)部轉(zhuǎn)換頻率的計(jì)算對(duì)8位ADC0804而言，它的輸出準(zhǔn)位共有28＝256種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號(hào)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(zhuǎn)換的最小電壓值?！?2位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓轉(zhuǎn)換值?！/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓值位數(shù)目分辨率最小電壓轉(zhuǎn)換值81/256101/1024121/4096amp。FPGA、8051單片機(jī)等典型連接圖至于內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率fCK，（19腳）、CLK IN（4腳）所連接的R（）、C()值來決定?！DC0804與CPLDamp。FPGA、8051單片機(jī)等典型連接圖頻率計(jì)算方式是：fCK＝1/(RC)若以上圖的R＝10KΩ、C＝150PF為例，則內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率是fCK＝1/（10 KΩ150PF）＝606KHz更換不同的R、C值，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)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(wù)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(duì)應(yīng)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(hào)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(hào)送給0804處理?！‰娏鳈z測模塊電路圖本設(shè)計(jì)一共設(shè)計(jì)了四個(gè)按鍵，其中一個(gè)是單片機(jī)復(fù)位電路按鍵，。此時(shí)按鍵的工作原理是按下按鍵之后就相當(dāng)于是把對(duì)應(yīng)的端口的電勢拉低。在處理按鍵程序前就先去抖動(dòng)，防止因按鍵時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)而錯(cuò)誤的重復(fù)執(zhí)行相應(yīng)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(shè)計(jì)部分都會(huì)有說明。第4章　系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要分為系統(tǒng)初始化、延時(shí)子程序、按鍵響應(yīng)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(shí)上每一部分都是緊密相關(guān)的，每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要，單片機(jī)AT89S51通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來，軟件設(shè)計(jì)的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。程序流程圖的設(shè)計(jì)遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細(xì)分到每一個(gè)模塊的流程。在流程圖中把設(shè)計(jì)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(xì)講解。 顯示子程序的設(shè)計(jì)圖411 顯示程序流程圖　　鍵盤子程序的設(shè)計(jì)圖421 鍵盤程序流程圖　　驅(qū)動(dòng)程序流程的設(shè)計(jì)： 返回圖431 主程序流程圖　　正反轉(zhuǎn)程序流程圖　正反轉(zhuǎn)程序流程圖圖441 正反轉(zhuǎn)程序流程圖 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖 返回442 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖圖442 中斷子程序流程圖第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 有關(guān)參數(shù)的計(jì)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(zhuǎn)子齒和A相的定子齒對(duì)齊。若此時(shí)為初始狀態(tài)，并設(shè)與A相磁極對(duì)齊的齒為0號(hào)齒，由于B相齒與A相齒相差120度。且不為整數(shù)。所以此轉(zhuǎn)子不能和B號(hào)齒對(duì)齊，只有13號(hào)小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3度，如果此時(shí)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(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)齒就轉(zhuǎn)了3度，稱為一步。步進(jìn)電機(jī)就是以這種方式作為動(dòng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)。在單相三拍ABCA通電一周，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)了9度。固步距角可用公式71表示： （71）其中為步距角，N為運(yùn)行的拍數(shù)，為轉(zhuǎn)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(shí)間間隔來控制的。如果步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)20圈要2秒。則每進(jìn)一步所在的時(shí)間為：計(jì)算公式如72所示： （72）可見只要輸出一個(gè)脈沖后延時(shí)再輸脈沖就可以達(dá)到自定的速度。本次設(shè)計(jì)在求的轉(zhuǎn)速范圍為0到，最高轉(zhuǎn)速時(shí)的精度為2%。功率為1W。得：步進(jìn)脈沖之間的延遲時(shí)間為。 = 延遲時(shí)間在0到。精度是由步進(jìn)電機(jī)的性能決定的。 理論與實(shí)際的分析 從的公式看到,改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距的大小有三種方式:1) 改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)越多、步距角就越小。2) 與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)齒數(shù)有關(guān)。3) 與定子控制繞組的通電方式有關(guān)。要改變步進(jìn)電機(jī)步距角的大小也只能通過這三種方式。設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)為三相，功率為1W。因步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有繞阻而是由40個(gè)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(jìn)電機(jī)的一但選定，其步距角就不能再改變了。要改變轉(zhuǎn)束也就只能通過脈沖之間的延時(shí)來改變。但對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角的控制,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速精度控制。但實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)在用行時(shí)是帶有一定量的負(fù)載，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)存在許多誤差，同時(shí)因?yàn)樨?fù)載的存在可能引起失步和震蕩。這就使步進(jìn)電機(jī)不能按預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行，從而是很難達(dá)到轉(zhuǎn)速精度的要求。為準(zhǔn)確測量電機(jī)的轉(zhuǎn)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(qiáng)和處理簡便的優(yōu)勢。增量式旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速測量的精度。當(dāng)編碼器分辨率與系統(tǒng)誤差相近時(shí),其影響將不復(fù)存在。 圖71 　增量式旋轉(zhuǎn)編碼器光電編碼器的分分辨率是決定著反饋的準(zhǔn)確性與反饋的精度。也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的延時(shí)長短起到一定的作用?？梢妼?shí)際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