【文章內(nèi)容簡介】 3是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/(吸收或輸出電流方式)4個TTL輸入。對端口寫1時,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位,這時可用作輸入口。P3作輸入口使用時,因為內(nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流(IIL)。 步進電機介紹 步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進步，在自動化控制、精密機械加工、航空航天技術(shù)及所有要求高精度定位等高新技術(shù)領(lǐng)域，步進電機的得到了廣泛的應(yīng)用。步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。若在其輸入加入有規(guī)律的脈沖信號,就能驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向移動一定的距離或轉(zhuǎn)動一個角度（稱為“步距角”）。從結(jié)構(gòu)上步進電機分為單相、雙相、三相、四相、五相、六相等多種。本次設(shè)計使用步進電機分為A、B、C、D四相繞組，每相通電一次稱為一拍。四相步進電機根據(jù)不同的通電規(guī)律可分為幾種工作模式：四相單四拍：ABCD；四相雙四拍：ABBCCDDA；四相單八拍：AABBBCCCDDDA；四相雙八拍：ABABCBCBCDCDCDADADAB。步進電機的正反轉(zhuǎn)與電機每相的通電順序有關(guān)，可以改變相序來改變電機的正反轉(zhuǎn)。步進電機每步所旋轉(zhuǎn)角度的大小，稱為步距角（βB）。它是由電機本身轉(zhuǎn)子的齒數(shù)（ZR）。一個通電循環(huán)內(nèi)通電節(jié)拍數(shù)（MQ）決定的。即βB=360/ ZR MQ。電機出廠的步距角是固定的。(，)。步進電機轉(zhuǎn)速的高低與控制脈沖頻率有關(guān)。改變控制脈沖頻率，可改變電機轉(zhuǎn)速。步進電機特點1．一般步進電機的精度為步進角的35%，且不累積。2．步進電機外表允許的最高溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏8090度完全正常。3．步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4．步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。3 系統(tǒng)基本實現(xiàn)方案 系統(tǒng)框圖根據(jù)設(shè)計要求，步進電機控制電路可以分為控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電機驅(qū)動模塊、步進電機部分。步進電機控制電路基本模塊方框圖如圖所示。設(shè)計系統(tǒng)框架時，除了考慮實現(xiàn)按摩功能外，系統(tǒng)的可操作性和安全性也是至關(guān)重要的。為了方便用戶使用，給他們舒適的感受，按摩機必須設(shè)計良好的用戶操作按鍵以及必要的顯示系統(tǒng)；并充分完善供電電源的設(shè)計。按摩機的主要功能模塊可劃分為6部分。1. 按鍵輸入與L12864液晶顯示部分。該模塊負(fù)責(zé)響應(yīng)按摩機4個按鍵輸入信號，并利用L12864液晶顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。其中，L12864液晶顯示啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速減速。2. 電源部分。該模塊實現(xiàn)單片機系統(tǒng)從交流中整流出穩(wěn)定的5V供電電壓。3. 電機部分。步進電機與L298連接實現(xiàn)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)。4. 驅(qū)動模塊。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。5. 蜂鳴器提示輸出部分。該模塊完成按摩機的告警提示，在一般工作情況下，蜂鳴器都將發(fā)聲告警（例如電機運行超時）。6發(fā)光二極管指示部分。氖燈只在按摩機工作時發(fā)光，否則熄滅。單片機系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)是系統(tǒng)框架實現(xiàn)的具體執(zhí)行步驟，系統(tǒng)設(shè)計框架雖然構(gòu)建了系統(tǒng)的整體功能模塊劃分，但是硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)還得通過具體的技術(shù)方案才能達到。采用的技術(shù)方案的好與壞直接影響系統(tǒng)的可操作性和安全性，以及后續(xù)設(shè)計工作的展開和進行。因此單片機系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)方案同樣重要。一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當(dāng)?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器等，還要設(shè)計合適的接口電路。系統(tǒng)的擴展和配置應(yīng)遵循以下原則：①. 盡可能選擇典型電路，并符合單片機常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。②. 系統(tǒng)擴展與外圍設(shè)備的配置水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進行二次開發(fā)。③. 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件實殃，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。④. 系統(tǒng)中的相關(guān)器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。⑤. 可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)計必不可少的一部分，它包括芯片、器件選擇、濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。⑥. 單片機外圍電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設(shè)線驅(qū)動器增強驅(qū)動能力或減少芯片功耗來降低總線負(fù)載。⑦. 要求盡量朝著“單片”方向設(shè)計硬件系統(tǒng)。系統(tǒng)器件越多，器件之間相互干擾也越強，功耗也增大，也不可避免地降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。確定了單片機后，需要對單片機相應(yīng)管腳的功能進行定義并設(shè)計其外部電路的功能。首先我們要預(yù)先分析，用戶使用按摩機所關(guān)心的是按鍵功能是否正確、以及液晶屏顯示的按摩振動速度是否準(zhǔn)確，也就是系統(tǒng)設(shè)計框架圖中“按鍵輸入與LCD12864液晶顯示指示部分”需要完成的工作。完成這些功能需要利用單片機I/O口，在不浪費系統(tǒng)資源的前提下分配單片機I/O口?？梢灾?，“按鍵輸入與LCD12864液晶指示部分”需要4(用戶按鍵）+11(LCD12864液晶)=15個I/O管腳。除了涉及用戶使用的I/O外，設(shè)計者還必須考慮分配I/O管腳的包括：驅(qū)動電路L298。這個部分獨立控制，需要4個單片機I/O管腳。根據(jù)上面的分析，完成按摩機需要15+4=19個單片機I/O管腳，而AT89C51單片機提供了32個可用的I/O管腳。工作過程：當(dāng)s1按下時，液晶顯示啟動，此時電機運轉(zhuǎn)，同時發(fā)光二極管亮否則熄滅。當(dāng)s2按下時，液晶顯示正轉(zhuǎn)，此時電機正轉(zhuǎn)；否則，液晶顯示逆轉(zhuǎn)，此時電機逆轉(zhuǎn)。當(dāng)s3每按一次，液晶顯示加速，步進電機加速。當(dāng)s4每按一次，液晶顯示減速，步進電機減速。當(dāng)步進電機運轉(zhuǎn)超時時，蜂鳴器響起來。 步進電機的驅(qū)動電路采用常用的電動機驅(qū)動芯片L298，它能夠接受標(biāo)準(zhǔn)的TTL電平控制信號，驅(qū)動電機。L298操作時能提供的電壓能達到50V，直流電流4A，具有過熱保護功能，邏輯“0”。L298在控制器的控制下驅(qū)動一個步進電動機，控制器產(chǎn)生L298年需的控制信號，以控制步進電機的運動狀態(tài)。為了防止定子繞組的電感作用，使得電流切換時產(chǎn)生過電壓，步進電機每相繞組兩端都須并聯(lián)一個用天在換相時起續(xù)流作用的肖基特二極管。L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機，也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。4腳接電源電壓，電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達2．5 A，可驅(qū)動電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。L298可驅(qū)動2個電動機，2腳和3腳，13腳和14腳之間可分別接電動機，1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號6。11TTL電平兼容輸入使能端，低電平禁止輸出我們選用驅(qū)動一臺電動機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反。續(xù)流管的作用:續(xù)流二極管通常是并聯(lián)在線圈的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產(chǎn) 生感應(yīng)電動勢。當(dāng)電流消失時，其感應(yīng)電動勢會對電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)反向電壓高于原件的反向擊穿電壓時，會把原件如三極管，等造成損壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線兩端，當(dāng)流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。步進電機控制電路的顯示模塊采用液晶顯示，因為液晶顯示器與數(shù)碼管相比，占用空間小、低功耗、無閃爍、降低視覺疲勞等優(yōu)點。故選用液晶顯示器LCD12864。 液晶是一種呈液體狀的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)受到外界電場影響時，其分子會產(chǎn)生精確有序的排列。如果對分子的排列加以適當(dāng)?shù)目刂疲壕Х肿訉试S光線穿越。液晶顯示器的顯示原理是在兩片玻璃基板上裝配向膜，液晶會沿著溝槽配向，具有偶極矩的液晶棒狀分了在外加電場的作用下，其排列狀態(tài)發(fā)生變化，使得通過液晶顯示器件的光被調(diào)制，從而呈現(xiàn)明與暗或透過與