【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。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，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)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。隨著工業(yè)技術的不斷進步，在自動化控制、精密機械加工、航空航天技術及所有要求高精度定位等高新技術領域，步進電機的得到了廣泛的應用。步進電機是一種將脈沖信號轉化為角位移的執(zhí)行機構。若在其輸入加入有規(guī)律的脈沖信號,就能驅動步進電機按設定的方向移動一定的距離或轉動一個角度（稱為“步距角”）。從結構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。步進電機的正反轉與電機每相的通電順序有關，可以改變相序來改變電機的正反轉。步進電機每步所旋轉角度的大小，稱為步距角（βB）。它是由電機本身轉子的齒數(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。(，)。步進電機轉速的高低與控制脈沖頻率有關。改變控制脈沖頻率，可改變電機轉速。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，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應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速的升高而下降。當步進電機轉動時，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，從而導致力矩下降。4．步進電機低速時可以正常運轉,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。該模塊負責響應按摩機4個按鍵輸入信號，并利用L12864液晶顯示當前工作狀態(tài)。其中，L12864液晶顯示啟停、正轉、反轉、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。4. 驅動模塊。L298N芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，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)設計技術是系統(tǒng)框架實現(xiàn)的具體執(zhí)行步驟，系統(tǒng)設計框架雖然構建了系統(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方案才能達到。采用的技術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)設計工作的展開和進行。因此單片機系統(tǒng)設計技術方案同樣重要。一個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內(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)等不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設計相應的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示器等，還要設計合適的接口電路。系統(tǒng)的擴展和配置應遵循以下原則：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)的標準化、模塊化打下良好的基礎。②. 系統(tǒng)擴展與外圍設備的配置水平應充分滿足應用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當余地，以便進行二次開發(fā)。③. 硬件結構應結合應用軟件方案一并考慮。硬件結構與軟件方案會產(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，以簡化硬件結構。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應時間比硬件實現(xiàn)長，且占用CPU時間。④. 系統(tǒng)中的相關器件要盡可能做到性能匹配。如選用CMOS芯片單片機構成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。⑤. 可靠性及抗干擾設計是硬件設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，必須考慮其驅動能力。驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠，可通過增設線驅動器增強驅動能力或減少芯片功耗來降低總線負載。⑦. 要求盡量朝著“單片”方向設計硬件系統(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，需要對單片機相應管腳的功能進行定義并設計其外部電路的功能。首先我們要預先分析，用戶使用按摩機所關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確，也就是系統(tǒng)設計框架圖中“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。可以知道，“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，設計者還必須考慮分配I/O管腳的包括：驅動電路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s1按下時，液晶顯示啟動，此時電機運轉，同時發(fā)光二極管亮否則熄滅。當s2按下時，液晶顯示正轉，此時電機正轉；否則，液晶顯示逆轉，此時電機逆轉。當s3每按一次，液晶顯示加速，步進電機加速。當s4每按一次，液晶顯示減速，步進電機減速。當步進電機運轉超時時，蜂鳴器響起來。 步進電機的驅動電路采用常用的電動機驅動芯片L298，它能夠接受標準的TTL電平控制信號，驅動電機。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芯片可以驅動兩個二相電機，也可以驅動一個四相電機，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，可驅動電感性負載。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) 生感應電動勢。當電流消失時，其感應電動勢會對電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當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，當流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應電動勢通過二極管和線圈構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物質，當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?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