【文章內(nèi)容簡介】 格。如下所示：表1 步進電機四拍控制通電方式時序單片機管腳位通電的線圈對應(yīng)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換16進制數(shù)10010001002H21000100008H30001000101H40100010004H表2 步進電機八拍控制通電方式時序單片機管腳位通電的線圈對應(yīng)二進制數(shù)轉(zhuǎn)換16進制數(shù)10010001002H2101010100AH31000100008H41001100109H50001000101H60101010105H70100010004H80110011006H由上述所得表格，便可以通過控制單片機I/O口輸出高低電平變化來實現(xiàn)步進電機的四拍，八拍運轉(zhuǎn)。在編寫程序時，設(shè)置好控制字，在I/O口做循環(huán)輸出，便實現(xiàn)了單片機對步進電機的控制。由于單片機單獨代負載能力較差，步進電機與單片機之間需要接入步進電機的驅(qū)動電路。 L298驅(qū)動電路設(shè)計由課題任務(wù)要求可知，二相步進電機需采用雙極性（H橋）控制，故考慮使用芯片L298來驅(qū)動步進電機。L298N 為雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)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(qū)動器，接收標準TTL邏輯準位信號，可驅(qū)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。在接入步進電機時，OUTl，OUT2 ，OUT3，OUT4接二相步進電機的,，二相步進電機的對應(yīng)管腳以圖6為準，input1~input4接單片機的I/O口，用來控制單片機的正反轉(zhuǎn)以及四拍，八拍通電方式。芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖7 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖由圖6與圖7比較可以看出，L298內(nèi)部集成有2個H橋路，對應(yīng)的輸入接口為：，。對應(yīng)的輸出接口為：OUT1接，OUT2接，OUT3接，OUT4接。PROTUS仿真圖為：圖8 驅(qū)動電路PROTUS仿真圖 四位LED數(shù)碼管顯示設(shè)計 任務(wù)要求需采用4位LED數(shù)碼管顯示工作步數(shù)，通過查閱相關(guān)資料，在仿真時采用型號7SEGMPX4CC共陰極數(shù)碼管顯示。其PROTUS仿真圖如下所示：圖9 數(shù)碼管顯示仿真圖單片機的PD口接數(shù)碼管輸入管腳ABCDEFG以及DP（可以不用），PE口接4位數(shù)碼管的片選端口1234，7段數(shù)碼管對應(yīng)的顯示數(shù)值與輸入信號的關(guān)系可以由下表得到。表3 七段數(shù)碼管顯示功能表單片機管腳輸入顯示十六進制PD0PD1PD2PD3PD4PD5PD6ABCDEFG1111110O3FH0110000106H110110125BH111100134FH0110011466H101101156DH001111167DH1110000707H111111187FH111101196FH由上表可以得到顯示數(shù)字與單片機管腳輸入信號的對應(yīng)關(guān)系。只需要控制單片機的PD口輸出信號即可顯示數(shù)字，在程序設(shè)計中，定義7段顯示數(shù)組為seven_seg[10]= {0X3f, 0X06, 0X5b, 0X4f,0X66,0X6d,0X7d,0X07,0X7f,0X6f}即可使數(shù)碼管顯示數(shù)字。 總體硬件仿真設(shè)計 由前面各硬件部分的設(shè)計分析，以及控制系統(tǒng)的總體原理框圖可以得到系統(tǒng)的硬件PROTUS仿真圖為： 圖10 系統(tǒng)仿真原理圖 通過硬件仿真圖可以看到，以單片機ATmega128為核心的控制系統(tǒng)，由PA口與PB口進行開關(guān)按鍵的設(shè)置，具體為：PB1接K2啟動/停止開關(guān)，高電平為停止?fàn)顟B(tài)，低電平為啟動狀態(tài)；PA7接K3正/反轉(zhuǎn)開關(guān)，高電平為正轉(zhuǎn)，低電平為反轉(zhuǎn)；PA0接K0四拍通電方式，按一次即可使電機進行四拍運轉(zhuǎn)；PA2接K1八拍通電方式，按一次使電機進行八拍運轉(zhuǎn)。 PE口與PD口外接4位LED數(shù)碼管，顯示步進步數(shù)，具體接線方式已在前面敘述，通過控制PE口的電平信號，達到片選的目的，進而實現(xiàn)4位數(shù)值的顯示。PF口作為輸出口外接負載，具體由PF7接綠色發(fā)光二極管，使其在電機停轉(zhuǎn)時亮；PF5接紅色放光二極管，使其在電機正轉(zhuǎn)時亮；PF4接黃色發(fā)光二極管，使其在電機發(fā)轉(zhuǎn)時亮。PF0PF3外接驅(qū)動電路L298的4個輸入端，具體為PF0接IN2，PF1接IN1，PF2接IN3，PF3接IN4；，L298再外接二相步進電機，這樣即可通過控制單片機的PF口輸出電平來實現(xiàn)二相步進電機的啟動，停止，正反轉(zhuǎn)以及四拍，八拍運轉(zhuǎn)。具體工作過程需通過對單片機編程來實現(xiàn)。3軟件設(shè)計模塊 軟件模塊的分析需要根據(jù)硬件電路的設(shè)計來進行，基于上述硬件電路的分析設(shè)計，對整個程序流程需要有個整體的思考與判斷。由硬件電路的設(shè)計可以看出，程序需要實現(xiàn)以下幾個功能：通過開關(guān)按鍵實現(xiàn)電機的啟用與停止，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，以及四拍，八拍的運行方式；由4位LED數(shù)碼管實現(xiàn)步進步數(shù)的顯示；3個發(fā)光二極管顯示電機的狀態(tài)。程序設(shè)計的總體思想是單片機通過判斷按鍵輸入電平變化從而選擇正反轉(zhuǎn)以及四八拍的工作方式。通過單片機的定時器/計數(shù)器2實現(xiàn)步數(shù)計數(shù)的功能；由定時器/計數(shù)器0實現(xiàn)單片機PF口輸出正反轉(zhuǎn)信號以及四拍，八拍控制字，同時發(fā)光二極管顯示狀態(tài)，主程序流程圖如圖31所示。程序設(shè)計主要采用主程序調(diào)用子程序的模式來進行，定義子程序display（）在主程序中循環(huán)實現(xiàn)單片機的持續(xù)運行。在display（）中，調(diào)用子程序saomiao（）實現(xiàn)對按鍵的掃描以達到選定電機運行狀態(tài)的目的，由if判斷語句設(shè)計，先判斷啟動/停止按鍵接口PB1，接著判斷正/反轉(zhuǎn)按鍵接口PA7，設(shè)定變量flag（正轉(zhuǎn)位0，反轉(zhuǎn)為2），然后判斷四八拍方式選擇按鍵，此時開啟定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器2，以及確定循環(huán)變量tt（四拍為4，八拍為8），由于定時器/計數(shù)器的啟動，使得單片機的PF口輸出對應(yīng)方式的控制字，讓電機開始運轉(zhuǎn)；計數(shù)功能啟用，實現(xiàn)步進數(shù)的計數(shù)，最后通過片選數(shù)組scan[k]選定數(shù)碼管的位數(shù)，并由七段數(shù)組seven_seg[]，顯示對應(yīng)的數(shù)值。最后重新判斷PB口數(shù)值，若啟動/停止按鍵為停止，則關(guān)閉定時器/計數(shù)器0和定時器/計數(shù)器2，系統(tǒng)停止，具體完整程序參見附錄。，八拍流程分析與設(shè)計 程序設(shè)計需要對步進電機進行四拍控制與八拍控制，有前面所述可知，兩者的區(qū)別在于對電機的通電時序不一樣。由表21與表22可以得到電機的控制字，在程序設(shè)計時，首先定義電機的控制字數(shù)組，由于存在正反轉(zhuǎn)兩種情況，所以定義一個2維數(shù)組為d4[][8]= {{0x22,0x28,0x21,0x24},{0x22,0x2a,0x28,029，0x21,0x25,0x24,0x26},{0x14,0x11,0x18,0x12},{0x14,0x15,0x11, 0x19, 0x18, 0x1a,0x12,0x16}}；分別為電機正轉(zhuǎn)4拍，正轉(zhuǎn)8拍，反轉(zhuǎn)4拍，反轉(zhuǎn)8拍的控制字；通過給單片機PF口賦予上述數(shù)值即可實現(xiàn)步進電機的不同方式運轉(zhuǎn)，同時由發(fā)光二極管顯示電機的工作狀態(tài)。圖11 主程序流程圖 在程序設(shè)計時，需要使用單片機的定時器/計數(shù)器0