【導(dǎo)讀】機可精確實現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù)。本設(shè)計主要是運用51單片機控制四相步進(jìn)電機系統(tǒng)。而步進(jìn)電機具有控制簡便、定位準(zhǔn)確等特點。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在許多領(lǐng)域?qū)⒌?。本設(shè)計采用專門的集成電路構(gòu)成的步進(jìn)電機驅(qū)動控系統(tǒng)。簡單，性價比高，體積小，軟件開發(fā)簡單。就可以任意設(shè)定步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制電機運行狀態(tài)。提出了步進(jìn)電機程序控制的硬件接口電路、程序流程圖和匯編程序。

　　

【正文】 1920 2122232425262728293031323334353637383940( b )煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 21 雙鍵鎖定是為兩鍵同時按下提供的保護(hù)方法。若有兩鍵或多個鍵同時按下，則無論這些鍵是以什么次序按下的，它只識別最后一個釋放的鍵，把該鍵值送入 FIFO/傳感器 RAM中。 N 鍵巡回是為 N 個鍵同時按下時提供的保護(hù)方法。若有多個鍵同時按下時，鍵盤掃描能按按鍵先后順序依次將鍵值送入 FIFO/傳感器 RAM 中。 2) 顯示器工作方式 通過對鍵盤 /顯示方式命令字和寫顯示 RAM 命令字的設(shè)置，顯示 數(shù)據(jù)寫入顯示緩沖器時可置為左端送入和右端送入兩種方式。左端送入為依次填入方式，右端送入為移位方式。 3. 8279 與單片機、鍵盤 /顯示器的接口 8279 是一種功能較強的鍵盤 /顯示接口電路，可直接與 Intel 公司的各個系列的單片機接口，可以外接多種規(guī)格的鍵盤和顯示器。圖 322 是 8051 與 8279 的一般接口框圖。圖中， 8279 外接 8 8 鍵盤， 16 位顯示器，由 SL0?SL2 譯出鍵掃描線，由 416 譯碼器對SL0?SL3 譯出顯示器的位掃描線。在實際應(yīng)用中，鍵盤的大小和顯示器的位數(shù)可以根據(jù)具體需要而定。 圖 322 8051 與 8279 的一般接口框圖 的應(yīng)用 利用鍵盤、顯示專用芯片 8279 能夠以較簡單的硬件電路和較少的軟件開銷實現(xiàn)單片機與鍵盤、 LED 顯示器的接口。 采用 8279 與 8051 接口，在 CPU 對 8279 進(jìn)行初始化后，只需向 8279 傳輸待顯示數(shù)據(jù)（送數(shù)），再就是在 8279 鍵盤中斷申請發(fā)出后，取鍵盤數(shù)據(jù)識別按鍵（取數(shù)），即可實現(xiàn)按鍵識別和動態(tài)顯示。至于要花費 CPU 大量時間的鍵盤掃描程序和動態(tài)顯示程序，全由 8279 硬件自動完成。， CPU 再也不必像實訓(xùn) 7 那樣不斷調(diào)用動態(tài)顯示子程序，不斷查詢是否有按鍵按下，大大提高了 CPU的工作效率。 五、 L297 L297 是意大利半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機專用控制器，它能控制 4 相信號，可用于O U T A 0~ O U T A 3R L 0 ~R L 73 8 譯碼器8 8鍵盤列線行線S L 0 ~ S L 3BDV C CV S S16 位顯示器4 16 譯碼器驅(qū)動器1881616438S L 0 ~ L S 2 S L 0 ~ L S 38＋ 5 V8 2 7 9I N T 1 1P020 ? F＋ 5 VWRRDP 2 . 7P 2 . 0A L E8 0 3 18I N TO U T B 0~ O U T B 3D 0 ~ D 7WRRDCSA0C L KR E S E TS H T R LC N T L煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 22 計算機控制的兩相兩極和四相單極步進(jìn)電機，能夠用單四拍雙四拍四相八拍方式控制步進(jìn)電機。芯片內(nèi)的ＰＷＭ斬波器電路可在開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機繞組中的電流。該集成電路采用了ＳＧＳ公司的模擬＼數(shù)字兼容的ＩＬ技術(shù)，使用５ Ｖ 的電源電壓，全部信號的連接都與 TTL＼ CMOS 或集電極開路的晶體管兼容。Ｌ 297 的芯片引 腳特別緊湊采用雙列直插 20 腳封裝，其引腳見圖 323 在圖 323 所示的 L297 的內(nèi)部方框圖中，變換器是一個重要組成部分。該變換器有一個三位計數(shù)器加某些組合邏輯電路組成，產(chǎn)生一個基本八步格雷碼（順序如 324）所示。由變換器產(chǎn)生四個輸出信號送給后面的邏輯部分，輸出邏輯提供邏輯禁止和斬波功能所需的相序。為了獲得電動機良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號是通過 2 個ＰＷＭ器控制電動機，每個斬波器包含有一個比較器＼一個觸發(fā)器和一個外部檢測電阻，如圖 325所示，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈沖。每個斬波器 的觸發(fā)器由 振蕩器的脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載電流提高時檢查電阻上的電壓相對提高，當(dāng)電壓達(dá)到Ｕ ref 時，將觸發(fā)器重置，切斷輸出，直到第二個振蕩脈沖到來。次線路的輸出是一恒定頻率的ＰＷＭ信號，Ｌ 297的 control 段的輸入決定斬波器對相位線 ABCD 由抑制作用；為低電平時，則對抑制線INH1 和 INH2 由抑制作用，從而可對電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。 Ｌ 297 能產(chǎn)生單四拍、雙四拍和四相八拍工作所需的適當(dāng)相序。３種方式的驅(qū)動相序都可很容易地根據(jù)變換器輸出的格雷碼的順序產(chǎn)生，格雷碼的順序直接與四相八排相符合，只有在１９腳輸入高電平即可。 其波形圖如圖 326 所示。通過交替跳過八步順序中的狀態(tài)就可以得到單四拍或雙四拍２種工作方式 。 L297 引腳功能： 腳 1（ SYNC）：斬波器輸出端。如果使用外部時鐘源，則時鐘信號接到此引腳 腳 2（ GND）： 接地端 腳 3（ HOME）：集電極開路輸出端。此引腳有效時，晶體管開路 腳 4（ A）： A 相驅(qū)動信號 腳 5（ INH1）：控制 A 相和 B相的驅(qū)動級。當(dāng)此引腳為低電平時， A相， B 相驅(qū)動控制被禁止；當(dāng)線圈繞組端電時，雙極性橋用這個信號使負(fù)載電流快速衰減。若 CONTROL端輸入是低電平時，用斬波器調(diào)節(jié)負(fù)載電流 腳 6（ B） ： B 相驅(qū)動信號 腳 7（ C）： C 相驅(qū)動信號 腳 8（ INH2）：控制 C 相和 D相的驅(qū)動極。作用跟 INH1 相同 腳 9（ D）： D 相驅(qū)動信號 腳 10（ ENABLE）： L297 的使能輸入端。當(dāng)它為低電平時， INH1,INH2,A,B,C,D 都為低電平。當(dāng)系統(tǒng)被復(fù)位時用來阻止電機驅(qū)動 腳 11（ CONTROL）：斬波器功能控制端 腳 12（ VCC）： +5V 電源輸入端 腳 13（ SENS2）： C相， D相繞組電流檢測電壓反饋輸入端 腳 14（ SENS1）： A相， B相繞組電流檢測電壓反饋輸入端 腳 15(Vref)：斬波器基準(zhǔn)電壓輸入端。 加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 23 腳 16（ OSC）：斬波頻率輸入端 腳 17（ CW/CCW）：方向控制端。改變此引腳電平狀態(tài)時，步進(jìn)電機反向旋轉(zhuǎn) 腳 18（ CLOCK）：步進(jìn)時鐘輸入端。該引腳輸入負(fù)脈沖時步進(jìn)電機向前步進(jìn)一個增量，該步進(jìn)是在信號的上升沿產(chǎn)生 腳 19（ HALF/FULL）：半步、全部方式選擇端。此引腳輸入為高電平時為半步方式（四相八拍），低電平時為全步方式。全步方式時變換器在奇數(shù)狀態(tài)，會得到二相全步順序（雙四拍）；變換器在偶數(shù)狀態(tài)，會得到單項工作方式（單四拍） 腳 20（ RESET）：復(fù)位輸入端。 此引腳輸入負(fù)脈沖時，變換器恢復(fù)初始狀態(tài)（ ABCD=0101） 圖 323 圖 324 圖 325 圖 326 圖 327 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 24 圖 328 圖 329 六、單片機與顯示器接口 （一） 單片機應(yīng)用系統(tǒng)最常用的顯示器是 LED（發(fā)光二極管顯示器）和 LCD（液晶顯示器），這兩種顯示器可顯示數(shù)字、字符及系統(tǒng)的狀態(tài)，它們的驅(qū)動電路簡單、易于實現(xiàn)且價格低廉，因此，得到廣泛應(yīng)用。在本設(shè)計中用的是 LED（發(fā)光二極管顯示器）。 常用的 LED 顯示器有 LED 狀態(tài)顯示器（俗稱發(fā)光二極管）、 LED 七段顯示器（俗稱數(shù)碼管）和 LED 十六段顯示器。發(fā)光二極管可顯示兩種狀態(tài)，用于系統(tǒng)狀態(tài)顯示；數(shù)碼管用于數(shù)字顯示； LED 十六段顯示器用 于字符顯示。本節(jié)重點介紹 LED 七段顯示器。 1． 數(shù)碼管簡介 1）數(shù)碼管結(jié)構(gòu) 數(shù)碼管由 8 個發(fā)光二極管（以下簡稱字段）構(gòu)成，通過不同的組合可用來顯示數(shù)字 0 ?字符 A ? F、 H、 L、 P、 R、 U、 Y、符號“ ?”及小數(shù)點“ ?”。數(shù)碼管的外型結(jié)構(gòu)如圖330（ a）所示。數(shù)碼管又分為共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，分別如圖 330（ b）和圖 330（ c）所示。 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 25 1 0 9 8 7 6g f G N D a b1 2 3 4 5dp.e d G N D c d pabcdefgD D+ 5V （ a） 外型結(jié)構(gòu) （ b） 共陰極 （ c）共陽極 圖 330 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖 2）數(shù)碼管工作原理 共陽極數(shù) 碼管的 8 個發(fā)光二極管的陽極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為低電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 共陰極數(shù)碼管的 8 個發(fā)光二極管的陰極（二極管負(fù)端）連接在一起，通常，公共陰極接低電平（一般接地），其它管腳接段驅(qū)動電路輸出端，當(dāng)某段驅(qū)動電路的輸出端為高電平時，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點 亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時，要求段驅(qū)動電路能提供額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來確定相應(yīng)的限流電阻。 3）數(shù)碼管的驅(qū)動 ULN2020A 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強等特點 ,適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。 ULN2020A 電路是美國 Texas Instruments公司和 Sprague公司開發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列電路 ,它的電路構(gòu)成、特征參數(shù)及典型應(yīng)用 如下 。 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 26 圖 331 功能框圖 表 37 ULN2020A 的極限參數(shù) 項目 符號 數(shù)值 單位 最大輸入電壓 Vi(max) 30 V 集電極 發(fā)射極電壓 Vo(max) 50 V 最大基極輸入電流 IB(MAX) 25 mA 輸出電流 Io 500 mA 貯存溫度 Ts 65～ 150 ℃ 結(jié)溫 Tj 175 ℃ 引線耐焊接溫度 TD 300 ℃ 2 靜態(tài)顯示 靜態(tài)顯示是指數(shù)碼管顯示某一字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定導(dǎo)通或恒定截止。這種顯示方式的各位數(shù)碼管相互獨立，公共端恒定接地（共陰極）或接正電源（共陽極）。每個數(shù)碼管的 8 個字段分別與一個 8 位 I/O 口地址相連， I/O 口只要有段碼輸出，相應(yīng)字符即顯示出來，并保持不變，直到 I/O 口輸出新的段碼。采用靜態(tài)顯示方式，較小的電流即可獲得較高的亮度，且占用 CPU 時間少，編程簡單，顯示便于監(jiān)測和控制，但其占用的口線多，硬件電路復(fù)雜，成本高，只適合于顯示位數(shù)較少的場合。 3. 動態(tài)顯示 動態(tài)顯示是一位一位地輪流點 亮各位數(shù)碼管，這種逐位點亮顯示器的方式稱為位掃描。通常，各位數(shù)碼管的段選線相應(yīng)并聯(lián)在一起，由一個 8 位的 I/O 口控制；各位的位選線（公共陰極或陽極）由另外的 I/O 口線控制。動態(tài)方式顯示時，各數(shù)碼管分時輪流選通，要使其穩(wěn)定顯示必須采用掃描方式，即在某一時刻只選通一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，在另一時刻選通另一位數(shù)碼管，并送出相應(yīng)的段碼，依此規(guī)律循環(huán)，即可使各位數(shù)碼管顯示將要顯示的字符，雖然這些字符是在不同的時刻分別顯示，但由于人眼存在視覺暫留效應(yīng)，只要每位顯示間隔足夠短就可以給人同時顯示的感覺。 采用動態(tài)顯示方 式比較節(jié)省 I/O 口，硬件電路也較靜態(tài)顯示方式簡單，但其亮度不如靜態(tài)顯示方式，而且在顯示位數(shù)較多時， CPU要依次掃描，占用 CPU較多的時間。 在本設(shè)計中采用五位動態(tài)顯示，設(shè)單片機 RAM 中有五個顯示緩沖單元 79H—7DH，煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 27 分別存放五位顯示器的顯示數(shù)據(jù)。 8155 的 A 口掃描輸出總有一位為高電平， 8155 的 B 口輸出相應(yīng)位的顯示數(shù)據(jù)的段數(shù)據(jù)，使某一位顯示出一個字符，其余為暗，依次改變 A 口輸出的高電平位及 B 口輸出對應(yīng)的段數(shù)據(jù)，五位顯示器就顯示出緩沖器的字符。顯示流程圖如圖 331 所示 煙臺大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計 ） 28 圖 331 顯示流程框圖 顯示器緩沖器指針置初值 79H 送到 R0 開始 掃描模式置初值 01H 送到 R3 （ R3） .5=1? R3 送到 8155 口 取顯示數(shù)據(jù)查表 轉(zhuǎn)化為段數(shù)據(jù)送 8155口 延時 1ms 顯示緩沖器指針加 1 R3 左移一位