【導(dǎo)讀】單片機(jī)是把主要的計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。自動化上，而51單片機(jī)是個單片機(jī)中最為典型和最有代表性的一種。信號頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。其控制方法也多種多樣。8751H為核心的微機(jī)控制調(diào)速器很好解決了各種控。整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。通過改變軟件設(shè)計(jì)，可靈活地實(shí)現(xiàn)各種控制。以達(dá)到精確定位的目的。使8751H單片機(jī)并行口P1口高四位～分別與驅(qū)。的4、3、2、1四個勵磁線圈的引腳相連。步驟的進(jìn)行正序旋轉(zhuǎn)或逆序旋轉(zhuǎn)。

　　

【正文】 及工作方式選擇，開關(guān)的狀態(tài)可根據(jù)需要來設(shè)置。 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動 通過前面的原理介紹，我們知道了步進(jìn)電動機(jī)是使用脈沖電源式作的，步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式有多種，下面介紹 4 種驅(qū)動： 單電壓驅(qū)動是步進(jìn)電動機(jī)控制中最簡單的一種驅(qū)動電路在本質(zhì)上是一個簡單的反相器。單電壓驅(qū)動電路的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 ,但它的缺點(diǎn)是工作效率低 ,在高頻工作狀態(tài)時其效率尤其差。所以單電壓驅(qū)動電路一般只用于小功率步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動。 雙電壓驅(qū)動就是采用兩種電源電壓的驅(qū)動電路。由于這兩種電源電壓分別是高壓和低壓電源 ,故也稱之為高低壓驅(qū)動電路。 斬波驅(qū)動電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)時下降 ,而斬波驅(qū)動電路可以克服這種缺點(diǎn)并且提高步進(jìn)電動 機(jī)的效率和力矩。 斬波驅(qū)動電路有兩種，一種是斬波恒流驅(qū)動電路；另一種是斬波平滑驅(qū)動電路。較廣泛應(yīng)用的是斬波恒流驅(qū)動電路。 斬波恒流驅(qū)動電路是利用斬波方法使電流恒定在額定值附近，這種電路也稱為定電流驅(qū)動電路。 步進(jìn)電動機(jī)是由脈沖電壓供電的，對應(yīng)于一個電壓脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一步。實(shí)現(xiàn)細(xì)分控制電路可分為兩類：一類是采用線性模擬功率放大的方法獲得階梯形電流，這種方法電路簡單，但功率管功耗大，效率低；另一類是用單片機(jī)采用數(shù)字脈沖調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復(fù)雜的計(jì)算來使細(xì)分后的步距角均勻一致。 本次設(shè)計(jì)中是采用單片機(jī)驅(qū)動。 WATCHDOG 自動產(chǎn)生中斷。使 CPU 備用沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 22 電源起作用，對 CPU 正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 23 第 5 章 硬件設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制 圖 51 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口 步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生，其基本控制作用如下。 步進(jìn)電動機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照電動機(jī)的工作臺方式進(jìn)行。通常我們把通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電動機(jī)的單三拍工作方式，其各相通電的順序?yàn)?ABCD(正轉(zhuǎn) )或 DCBA(反轉(zhuǎn) )，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制 A,B,C,D 相的通電和斷電。 通過前面介紹的步進(jìn)電動機(jī)原理我們知道，如果按給定的工作臺方式正序通電換相，步進(jìn)電動機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電動機(jī)就反轉(zhuǎn)。 如果給定步進(jìn)電動機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它就會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔時間越短，步進(jìn)電動機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。因此，脈沖的頻率決定了步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出 脈沖的頻率，就可以對步進(jìn)電動機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 8751 B 相驅(qū) 動 C 相驅(qū)動 D 相驅(qū)動 A 相驅(qū)動 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 24 步進(jìn)電動機(jī)的通電順序狀態(tài)表 本設(shè)計(jì)采用 4相控制，其狀態(tài)表為 31。表中， 1代表通電， 0代表斷電。 表 52步進(jìn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)通電順序表 節(jié)拍 通電順序 控制模型 正 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 A 1000 0000 80H 2 B 0100 0000 40H 3 C 0010 0000 20H 4 D 0001 0000 10H 表 53步進(jìn)電動機(jī)的反轉(zhuǎn)通電順序表 節(jié)拍 通電順序 控制模型 反 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 D 0001 0000 10H 2 C 0010 0000 20H 3 B 0100 0000 40H 4 A 1000 0000 80H 鍵盤和顯示設(shè)計(jì) 鍵盤 鍵盤是實(shí)現(xiàn)人機(jī)對話最常用的輸入設(shè)備，根據(jù)按鍵識別方法來區(qū)分，可分為全編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩大類。我們本次設(shè)計(jì)采用的是非編碼鍵盤，它有配置靈活和電路結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)。編碼鍵盤通過硬件電路產(chǎn)生被按鍵的鍵碼和一個選通脈沖。選通脈沖可以作為 CPU 的中斷請求信號，以通知 CPU 以中斷方式接受所按按鍵的鍵碼。這種鍵盤使用簡單，但硬件電 路復(fù)雜，常不采用。非編碼鍵盤根據(jù)系統(tǒng)所需鍵的多少排列成 x y 的行列式矩陣，分別接到系統(tǒng)的 I/O接口上，再配合軟件的掃描方式進(jìn)行工作，來確定是否有鍵按下。 我們選用的是按行逐列掃描， CPU 監(jiān)測鍵盤是否有鍵按下， CPU 只要把全沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 25 “ 0”送到 8255B 口就可以在所有列線上得到 TTL 低電平，然后讀取 C 口的行值就可以判斷是否有鍵按下。若無鍵按下，則所有該行值必為 03H；若有鍵按下，則行值必因被按按鍵的行列線接通而不等于 03H。若 CPU 發(fā)現(xiàn)有鍵按下，則必須獲取被按按鍵的行值和列值。 CPU 獲取被按按鍵的行值和列值只要逐列對鍵盤掃描就行了，即輪流地使 A 口中每條列線變?yōu)榈碗娖揭约白x取和判斷 C 的行值。若行值為 0C0H，則表明被按按鍵不在本列；若行值不為 0C0H，則對應(yīng)的列值和行值就是被按按鍵的列值和行值。 本次設(shè)計(jì)使用的是非編碼鍵盤，以 8255 為驅(qū)動芯片是 2 8 的行列是矩陣。將 8255 通過地址所存器 74LS373 鏈接到 8751H 上。 顯示 顯示也是人機(jī)對話的另一重要部分， LED 八段數(shù)碼管世單片機(jī)系統(tǒng)中用得最多得數(shù)字輸出顯示部件， LED 八段數(shù)碼管通常由構(gòu)成數(shù)字顯示的 a,b,c,d,e,f,g,h七短發(fā)光線段及一個表示小數(shù)點(diǎn)的 圓點(diǎn) dp 按一定位置排列組成， LED 八段數(shù)碼管可用于顯示 0~9 的數(shù)字和部分英文字母。所以我們設(shè)計(jì)采用 7 段數(shù)碼管。其特點(diǎn)是： ，小電流條件下發(fā)光。 。 ，重量輕，抗沖擊特性好。 ，可達(dá) 10 萬小時，成本低。 圖 54 中加了一個 PNP 型的三極管來控制數(shù)碼管的電源，是因?yàn)?164 沒有數(shù)據(jù)所存端，數(shù)據(jù)在傳送過程中，對輸出端是透明的。所以數(shù)據(jù)在傳送過程中數(shù)碼管有閃動現(xiàn)象，驅(qū)動的位數(shù)越多，閃動現(xiàn)象越明顯。為了消除這種現(xiàn)象在數(shù)據(jù)傳送過程中關(guān)閉 三極管使數(shù)碼管不顯示。數(shù)據(jù)傳送完后立即點(diǎn)亮數(shù)碼管，這樣就實(shí)現(xiàn)了所存功能。這種方法可以驅(qū)動十幾個數(shù)碼管而沒有閃動現(xiàn)象 [6]。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 26 圖 54 74LS164 連接圖 電源電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)用了 +5V、 +12V 電源，采用的是 78 系列的集成固定三端穩(wěn)壓管。78 系列集成穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定，漂移小，精度也比較高。其內(nèi)部也有完善的保護(hù)電路。它有風(fēng)部過流保護(hù)，保證輸出電流部會超出最大允許值；它有內(nèi)部熱保護(hù)電路，如果輸出管的結(jié)溫達(dá) 到允許的最大值，它會知道減小輸出電流；它內(nèi)部還有工作區(qū)限制電路。使穩(wěn)壓器的工作臺不進(jìn)入不安全區(qū)。因此，它的可靠性高。另外，它只有三條引腳，移位輸入，移位輸出，移位公共端，使用起來很簡單。 電源變壓器將 220V 的交流電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷褐怠Ｒ驗(yàn)樵谡?、濾波和穩(wěn)壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高 2V~3V。 整流電路將交流電壓變?yōu)槊}沖的直流電壓，常用的整流電路有單相半波，全波，橋式和倍壓整流電路。這里采用單相橋式不可控整流電路。 濾波電路用 于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗元件組成。如要負(fù) 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 27 載兩端并聯(lián)電容或與負(fù)載串聯(lián)電感 L。以及 C 和 L 組合而成的各種復(fù)式濾波電路。因?yàn)殡娙轂V波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，波紋較小，所以我們采用的是電容式濾波。 穩(wěn)壓的作用電當(dāng)電網(wǎng)電壓波動，負(fù)載和溫度變化時，維持輸出直流電壓的穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)采用三端集成穩(wěn)壓器，常用的是 7800 系列和 7900 系列。前者是三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，后者是三端固定負(fù)輸出極集成穩(wěn)壓器，整流后的輸出波形與純直流相差甚遠(yuǎn)，須經(jīng)濾波才能作直流電源用。最常用的元件是電容。整流輸出的 電壓升高時，輸出的電流一面供給負(fù)載應(yīng)用，一面給濾波電容充電。當(dāng)整流輸出電壓開始下降時，電容向負(fù)載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。 下面以電源 +12V 為例介紹一下電路的工作原理： 圖 55 +12 電源電路圖 220V， 50HZ 的交流電壓變壓后，輸出 +15V 左右的交流電壓其頻率仍為50HZ，交流信號經(jīng)橋式整流電路進(jìn)行全波整流，然后，經(jīng)電解電容濾波。最后，經(jīng) CW7805（三端固定穩(wěn)壓器）輸出的便是一個平穩(wěn)的 +12V 的直流電壓信號。電容 C4 和 C5 的作用是濾高頻波和抑制自激振蕩。 抗干擾設(shè) 計(jì) 由于系統(tǒng)中不可避免會從外界引入干擾，影響系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，故采用了硬件和軟件抗干擾措施。 ： ①輸入系統(tǒng)：它使模擬信號失真，輸入數(shù)據(jù)信號出錯。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 28 ②輸出系統(tǒng)：使各輸出信號混亂，不能反映微機(jī)系統(tǒng)的真實(shí)輸出量。從而導(dǎo)致一系列嚴(yán)重的后果，同時，還把現(xiàn)場的高電壓設(shè)備與主機(jī)隔離，防止出現(xiàn)高頻干擾現(xiàn)象。 ③微機(jī)控制的內(nèi)核，使三總線上的數(shù)據(jù)信號混亂， CPU 得到錯誤的數(shù)據(jù)信息，使運(yùn)算操作數(shù)失真。 ④電源系統(tǒng)：我們設(shè)計(jì)所采用的芯片都由直流穩(wěn)壓電源供電。這些直流穩(wěn)壓電 源都是由 220 伏轉(zhuǎn)化而來，有可能產(chǎn)生波動現(xiàn)象。使電源的壓降上升或下降，對主機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生干擾。 ： ①在電路排列方面，模擬電路和數(shù)字電路之間集中在一起，器件之間盡量縮短距離減小寄生電容。 ②在線路設(shè)計(jì)中，將所有器件的模擬地線和數(shù)字地線都區(qū)分開，兩者的地線不要混亂，分別與電源地線相連。 ③電源系統(tǒng)的干擾大部分是高次諧波，然后接穩(wěn)壓器件，以保持電源穩(wěn)定。 ④采用分散獨(dú)立功能模塊供電，在每塊系統(tǒng)功能模塊上用集成三端固定穩(wěn)壓器如 780 781 781 7915 等穩(wěn)壓源，而且也減少 了公共阻抗的相互耦合，大大提高了供電的可靠性。 （電源部分） WATCHDOG 本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴于 CPU，當(dāng)電源受干擾而掉電時， WATCHDOG 自動產(chǎn)生中斷。使 CPU 備用電源起作用，對 CPU 正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)。 看門狗電路 工業(yè)環(huán)境中的干擾大多是以窄脈沖的形式出現(xiàn)，而最終造成系統(tǒng)故障的多數(shù)現(xiàn)象為“死機(jī)”。究其原因是 CPU 在執(zhí)行某條指令時受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯。這時 ,CPU 執(zhí)行隨機(jī)拼寫的指令，甚至將操作數(shù)作為操作碼執(zhí)行，導(dǎo)致程 序“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”。為使這種“跑飛”或進(jìn)入“死循環(huán)”的程序自動恢復(fù)，重新正常工作，就是看門狗。若程序發(fā)生“死機(jī)”，則看門狗電路產(chǎn)生復(fù)位信號，引導(dǎo)單片機(jī)程序重新進(jìn)入正常運(yùn)行。 沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 29 此外，工業(yè)現(xiàn)場由于諸多大型用電設(shè)備的投入或撤出電網(wǎng)運(yùn)行，往往造成系統(tǒng)的電源電壓不穩(wěn)定，當(dāng)電源電壓降低或掉電時，會造成重要的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。若設(shè)法在電源電壓降至一定的限值之前，單片機(jī)快速的保存重要數(shù)據(jù)，將會最大限度地減少損失。在掉電方式下單片機(jī)內(nèi)所有運(yùn)行狀態(tài)均被停止，只有片內(nèi) RAM 和 SFR 中的數(shù)據(jù)被保存起來。 在單片機(jī)系統(tǒng)可借助于一定的外部附加電路監(jiān)測電源電壓，并在電源發(fā)生故障時及時通知單片機(jī)（本次設(shè)計(jì)是通過引發(fā) INT0 中斷來實(shí)現(xiàn)的）快速保存重要數(shù)據(jù)，使電源恢復(fù)正常，取消掉電方式，通過復(fù)位單片機(jī)，使系統(tǒng)重新正常。 MAX813L 功能簡介 MAX813L 是美國 MAXIM 公司推出的微處理機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控集成芯片，該芯片的價格低，減少了器件個數(shù)，所構(gòu)成的電路性能更可靠， MAX813L 提供如下四種功能： 、掉電以及供電電壓下降情況下的復(fù)位輸出，復(fù)位脈沖寬度典型值為200MS。 。如果看門 狗在 內(nèi)未被觸發(fā)，其輸出將變?yōu)榈碗娖健? 門限值檢測器，用于電源故障報警、電池低電壓檢測或 +5V 以外的電源的監(jiān)控間 [6]。 。 看門狗電路各引腳功能 （ MR）：當(dāng)該端輸入低電壓保持 140ms 以上， MAX813L就輸出復(fù)位信號。輸入端的最小輸入脈沖寬要求可以有效的消除開關(guān)的抖動。 （ VCC）：接 +5V 電源。 （ GND）：接 0V 參考電平。 （ PFI）：當(dāng)該端輸入電壓低于 時， 5 號引 腳輸出端的信號有高電平變?yōu)榈碗娖健? （ PFO）：電源正常時，保持高電平，電源電壓變低或掉電時，輸出由高電平變?yōu)榈碗娖健? （ WDI）：程序正常運(yùn)行時，必須在小于 的時間間隔內(nèi)向該輸入端發(fā)送一個脈沖信號，以清除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。若超過沈陽工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 30 該輸入端收不到脈沖信號，則內(nèi)部定時器溢出， 8 號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健? （ RST）：上電時，自動產(chǎn)生 200ms 的復(fù)位脈沖：手動復(fù)位端輸