【正文】 1602LCD 是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16 個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字） 。 圖 35 驅(qū)動部分電路 25 顯示部分 顯示部分我們使用的是 LCD1602，用它來表示步進電機所處的狀態(tài)。然后通過單片機實行相應(yīng)的操作。 同時，為了顯示外接電源給實訓(xùn)板提供了電 源，在系統(tǒng)中增加了電源指示燈電路。 22 第 3 章 系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)框圖如圖 31所示，本系統(tǒng)采用 AT89C51 單片機，由 5 個模塊組成，分別是單片機 AT89C5電機驅(qū)動模塊、電源模塊、顯示模塊、按鍵模塊。在某些半導(dǎo)體材料的 PN 結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時會把多余的能量以光的形式釋放出來，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。限流電阻 R可用下式計算 ： R=（ E－ UF） /IF 式中 E 為電源電壓， UF為 LED 的正向壓降， IF為 LED 的一般工作電流。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多 少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。 21 發(fā)光二極管 它是半導(dǎo)體二極管的一種，可以把電能轉(zhuǎn)化成光能； 常簡寫為 LED。相比之下，晶振模塊一般需要電源電流為 10mA ~60mA。比如， HC04 反相器門電路的功率耗散電容值是 90pF。硅振蕩器的精度要比分立 RC 振蕩器高，多數(shù)情況下能夠提供與陶瓷諧振槽路相當(dāng)?shù)木取Ｉ鲜龃蟛糠謫栴}都可以通過使用振蕩器模塊避免。在使用時，陶瓷諧振槽路和相應(yīng)的負載電容必須根據(jù)特定的邏輯系列進行優(yōu)化?；诰д衽c陶瓷諧振槽路的振蕩器通常能提供非常高的初始精度和較低的溫度系數(shù)。一般的晶振的負載電容為 15p或 ，如果再考慮元件引腳的等效輸入電容，則兩個 22p 的電容構(gòu)成晶振的振蕩電路就是比較好的選擇。由于晶體自身的特性致使這兩個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍 內(nèi)，晶振等效為一個 電感 ，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。當(dāng)計數(shù)器減為 0時，產(chǎn)生一個中斷，計數(shù)器從保持寄存器中重新裝入初始值。 工作原理 編輯 ,計算機 都有個計時電路，盡管一般使用 “ 時鐘 ” 這個詞來表示這些設(shè)備，但它們實際上并不是通常意義的時鐘，把它們稱為 計時器 (timer）可能更恰當(dāng)一點。 2． 時鐘脈沖 用石英晶體諧振器，與其它元件配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn) 脈沖信號 ，廣泛用于 數(shù)字電路 中。 圖 29 ULN2803內(nèi)部電路圖（１／８單元） 晶體振蕩器 晶振即晶體振蕩器 。這對檢修是很有利的。 該 ULN2803 是專為符合標(biāo)準(zhǔn) TTL，而制造 ULN2804 適合 6 至 15V 的高級別 CMOS 或 PMOS 上。 ULN2803 原理 ULN2803 達林頓管 IC，一般都是用來驅(qū)動功率稍微大一點的被動器件的，而驅(qū)動的被動器件里，有很大一部分是感性的，如繼電器、馬達、電磁閥等，這些感性器件在關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生很高的自感電動勢（自感電壓），低的 10 多伏，高的幾十伏，甚至幾百伏，這么高的電壓很容易把 ULN2803 達林頓管打壞， 甚至打壞電路中的其它元器件，所以需要在感性器件上并聯(lián)一個二極管，用來續(xù)流（就是把那個自感高壓放掉），保護 IC 18 和其它器件不受破壞，此續(xù)流二極管正極接 2803 輸出端 (即電感器件的一端），負極接驅(qū)動電源（在 2803 上是 10 腳，也就是電感器件的另一端）。讀 AT89C52 簽名字節(jié)需將 和 置邏輯低電平，讀簽名字節(jié)的過程和單元 030H、 031H 及 032H 的正常校驗相仿，只返回值意義如下： （ 030H） =1EH 聲明產(chǎn)品由 ATMEL 公司制造。 芯片擦除，利用控制信號的正確組合并保持 ALE/PROG 引腳 10mS 的低電平脈沖寬度即可將 PEROM 陣列（ 4k 字節(jié)）和三個加密位整片擦除，代碼陣列在片擦除操作中將任何非空單元寫入“ 1”，這步驟需再編程之前進行。 Ready/Busy：字節(jié)編程的進度可通過“ RDY/BSY 輸出信號監(jiān)測，編程期間， ALE 變?yōu)楦唠娖健?H”后， （ RDY/BSY）端電平被拉低，表示正在編程狀態(tài)（忙狀態(tài)）。每個字節(jié)寫入周期是自身定時的，通常約為 。 2． 在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。低電壓編程模式適合于用戶在線編程系統(tǒng)，而高電壓編程模式可與通 用 EPROM 編程器兼容。為使單片機能正常工作，被鎖存的 EA 電平值必須與該引腳當(dāng)前的邏輯電平一致。 掉電模式，在掉電模式下，振蕩器停止工 作，進入掉電模式的指令是最后一條被執(zhí)行的指令，片內(nèi) RAM 和特殊功能寄存器的內(nèi)容在終止掉電模式前被凍結(jié)。 空閑節(jié)電模式，在空閑工作模式狀態(tài)， CPU 自身處于睡眠狀態(tài)而所有片內(nèi)的外設(shè)仍保持激活狀態(tài)，這種方式由軟件產(chǎn)生。用戶也可以采用外部時鐘。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容 CC2 接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。 定時器 0 和定時器 1 的標(biāo)志位 TF0 和 TF1 在定時 器溢出那個機器周期的 S5P2 狀 16 態(tài)置位，而會在下一個機器周期才查詢到該中斷標(biāo)志。 IE 也有一個總禁止位 EA，它能控制所有中斷的允許或禁止。定時器 2 作為波特率發(fā)生器使用時，還可作為時鐘發(fā)生器使用，但需要注意的是波特率和時鐘輸出頻率不能分開確定，這是因為它們同使用 RCAP2L 和 RCAP2L。 引腳除了是一個標(biāo)準(zhǔn)的 I/O 口外，還可以通過編程使其作為定時 /計數(shù)器 2 的外部時鐘輸入和輸出占空比 50%的時鐘脈沖。因為此時每個狀態(tài)時間定時器都會加 1，對其讀寫將得到一個不確定的數(shù)值。在波特率發(fā)生器工作方式中， TH2 翻轉(zhuǎn)不能使 TF2 置位，故而不產(chǎn)生中斷。 在方式 1 和方式 3 中，波特率由定時器 2 的溢出速率根據(jù)下式確定：方式 1 和 3的波特率 =定時器的溢出率 /16，定時器既能工作于定時方式也能工作于計數(shù)方式，在大多數(shù)的應(yīng)用中，是工作在定時方式（ C/T2=0）。 波特率發(fā)生器，當(dāng) T2CON 中的 TCLK 和 RCLK 置位時，定時 /計數(shù)器 2 作為波特率發(fā)生器使用。當(dāng) DCEN=1 時，允許定時器 2 向上或向下計數(shù)，這種方式下， T2EX 引腳控制計數(shù)器方向。當(dāng) DCEN 置位時，定時器 2 既可向上計數(shù)也可向下計數(shù)，這取決于 T2EX 引腳的值，參見圖 5，當(dāng) DCEN=0 時，定時器 2 自動設(shè)置為向上計數(shù)，在這種方式下， T2CON 中的EXEN2 控制位有兩種選擇，若 EXEN2=0，定時器 2 為向上計數(shù)至 0FFFFH 溢出，置位 TF2 激活中斷，同時把 16 位計數(shù)寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 重裝載， RCAP2H 和 RCAP2L 的值可由軟件預(yù)置。如果 EXEN2=1，定時器 2 完成相同的操作，而當(dāng) T2EX 引腳外部輸入信號發(fā)生 1 至 0 負跳變時，也出現(xiàn) TH2 和 TL2 中的值分別被捕獲到 RCAP2H 和RCAP2L 中。由于識別 1 至 0 的跳變需要 2 個機器周期（ 24 個振蕩周期），因此，最高計數(shù)速率為振蕩頻率的 1/24。定時器 2 有三種工作方式：捕獲方式，自動重裝載（向上或向下計數(shù)）方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式由 T2CON 的控制位來選擇。 MOV R0， data，堆棧操作也是間接尋址方式，所以，高 128 位數(shù)據(jù) RAM 亦可作為堆棧區(qū)使用。當(dāng)一條指令訪問 7FH 以上的內(nèi)部地址單元時，指令中使用的尋址方式是不同的，也即尋址方式?jīng)Q定是訪問高 128 字節(jié) RAM 還是訪問特殊功能寄存器。不應(yīng)將數(shù)據(jù)“ 1”寫入未定義的單元，由于這些單元在將來的產(chǎn)品中可能賦予新的功能，在這種情況下，復(fù)位后這些單元數(shù)值總是“ 0”。 XTAL2，振蕩器反相放大器的輸出端。需注意的是：如果加密位 LB1 被編程，復(fù)位時內(nèi)部會鎖存 EA 端狀態(tài)。 PSEN，程序儲存允許（ PSEN）輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當(dāng) AT89C52 由外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）時，每個機器周期兩次 PSEN 有效，即輸出兩個脈沖。對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（ PROG）。當(dāng)振蕩器工作時， RST 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復(fù)位。對 P3 口寫入“ 1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVX RI 指令）時， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。Flash 編程和程序校驗期間， P1 接收低 8 位地址。 P1 口， P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 P0 口， P0 口是一組 8 位漏極開路型雙向 I/O 口， 也即地址 /數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。主要管腳有： XTAL1（ 19 腳）和 XTAL2（ 18 腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接 12MHz 晶振。 3級加密位 可編程 UART 串行通道 256x8bit 內(nèi)部 RAM 其將通用的微處理器和 Flash 存儲器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲器可有效地降開發(fā)成本。對于片內(nèi)有 ROM/EPROM 的芯片來說 ,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個芯片；對與片內(nèi)沒有 ROM/EPROM芯片來說，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備 EPROM或 EEPROM 作為程序存儲器使用。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖 26所示。由于單片機的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度，同時它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用?？梢酝ㄟ^加大繞組的電壓從而增加電 流上升的速率得時間常數(shù)。低頻時電流能夠達到最大值 (a)。 8 圖 23 電感 電阻串聯(lián)電路及其電流波形 步進電機的相繞組可以等效為一個電感一電阻串聯(lián)電路。保護電路在出現(xiàn)短路、過載、過熱等故障時迅速停止驅(qū)動器和電機的運行。通常，步進電機驅(qū)動器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動電路、保護電路和電源組成。典型的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)是由步進電機控制器、步進電機驅(qū)動器和步進電機本體三部分組成。 力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： P= Ω單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。此類電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進電動機，在計算機相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機。一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度 。 反應(yīng)式步進電動機采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡 單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。 當(dāng)開 關(guān) SC 接通電源， SB、 SA、 SD 斷開時，由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4號齒和 C相繞組的磁極對齊。 如下所示的 步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。 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。 步進電機低速時可以正常轉(zhuǎn)動，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 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。 電機的共振點： 步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180250pps 之間（步距角 ）或在 400pps 左右（步距角為 度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。此力矩是 衡量電機體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍 運行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。由于步進電動機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機控制。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機的細分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動機的矢量控制相比，難度要低得多。國