【正文】 指令 4：顯示開關(guān)控制。（說明： 1 為高電平、 0 為低電平） 指令 1：清顯示，指令碼 01H,光標(biāo)復(fù)位到地址 00H 位置。 第 5 腳： R/W 為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。 (3)引腳功能說明 1602LCD 采用標(biāo)準(zhǔn)的 14 腳（無背光）或 16 腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 2 所示 : 23 表 引腳接口說明表 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 數(shù)據(jù) 2 VDD 電源正極 10 D3 數(shù)據(jù) 3 VL 液晶顯示偏壓 11 D4 數(shù)據(jù) 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇 12 D5 數(shù)據(jù) 5 R/W 讀 /寫選擇 13 D6 數(shù)據(jù) 6 E 使能信號(hào) 14 D7 數(shù)據(jù) 7 D0 數(shù)據(jù) 15 BLA 背光源正極 8 D1 數(shù)據(jù) 16 BLK 背光源負(fù)極 第 1 腳： VSS 為地電源。 (3)漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個(gè)漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5?? 右邊為 6?? 根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號(hào)及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM 對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加22 1，送第二個(gè)字節(jié)，換行按列對(duì)齊，送第三個(gè)字節(jié) ?? 直到 32B 顯示完就可以 LCD上得到一個(gè)完整漢字。這就是 LCD 顯示的基本原理。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。 (4)功耗低 相對(duì)而言，液晶顯示器的功耗主要消耗在其內(nèi)部的電極和驅(qū)動(dòng) IC 上，因而耗電量比其它顯示器要少得多。 外圍電路設(shè)計(jì) 顯示電路 — LCD1602 優(yōu)點(diǎn) (1)顯示質(zhì)量高 由于液晶顯示器每一個(gè)點(diǎn)在收到信號(hào)后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，而不像陰極射線管顯示器（ CRT）那樣需要不斷刷新新亮點(diǎn)。 復(fù)位電路由 22UF 的電容和 1K 的電阻組成，其好處是在滿足單片機(jī)可靠復(fù)位的前提下降低了復(fù)位引腳的對(duì)地阻抗，可以顯著增強(qiáng)單片機(jī)復(fù)位電路的抗干擾能力。 最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)又稱單片機(jī)最小化系統(tǒng)。 芯片擦除 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè) 機(jī)器周期 的高電平時(shí)間。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存18 儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造。 第 4 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)組成 圖 4. 1 系統(tǒng)框圖 本系統(tǒng) 由 電 源 、顯示 ( 指示 )、單片機(jī) (MCU )、按 鍵 電 路 、看門狗電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路等組成。 為了達(dá)到以上特點(diǎn)，除了核心控制部件采用單片機(jī)外，在其它硬件的設(shè)計(jì)上也有一些綜合的考慮。而且可以做到人機(jī)交換，使控制更加的直觀和方便，各種運(yùn)行狀態(tài)也都有相應(yīng)的指示，使操作者隨時(shí)都能對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行方便的了解。待驅(qū)動(dòng)、晶振、復(fù)位、鍵盤、 LED 顯示各個(gè)電路的設(shè)計(jì)完成之后，進(jìn)行硬件合成，就是一個(gè)完整的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 整個(gè)系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)出硬件系統(tǒng)。 (2) 雙相三拍方式 ( 按雙相繞組施加電流脈沖 ):ABBCCA 一正轉(zhuǎn) 。轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動(dòng)方向則與脈沖的順序有關(guān)。 采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。但硬件方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也較高。它具有輸入脈沖與電機(jī)軸轉(zhuǎn)角成比例的特征，將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn) 變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。不同的控制方案，步進(jìn)控制器、驅(qū)動(dòng)器也有不同的類型。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)能接受的電信號(hào)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)隨之作出反應(yīng)，完成規(guī)定動(dòng)作。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。 [12] 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行原理闡述 12 圖 四相步進(jìn)電機(jī)原理圖 開始時(shí)，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相 繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動(dòng)小。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (簡(jiǎn)稱 VR)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。這種采用弱點(diǎn)控制強(qiáng)電的控制方式使得步進(jìn)電機(jī)在速度、位移等控制領(lǐng)域有著普通電機(jī)不能比擬的優(yōu)勢(shì)。 第四章為系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，先提出框架，然后分別闡述單片機(jī)端口分配、外圍電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。具體安排如下 : 9 第一章為緒論，介紹了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展的歷史，然后介紹了步進(jìn)電機(jī)常見的控制系 統(tǒng)方案和常見的驅(qū)動(dòng)方案，了解各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，提出自己的思路和設(shè)計(jì)目的。 研究的目的和意義 本課題研究的目的是綜合運(yùn)用所學(xué)的《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》理論知識(shí)，加強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，鍛煉設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能力，以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全、適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便、交互性強(qiáng)，可靠性高的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)點(diǎn)為： 完全消除了電機(jī)的低頻振蕩 低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓?。x擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。 從上表可以看出：步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了，如驅(qū)動(dòng)器工作在 10 細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為 ‘ 電機(jī)固有步距角 ’ 的十分之一，也就是說： ‘ 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 176。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在 10細(xì)分狀態(tài) 176。 /176。 ），這個(gè)步距角可以稱之為 ‘ 電機(jī)固有步距角 ’ ，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)，參見下表（還以型 86BYG250A 電機(jī)為例）： 表 細(xì)分驅(qū)動(dòng)步距角 電機(jī)固有步距角 所用驅(qū)動(dòng)器類型及工作狀態(tài) 電機(jī)運(yùn)行時(shí)的真正步距角 176。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。 [8] D/A輸出預(yù)設(shè)值 比較器 D觸發(fā)器 功率放大器 步進(jìn)電機(jī) 電流檢測(cè) 7 它激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng) 為了解決自激式斬波頻率可變引起的浪涌電壓?jiǎn)栴}，可在 D 觸發(fā)器加一個(gè)固定頻率的時(shí)鐘。可通過改變其高壓管導(dǎo)通時(shí)間來解決低頻振蕩問題，然而其控制電路較單電壓復(fù)雜，可靠性降低，一旦高壓管失控，將會(huì)因電流太大損壞電機(jī)。 高低壓驅(qū)動(dòng) 為了使通電時(shí)繞組能迅速到達(dá)設(shè)定電流，關(guān)斷時(shí)繞組電流迅速衰減為零，同時(shí)又具有較高的效率，出現(xiàn)了高低壓驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng) In 為低電平時(shí)，三極管截止，繞組無電流通過。以下是這幾種驅(qū)動(dòng)方式的 比較。當(dāng)時(shí)受到蘇聯(lián)、日本等工業(yè)較發(fā)達(dá)國(guó)家的影響，國(guó)內(nèi)開始自行研制磁阻式步進(jìn)電機(jī)的系列產(chǎn)品 。在步進(jìn)電機(jī)幾十年的發(fā)展過程中，按照相數(shù)、步距角以及機(jī)座等劃分，可以說出現(xiàn)過的步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格品種極其繁多，然而這種狀態(tài)不利于步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展，隨著時(shí)間的推移目前逐步形成了相應(yīng)的主流產(chǎn)品，在西方可以明顯看出最大量應(yīng)用的是定子 8 極轉(zhuǎn)子 50 齒的二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其次是定子 10 極轉(zhuǎn)子 50 齒的五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在其發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了多種類型步進(jìn)電機(jī)，按照基本的構(gòu)造和工作原理可分為三大類型即磁阻式、永磁式和混合式。 用軟件代替環(huán)形分配器，通過對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，大大提高了接口電路的靈活性和通用性 。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路。但由于PLC 的掃描周期一般為但由于 PLC 的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應(yīng)的頻率只能達(dá)到幾百赫茲，因此，受到 PLC 工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作，無法實(shí)現(xiàn)高速控制 。采用軟件環(huán)形分配器占用 PLC資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)大于 4 時(shí)，對(duì)于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以考慮。控制系統(tǒng)采用 PLC 來產(chǎn)生控制脈沖。 圖 11 基于電子電路控制 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 基于 PLC/變頻器控制手段 脈沖控制器 環(huán)形分配器 驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 2 在一些要求實(shí)現(xiàn)精確控制的場(chǎng)合，采用 PLC 或者變頻器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制是一個(gè)很好的選擇。開環(huán)時(shí)，其平穩(wěn)性好，成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但未能實(shí)現(xiàn)高精度細(xì)分。步進(jìn)電機(jī)與控制電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路組成一體，構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 so me systems in the operation is not very convenient, do not have a strong interaction. So the research contents of this thesis is to design a set of hardware system is simple, economic, but the function is plete, strong adaptability, convenient operation, high reliability, can anically integrate electronic technology, single chip technology, motor control technology of stepping motor control syste m. This paper briefly describes the development of the scheme, the stepper motor applications, as well as the mon control system, driving te chnology is mon, but also analyzed the working principle of stepping motor, and then by the microcontroller. The hardware design scheme of the system, detailed design on the basis of each module the circuit, then expounds the stepping motor control soft ware development process. Keywords: stepper motor microcontroller watchdog driver technology III 目 錄 摘 要 .................................................................................................... I ABSTRAC............................................................................................. II 第 1 章 緒論 ..........................................................................................1 前言 ......................................................................................... 1 基于電子電路控制手段 ................................................. 1 基于 PLC/變頻器控制手段 ............................................ 2 基于單片機(jī)控制手段 ......