【正文】 //松手檢測(cè) delay(5)。 //執(zhí)行正向啟動(dòng) } if(key3 == 0) //鍵 3 被按下 { delay(5)。 //延時(shí)消抖 while(!key2)。 //延時(shí)消抖 while(!key2)。 void keyscan() { P3 = 0xff。 Key2 為正向啟動(dòng)按鍵， key3 為 停止按鍵，key4 為復(fù)位按鍵， key5 為正向減速按鍵， key6 為加速?gòu)?fù)位按鍵。按鍵子 程序流程圖如 所示。 //啟動(dòng)定時(shí)器工作 } 按鍵 子 程序 按鍵響應(yīng)子程序，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中按鍵的一端接地，另一端接單片機(jī)的對(duì)應(yīng)端口，所以當(dāng)按鍵按下，既是將單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口電平拉低。 //打開(kāi)總中斷 ET0=1。 //裝入定時(shí)器初始值 55536 TL0=(6553610000)%256。 //顯示開(kāi)不顯示光標(biāo)且光標(biāo)不閃爍 } 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 27 定時(shí)器 0 初始化程序 void init_time0() { TMOD=0x01。 //顯示清屏 write_(0x06)。 //顯示模式設(shè)置， 設(shè)置為 16*2 顯示， 5*7 點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)口 write_(0x08)。 程序入口LCD 1602 初始化定時(shí)器 T 0 中斷允許定時(shí)器 T 0 工作方式 1載入定時(shí)器初始值載入默認(rèn)工作參數(shù)返回 圖 系統(tǒng) 初始化流程圖 根據(jù)初始化流程圖編寫出系統(tǒng)初始化程序，下面對(duì)初始化程序進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明 ， LCD1602 初始化程序。 系統(tǒng)初始化上電后，沒(méi)有按鍵按下，沒(méi)有設(shè)置行程值則步進(jìn)電機(jī)電機(jī)不轉(zhuǎn)， 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 26 不顯示當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前行程值。設(shè)計(jì)中采用了定時(shí)器 T0， 工作方式為方式 1 即 16 為定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，裝入定時(shí)器的初始值為 55536也即計(jì)數(shù) 10000 次溢出。 系統(tǒng)初始化 子 程序 系統(tǒng)初始化對(duì)相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，包 括系統(tǒng)上電默認(rèn)運(yùn)行參數(shù)設(shè)定，包括四相八拍的工作方式， LCD1602 顯示界面 、 系統(tǒng)定時(shí)器設(shè)定 、 載入定時(shí)器初值和默認(rèn)的工作參數(shù)等。 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L 圖 系統(tǒng)啟動(dòng) 顯示界面 其中 在 LCD1602 顯示界面 第一行 set 為所需要設(shè)置的行程值， now 為執(zhí)行完相應(yīng)按鍵子程序后顯示當(dāng)前已經(jīng)走的行程值， zt 為當(dāng)前的狀態(tài)，有設(shè)置（ sz）、正向啟動(dòng)（ zx）、停止（ tz）、復(fù)位（ fw）、正向減速（ ja）、加速?gòu)?fù)位（ js）等六個(gè)表示狀態(tài)。在步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，系基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 25 統(tǒng)程序 則 繼續(xù) 執(zhí)行按鍵掃描程序 ，如果有相應(yīng)的按鍵按下則轉(zhuǎn)到 相應(yīng)按鍵子程序去執(zhí)行。 } } 系統(tǒng)上電完成后，對(duì) LCD1602 初始化，定時(shí)器也進(jìn)行初始化，啟動(dòng)顯示界面等待設(shè)置按鍵按下，進(jìn)行行程值的設(shè)定。 //定時(shí)器初始化 while(1) { keyscan()。 delay(100)。 num2 16。 //延時(shí) } write_(0x80 + 0x40)。 num1++) //顯示啟動(dòng)界面 { write_data(table1[num1])。 //LCD1602 顯示初始化 for(num1 = 0。 void main() { uchar num1, num2。本次設(shè)計(jì)中用 C 語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程。 系統(tǒng)主程序 系統(tǒng)主程序流程圖如圖 所示。 事實(shí)上每一部分都是緊密相關(guān)的，每個(gè)功能模塊對(duì)于整體設(shè)計(jì)都是非常重要，單片機(jī) AT89S51 通過(guò)軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運(yùn)行起來(lái)，軟件設(shè)計(jì)的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。對(duì)以上的單片機(jī)最小系統(tǒng)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路模塊，液晶 LCD1602 顯示電路，按鍵電路模塊，各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)論證后然后銜接起 來(lái)完成了整個(gè)硬件部分的設(shè)計(jì)。 本章就是通過(guò)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)按照各個(gè)模塊分別講解來(lái)加深對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件部 分的理解。所有按鍵處理程序都是在等按下后執(zhí)行的。 獨(dú)立 按鍵 電路 的工作原理是按下按鍵之后就相當(dāng)于是把對(duì)應(yīng)的端口的電勢(shì)拉低。其余key1key4 分別連接到單片機(jī)的 ,四個(gè)按鍵的功能分別為：?jiǎn)?dòng)系基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 22 統(tǒng)工作時(shí) key1 用來(lái)設(shè)置步進(jìn)電機(jī)所要走的行程值， key2 用來(lái)啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)， key3 控制步進(jìn)電機(jī)的停止， key4 是復(fù)位按鍵按下此鍵后步進(jìn)電機(jī)復(fù)位到零點(diǎn)，行程值也變?yōu)榱恪?獨(dú)立 按鍵電路如圖 所示。 LCD1602 顯示電路如圖 所示。 表 LCD1602 顯示芯片各 引腳 引腳號(hào) 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 GND 電源地 2 VCC 電源（ +5V） 3 VO 對(duì)比調(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指 令 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD 寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,10 輸入 使能信號(hào)， 1 時(shí)讀取信息， 10（下降沿）執(zhí)行指令 7—14 DB0DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line 8 BG VCC +VCC LCD 背光電源正極 9 BG GND 接地 LCD 背光電源負(fù)極 顯示電路中 1602 的 RS、 RW、 E 三個(gè)端口分別連接到了 AT89S51 的 端口用來(lái)控制向 1602 讀寫指令以及數(shù)據(jù)等信息， 數(shù)據(jù)端 DB0DB7 連接到單片基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 21 機(jī)的 ，用來(lái)輸入 /輸出數(shù)據(jù)。當(dāng)按下不同的按鍵時(shí)顯示內(nèi)容有所不同。設(shè)計(jì)中通過(guò)按鍵設(shè)置步進(jìn)電機(jī)要走的行程值，通過(guò) LCD1602實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)，顯示單位為 mm 級(jí)。 在本設(shè)計(jì)中 LCD1602 的作用是顯示步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)，通過(guò)按鍵電路按下不同的按鍵，步進(jìn)電機(jī)有不同的工作狀態(tài)，此狀態(tài)則通過(guò)顯示電路顯示出來(lái)。 DDRAM 就是顯示數(shù)據(jù) RAM，用來(lái)寄存待顯示的字符代碼。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，對(duì) 比度可調(diào)，內(nèi)部有復(fù)位電路。 液晶 LCD1602 芯片引腳如圖 所示。 1602 為工業(yè)字符型液晶，能夠同時(shí)顯示 16*02 即 32 個(gè)字符（ 16 列 2 行）。這是 給步進(jìn)電機(jī)供電的，步進(jìn)電機(jī)工作電壓為 12V，在設(shè)計(jì)硬件電路中應(yīng)該再設(shè)計(jì)一個(gè)電源電路向步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī) 12V 電源電路如圖 所示。 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)電路如圖 所示。故需要在驅(qū)動(dòng)電路中加上二極管保護(hù)電路，用來(lái)避免因步進(jìn)電機(jī)突然的正反轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的感應(yīng)電流流入 L298N 芯片燒壞L298N，用于保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的正常工作。 L297 的 A、 B、 C、D 四相輸出連接到 L298N 的 IN1IN4 四個(gè)輸入端，并把信號(hào)輸出給步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中 L297 芯片的 EN、 CW/CCW、 CLK、 HALF/FULL 引腳分別接到單片機(jī)的 四個(gè)并行 I/O 口上。方向和模式輸入信號(hào)。 L297 與 L298N 配合使用控制雙極性步進(jìn)電機(jī)工作電流可大 。 表 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 型號(hào) 相數(shù) 電壓 電流 電阻 電感 靜轉(zhuǎn)矩 機(jī)身長(zhǎng) 出軸長(zhǎng) 重量 單位 V A Ω mH mm mm Kg 57BYG 4 12 32 30 41 21 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 18 由以上分析知設(shè)計(jì)中使用了 L297 與 L298N 共同組成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，由于步進(jìn)電機(jī)在工作中需要正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等工作方式，設(shè)計(jì)中還應(yīng)該加上保護(hù)電路以免電機(jī)正反轉(zhuǎn)交替時(shí)產(chǎn)生的 感應(yīng)電流 對(duì)電路產(chǎn)生危害。步進(jìn)電機(jī)外型 如圖 所示。 采用單雙八拍工作方式： AABBBCCCDDDA (即一個(gè)脈沖 ,轉(zhuǎn) 度 )八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步），其中 50為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。 設(shè)計(jì)中把步進(jìn)電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線位移。 在本次設(shè)計(jì)中選用的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為 57BYG007，其為混合式步進(jìn)電機(jī) 。此引腳輸入高電平時(shí)為半步方式 (四相八拍 )，低電平時(shí)為全步方式。該引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)步進(jìn)電機(jī) 向前 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 17 步進(jìn)一個(gè)增量，該步進(jìn)是在信號(hào)的上升沿產(chǎn)生。當(dāng)改變此引腳的電平狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。 （ 7） 17 引腳為方向控制端。當(dāng)它為低電平時(shí)， INH INH A、B、 C、 D 都為低電平。加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值。此引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)，變換器恢復(fù)初始狀態(tài) (ABCD=0101)。此引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)，變換器恢復(fù)初始狀態(tài) (ABCD=0101)。 （ 3） 1 13 引腳為 A、 B、 C、 D 相繞組電流檢測(cè)電壓反饋輸入端 。若 CONTROL 端輸入是低電 平時(shí)，用斬波器調(diào)節(jié)負(fù)載電流。 （ 2） 8 引腳控制 A 相和 B 相的驅(qū)動(dòng)極。 CONTROL 為高電平時(shí)，對(duì) A、 B、 C、 D 有抑制作用；為低電平時(shí)，則對(duì)抑制線 INH1 和 INH2 有抑制作用，從而可對(duì)電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制。為了獲得電動(dòng)機(jī)良好的速度和轉(zhuǎn)矩特性，相序信號(hào)是通過(guò) 2 個(gè) PWM 斬波器控制電動(dòng)波器包含有一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)外部檢測(cè)電阻，晶片內(nèi)部的通用振蕩器提供斬波頻率脈沖。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合邏 輯電路組成，產(chǎn)生一個(gè)基本的八格雷碼。L297 芯片引腳如圖 所示。 IN1IN4 輸入控制電位來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn) ,ENA， ENB 為使能控制端 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。 L298N 芯片引腳如圖 所示。內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 15 感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。該芯片采用 15腳封裝。 其中用 12V 電源來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) ， L297 作為硬件環(huán)形分配器 ，設(shè)計(jì)中 采 用的是 57BYG007 型四相步進(jìn)電機(jī) ，工作方式為四相八拍 。單片機(jī)最小系統(tǒng)如圖 所示。其中晶振電路為單片機(jī)工作提供時(shí)鐘信號(hào)；復(fù)位電路是單片機(jī)復(fù)位程序重新開(kāi)始執(zhí)行；電 源電路為單片機(jī)提供電源。 圖 整體框圖 單 片 機(jī) 電源電路 時(shí)鐘電路 復(fù)位電路 顯示電路 鍵盤電路 驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電機(jī) 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 14 第三章 硬件設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng) 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為基于單片機(jī)設(shè)計(jì)所必須的，也是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。比較上面三種設(shè) 計(jì)方案不難發(fā)現(xiàn) 方案三更加簡(jiǎn)單合理，方案三的硬件環(huán)形分配器減少了占用微機(jī)系統(tǒng)資源，液晶顯示也能顯示更豐富的內(nèi)容，于是選擇方案三作為本次課題的方案設(shè)計(jì)。方案三中選用了 L297 硬件集成環(huán)形分配器，可以產(chǎn)生四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)。而且數(shù)碼管顯示電路所能顯示的內(nèi)容比較單一。這樣更加方便直觀。并輔以相關(guān)的按鍵電路對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。 基于 AT89S51 單片機(jī)的單軸步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 13 （ 3） 方案三：此設(shè)計(jì)方案選擇硬件環(huán)形分配的形式， 硬件環(huán)形分配器選擇L297 集成芯片， L297 是步進(jìn)電機(jī)專用控制器，能產(chǎn)生 4 相控制信號(hào)。 LCD1602 可以顯示更多的內(nèi)容，而且比較直觀。此設(shè)計(jì)方案中顯示換成了 LCD1602, LCD1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的點(diǎn)陣型液晶模塊。外部的按鍵可以控制步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)的改變，并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。此設(shè)計(jì)方案通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變 CP 脈沖 輸入各相的順序從而改變步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、起停。