【正文】 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標的開與關(guān)，高電平表示有光標，低電平表示無光標 B：控制光標是否閃爍， 高電平閃爍，低電平不閃爍。高電平表示有效，低電平則無效。 指令 2：光標復(fù)位，光標返回到地址 00H。 (3)1602LCD 的指令說明 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 24 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 第 6 腳： E 端為使能端，當 E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 第 4 腳： RS 為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。 第 2 腳： VDD 接 5V 正電源。顯示光標移動設(shè)置； ○12寫指令 0CH：顯示開及光標設(shè)置。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號 及每行的列數(shù)找出顯示 RAM 對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。 (2)字符的顯示 用 LCD 顯示一個字符時比較復(fù)雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1” ，其它的為 “0” ，為 “1” 的點亮，為 “0” 的不亮。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H—— 00FH 的16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當（ 000H） =FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個點；當（ 3FFH） =FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（ 000H）=FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， ?? （ 00EH） =00H，（ 00FH） =00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（ Static）、單純矩陣驅(qū)動（ Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（ Active Matrix）三種。 (2)液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。 21 液晶顯示簡介 (1)液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。 (3)體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。當接低電平時 ,復(fù)位后直接從外部 ROM 的 0000H 開始執(zhí)行 。 由圖并結(jié)合 電容電壓不能突變 的性質(zhì) ,可以知道 ,當系統(tǒng)一上電 ,RST腳將會出現(xiàn)高電平 ,并且 ,這個高電平持續(xù)的時間由電路的 RC 值來決定 .典型的51 單片機當 RST 腳的高電平持續(xù)兩個機器周期以上就將復(fù)位 ,所以 ,適當組合 RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位 。單片機的時鐘電路有一個 12M 的晶振和兩個 30P 的小電容組成，它們決定了單片機的工作時間精度為 1微秒 。 單片機的最小化系統(tǒng)是單片機能正常工作所必須的外圍元件 , 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機、晶振電路、復(fù)位電路 。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片 擦操作中，代碼陣列全被寫“ 1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 [14] 振蕩器特性 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 1 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。 1 PSEN：外部程序存儲器的選通信號。 ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高； P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流； P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流 ； P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。當 P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 [15] 主要特性 與 MCS51 兼容； 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器； 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán)； 數(shù)據(jù)保留時間： 10 年； 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz； 三級程序存儲器鎖定； 32 可編程 I/O 線 128*8 位內(nèi)部 RAM； 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器； 5 個中斷源； 1可編程串行通道； 1低功耗的閑置和掉電模式； 1片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。 [16] LCD 按鍵 電源 1 單片機 電源 2 電機驅(qū) 動電路 復(fù)位電路 步進電機 17 系統(tǒng)核心 —— AT89C51 單片機 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅(qū)動電路。 系統(tǒng)功能 運行模式有單步、連續(xù)和預(yù)置步數(shù)三種 ； 可以預(yù)置轉(zhuǎn)向或者在運行時改變轉(zhuǎn)向 ； LCD 顯示運行速度 ； 兩個 LED 分別指示電機轉(zhuǎn)向和運行方式 ； 各種操作共有六個按鍵來輸入，操作方便 ； 設(shè)有強制復(fù)位鍵，當受到嚴重干擾，致使 WTD 也失效后，可以通過強制復(fù)位鍵進行手動強行復(fù)位 ； 整個系統(tǒng)為 +5V 低電壓供電。鍵盤電路掃描輸出線與顯示部分的掃描線采用單片機的同一組端口，大大節(jié)約硬件資源 :單片機控制的運行方式、模式和速度方面的控制基 本涵 蓋 步 進電 機 的 普通 應(yīng) 用 。要能實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)、變速以及控制顯示功能； 適應(yīng)性強，一般情況下只需改變軟件就可以適應(yīng)新的要求； 電機各種運行狀態(tài)指示要一目了然，使操作方便； 系統(tǒng)抗干擾和可靠性要高。一個利用單片機來構(gòu)成的步進電機控制 系統(tǒng)的優(yōu)點是十分明顯的。且適應(yīng)能力強，能夠在不改變硬件電路的情況下，只需對軟件進行必要的修改就可以適應(yīng)不同的步進電機和控制要求。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計通常采用模塊化結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)總體框架一般包括三部分 :主程序、中斷服務(wù)子程序以及其他相應(yīng)的輔助子程序 (包括正轉(zhuǎn)子程序、反轉(zhuǎn)子程序、鍵盤子程序、 LED 顯示子程序以及延時子程序 ). 本系統(tǒng)特點與功能 本系統(tǒng)特點 通過對其它步進電機控制系統(tǒng)的分析，結(jié)合設(shè)計目的，本論文的控制系統(tǒng)采用基于單片機的控制方案。環(huán)形分配器其功能由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實現(xiàn)脈沖的分配 . 驅(qū)動電路按照控制要求有多 種選擇，在本論文的第一章就介紹了幾種常見的驅(qū)動電路。以其中的幾個口控制驅(qū)動電路，由于步進電機工作時，電機繞組內(nèi)的電流值一般都能達到數(shù)安培，而控制電機繞組內(nèi)電流變化的控制信號一般都是由邏輯電路產(chǎn)生的數(shù)字信號，電壓一般比較低，為了防止單片機 或控制信號等受到后級模擬電路的干擾，通常在驅(qū)動電源的設(shè)計時都要設(shè)計電壓隔離接口，以便把數(shù)字信號和模擬信號隔離開 .所以將光電隔離單片機系統(tǒng) 驅(qū)動電路 步進電機 機械裝置 外圍電路 15 電路接在驅(qū)動電路和單片機出口之間。AACCCBBBA 一反轉(zhuǎn)。ACCBAB 一反轉(zhuǎn)。}ACB 一反轉(zhuǎn)。以三相步進電機為例，電流脈沖的施加共有 3 種方式。通過軟件的控制，單片機按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字一角度的轉(zhuǎn)換。用軟件代替環(huán)形分配器，達到了對步進電機的最佳控制。步進電機控制 (包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配 )使用軟件方法，即用單片機實現(xiàn)，這樣既簡化了電路，也降低了成本。使用單片機以軟件方式驅(qū)動步進電機，不但可以通過編程方法，在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)速、往返轉(zhuǎn)動的角度以及轉(zhuǎn)動次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進電機的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。現(xiàn)在，脈沖分配器已經(jīng)標準化、芯片化，市場上可以買到。 運動控制系統(tǒng) 驅(qū)動部件 運動執(zhí)行部件 機械裝置 14 采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)如圖 32 所示。 步進電機是數(shù)控式電機，其最大特點是通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。在本論文第一章，已經(jīng)對此作了介紹。因此典型的步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)主要由三部分組成 :步進控制器、驅(qū)動器 (把控制器輸出的脈沖加以放大，來驅(qū)動步進電機 )、步進電機。步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進脈沖 信號的頻率，可以對電機精確調(diào)速 。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。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。如圖 31 所示 : 圖 31 運動控制系統(tǒng)組成 步進電機控制系統(tǒng)簡介 在步進電機控制系統(tǒng)中運動執(zhí)行部件為步進電機。 運動控制是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進行控制的技術(shù)。 [13] 13 第 3 章 步進電機控制系統(tǒng)概述 步進電機控制系統(tǒng)是一個有機的完整的整體，由運動控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)組成。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。 當開關(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。由于本設(shè)計的設(shè)計目的更注重整個系統(tǒng)的有機結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進電機。這種電動機最初是作為一種低速驅(qū)動用的交流同步機設(shè)計的，后來發(fā)現(xiàn) 如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率小 (相比反應(yīng)式 )，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電 。 永磁式步進電機 永磁式步進電機 (簡稱 PM)永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。目浙江 [業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進電機。按結(jié)構(gòu)特點電磁式步進電機可分為反應(yīng)式 (VR)、永磁式 (PM)11 和混合式 (HB)三大類 。同時用一臺控制器控制幾臺步進電機可使它們完全同步運行 ； 步進電機帶慣性負載的能力較差 ； 由于存在失步和共振，因此步進電機的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜化 ； 不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動。 [11] 步進電機的特點 步進電機具有自身的特點，歸納起來有 : 可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價 ； 位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應(yīng)，步距誤差不長期積累， 無刷，電機本體部件少，可靠性高 ； 易于啟動、停止、正反轉(zhuǎn)及變速，響應(yīng)性也好 ； 停止時，可有自鎖能力 ；