【正文】 。 本設(shè)計(jì)的硬件制作部分完全是實(shí)行的手工焊接，沒有制作 PCB 板，這樣的后果就是 焊接完電路板之后容易出現(xiàn)問題，檢查麻煩，而且要是在后期全部制作調(diào) 試都完成后再中途出現(xiàn)問題了檢查起來是相當(dāng)?shù)穆闊?。通過在本設(shè)計(jì)中的學(xué)習(xí)和查閱資料，想要得到更高性能的控制，可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，采 用閉環(huán)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。 在電機(jī)工作模式上本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的兩相四拍和兩相八拍兩種脈沖控制方式。驅(qū)動(dòng)電路能提供 12V， 的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)方向，檢測到的電機(jī)電流的大小等都能通過數(shù)碼管顯示出來； 整個(gè)的成果形式是最終以 步進(jìn)電機(jī)控制電路板的形式展示出來了。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 43 結(jié) 論 經(jīng)過為期一學(xué)期的學(xué)習(xí)和努力，本次設(shè)計(jì)順利完成，具體結(jié)論如下： 采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把鍵盤電路和 數(shù)碼管顯示電路 ，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ，電機(jī)電流檢測電路 有機(jī) 的結(jié)合起來，組成一個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的簡單 系統(tǒng)。 i=0。 aL=0。 } else if(i==4) { AL=1。 aL=1。 } else if(i==3) { AL=0。 aL=1。 } else if(i==2) { AL=0。 aL=0。 程 序 入 口讀 出 的 數(shù) 據(jù) 賦 予 a d d a t aP 1 口 全 部 置 1 準(zhǔn) 備啟 動(dòng) 0 8 0 4 開 始 測 電 壓讀 轉(zhuǎn) 換 后 的 數(shù) 據(jù)讀 數(shù) 完 畢 返 回初 始 化電 機(jī) 反 轉(zhuǎn) 及 顯 示系 統(tǒng) 停 止 工 作按 鍵 判 斷按 鍵 判 斷檢 測 電 流 及 顯 示按 鍵 判 斷NNNYYYY按 鍵 判 斷N 圖 讀 ADC0804 子程序及 模 式切換子程序 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖輸入方式： 兩相四拍通電方式： 正轉(zhuǎn)： AB— aB— ab— Ab— AB 反轉(zhuǎn)： AB— Ab— ab— aB— AB 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 41 兩相八拍通電方式： 正轉(zhuǎn)： AB— B— aB— a— ab— b— Ab— A— AB 反轉(zhuǎn)： AB— A— Ab— b— ab— a— aB— B— AB 以兩相四拍正轉(zhuǎn)為例其程序代碼如下： if(i==1) { AL=1。所以通過連續(xù)按模式切換鍵依次實(shí)現(xiàn)的功能是電機(jī)反轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速，顯示電機(jī)電流，系統(tǒng)停止工作，系統(tǒng)正轉(zhuǎn)并顯示轉(zhuǎn)速依次切換。 程 序 入 口去 抖 動(dòng)結(jié) 束速 度 檔 位 加 1判 斷 增 速 按 鍵 按 下再 次 判 斷判 斷 是 否 是 最 高 速NYNYNY程 序 入 口去 抖 動(dòng)結(jié) 束速 度 檔 位 減 1判 斷 減 速 按 鍵 按 下再 次 判 斷判 斷 是 否 是 最 低 速YYNYNN 圖 增速減速子程序 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 40 讀 ADC0804 和模式切換程序框圖如下圖 所示，在本設(shè)計(jì)當(dāng)中我的模式切換按鍵只有一個(gè)，負(fù)責(zé)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，電流控制和電機(jī)啟動(dòng)和停止控制。所以在編程的時(shí)候判斷按鍵按下是低電平有效。 開 始定 時(shí) 器 中 斷 允 許定 時(shí) 器 0 工 作 方 式 2載 入 定 時(shí) 器 初 值定 時(shí) 器 0 和 定 時(shí) 器 1 開 啟載 入 默 認(rèn) 工 作 參 數(shù)各 個(gè) 端 口 初 始 化 圖 系統(tǒng)初始化流程圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 39 按鍵子程序 延時(shí)子程序： 在本延時(shí)子程序當(dāng)中每調(diào)用一次延時(shí)子程序延時(shí)時(shí)間是1 毫秒。 具體程序的講解將在本章各節(jié)做詳細(xì)講解。 程序流程圖的設(shè)計(jì)遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細(xì)分到每一個(gè)模塊的流程。 對以上的單片機(jī)最 小 系統(tǒng)，串口通信模塊，數(shù)碼管顯示電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)電流檢測模塊各個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)論證后然后銜接起來完成了整個(gè)硬件部分的設(shè)計(jì) ， 系統(tǒng)的總體原理圖見附錄。 本章 小 結(jié) 本章就是通過對我的整個(gè)系統(tǒng)按照各個(gè)模塊分別講解來加深對整個(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。此時(shí)按鍵的工作原理是按下按鍵之后就相當(dāng)于是把對應(yīng)的端口的電勢拉低。 OP07 放大的信號(hào)來源是 L298 的 1 腳測電流的小電阻分出來的電壓，然后經(jīng) OP07 放大之后的信號(hào)送給 0804 處理。 電流檢測模塊電路圖 如圖 所示， OP07 的 3 腳是反向輸入端， 4 腳是同向輸入端， 6 腳輸出端。 150PF）＝ 606KHz 更換不同的 R、 C 值，會(huì)有不同的轉(zhuǎn)換頻率，而且頻率愈高代表速度愈快。 C) 若以上圖的 R＝ 10KΩ、 C＝ 150PF為例，則內(nèi)部的轉(zhuǎn)換頻率是 fCK＝ 1/（ 179。FPGA、 8051單片機(jī)等典型連接圖 頻率計(jì)算方式是： fCK＝ 1/(179。FPGA、 8051 單片機(jī)等典型連接圖 至于內(nèi)部的哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 轉(zhuǎn)換頻率 fCK，是由圖 的 CLKR（ 19 腳）、 CLK IN（ 4 腳）所連接的 R（）、C()值 來決定。 表 列出的是 8～12 位 A/D 轉(zhuǎn)換器的分辨率和最小電壓轉(zhuǎn)換值 。 對 8 位 ADC0804 而言，它的輸出準(zhǔn)位共有 28＝ 256 種，即它的分辨率是1/256，假設(shè)輸入信號(hào) Vin 為 0～ 5V 電壓范圍，則它最小輸出電壓是 5V/256＝ ，這代表 ADC0804 所能轉(zhuǎn)換的最小電壓值。 以輸出 8 位的 ADC0804 動(dòng)作來說明“連續(xù)漸進(jìn)式 A/D 轉(zhuǎn)換器”的轉(zhuǎn)換原理，動(dòng)作步驟如下表示（原則上先從左側(cè)最高位尋找起）。 (7). PIN8 (A GND):模擬電壓的接地端。 (6). PIN PIN7 (VIN(+)、 VIN())：差動(dòng)模擬訊號(hào)的輸入端。若在 CLKR 及 CLK IN 加上電阻 R 及電容 C，則可產(chǎn)生 ADC 工作所需的時(shí)序，其頻率約為 () (5). PIN5 ( INTR )：中斷請求。頻率輸入可連接處理單元的訊號(hào)頻率范圍為 100 kHz 至 800 kHz。當(dāng) WR 由 0→ 1 且 CS ＝ 0 時(shí)， ADC0804會(huì)開始轉(zhuǎn)換信號(hào)，此時(shí) INTR 設(shè)定為高位準(zhǔn) (high)。 (3). PIN3 (WR )：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的控制訊號(hào)。 (2). PIN2 ( RD )： Read。 芯片具體引腳圖如圖 所示。3V 至 177。2nA）和開環(huán)增益高（對于 OP07A 為 300V/mV）的特點(diǎn)，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得 OP07 特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號(hào)等方面。由于 OP07 具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于 OP07A 最大為 25μV），所以 OP07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。而在顯示這一部分有這樣一個(gè)問題，就是步進(jìn)電機(jī)的工作電流不是一 個(gè)恒定值，它是隨著時(shí)間的變化，會(huì)在一個(gè)小范圍內(nèi)不停的波動(dòng)為了使顯示出來的電流數(shù)據(jù)更可靠，我們通過單片編程，采用了取一段時(shí)間的電流的平均值顯示出來。所以考慮到這一原因我們是先將檢測到的電流值經(jīng)過 OP07 作放大處理后再將信號(hào)送給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片處理這樣保證了檢測值的可靠性。 一般檢測電流的方法是通過檢測電壓值，然后通過歐姆定律換算電流值的方法測試電流，本設(shè)計(jì)也不例外。 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 驅(qū)動(dòng)電流檢測模塊設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的 驅(qū)動(dòng)芯片電流檢測模塊的實(shí)際應(yīng)用意義在于，檢測流過電機(jī)的電流值并及時(shí)顯示，對于防止電機(jī)過流而損壞電機(jī)有一定的意義。由于本設(shè)計(jì)使用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓是使用了 9V (也可以使用 12V)，所以二極管的負(fù)端接 9V的參考電壓。通過這一連接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與 L298以及步進(jìn)電機(jī)的串聯(lián)控制。此引腳必須與地連接 100nF 電容器； 10； 12 腳（ Input3； Input4）： 2A1， 2A2 輸入端， TTL電平兼容； 13； 14 腳（ Out3； Out4）： 2Y 2Y2 輸出端 ， 監(jiān)測引腳 15； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 如圖 所 示，本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由驅(qū)動(dòng)芯片 L298 及其外圍電路哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 29 構(gòu)成，其中從 L298 的 3 腳和 1 14 腳（即芯片的輸出端）依次按順序連成一個(gè)插座，分別與步進(jìn)電機(jī)的四根線相連。 L298N 之接腳如圖 所示， Pin1 和 Pin15 可與電流偵測用電阻連 接來控制負(fù)載的電路； OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個(gè)步進(jìn)哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 電機(jī)； input1~input4 輸入控制電位來控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)； Enable 則控制電機(jī)停轉(zhuǎn)。而直接采用集成的驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)電路穩(wěn)定，成本低，易于控制，所以最終本設(shè)計(jì)是直接采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298 作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分的核心部件。 共陽數(shù)碼管電路圖 本設(shè)計(jì)選用了數(shù)碼管顯示設(shè)計(jì)， 其段選的控制 A、 B、 C、 D、 E、 F、 G、DP 按照數(shù)碼管的簡介資料選用了 P 0 口作為其控制端 口，其位選部分由于單片機(jī)的控制端口輸出的電壓不足以直接點(diǎn)亮數(shù)碼管，所以在單片機(jī)控制端口和數(shù)碼管的位選控制端口加入了三極管， 其 具體的 電路 連接 如圖 所示。 通 過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中采用了數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描的方式進(jìn)行 顯示，下面我們對數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示作一詳細(xì)介紹。剩余的八個(gè)腳是段選信號(hào)輸入端，其對應(yīng)方式是A1 B C D E F G DP3。但是控制液晶顯示器的時(shí)候占用的系統(tǒng)資源多，編程更復(fù)雜，最關(guān)鍵的是液晶顯示的成本是數(shù)碼管的幾十倍，所以考慮到應(yīng)用價(jià)值，最終還是確定選用數(shù)碼管 實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)的 顯示部分功能。其具體的電路圖如圖 所示。 P 3 口主要用于 負(fù)責(zé)處理 ADC0804 的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的工作。 P 2 口主要 用于 控制數(shù)碼管的公共端，既是數(shù)碼管的位選。在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，單片機(jī)的 P 0 口、 P 1 口、 P 2 口、 P 3 口全部參與系統(tǒng)工作， 單片機(jī)最小系統(tǒng)的接線如圖 所示： 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)端口分配及功能 其中 P 0 口用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，重復(fù) 1－ 5 步驟，直到全部文件編程結(jié)束。 5．每對 Flash 存儲(chǔ)陣列寫入一個(gè)字節(jié)或每寫入一個(gè)程序加密位，加上一個(gè) ALE ／ PROG 編程脈沖。 3．激活相應(yīng)的控制信號(hào)。 編程方法： 編程前，須設(shè)置好地址、數(shù)據(jù)及控制信號(hào)， AT89S51 編程方法如下： 1．在地址線上加上要編程單元的地址信號(hào)。編程方法可通過傳統(tǒng)的 EPROM 編程器使用高電壓（ +12V）和協(xié)調(diào)的控制信號(hào)進(jìn)行編程。 哈爾濱工程大學(xué)本科生畢業(yè)論文 23 由于外部時(shí)鐘信號(hào)是通過一個(gè) 2 分頻觸發(fā)器后作為內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)的，所以對外部時(shí)鐘信號(hào)的占空比沒 有 特殊 要求，但最小高電平持續(xù)時(shí)間和最大的低電平持續(xù)時(shí)間應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)條件的要求。 用戶也可以采用外部時(shí)鐘。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF 177。對外接電容 Cl、 C2 雖然沒 十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。這個(gè)放大器與作為反饋 元件的片外石英晶體