【正文】 首先，單片機(jī)將 輸出為低電平，其它 ~ 輸 出高電平，此時(shí)讀取列線(xiàn)的數(shù)據(jù)全為高電平，說(shuō)明沒(méi)有在第一行有鍵按下；其次。最后一步確定鍵值。一開(kāi)始單片機(jī)將行線(xiàn)（ ~）全部輸出低電平，此時(shí)讀入列線(xiàn)數(shù)據(jù)，若列線(xiàn)全為高電平則沒(méi)有鍵按下，當(dāng)列線(xiàn)有出現(xiàn)低電平時(shí)調(diào)用延時(shí)程序以此來(lái)去除按鍵抖動(dòng)。但是鍵閉合一次只能進(jìn)行一次鍵功能操作，因此須等到按鍵釋放后，再進(jìn)行鍵功能操作，否則按一次鍵，有可能會(huì)連續(xù)多次進(jìn)行同樣的鍵操作。第二步，行線(xiàn)輪流輸出低電平，從列線(xiàn) ~ 讀入數(shù)據(jù)，若有某一列為低電平，則對(duì)應(yīng)行線(xiàn)上有鍵按下。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條 I/O 口線(xiàn)之間短路。 對(duì)于矩陣鍵盤(pán)，一般由 16 個(gè)按鍵組成，在單片機(jī)中正好可以用一個(gè) P 口實(shí)現(xiàn) 16 個(gè) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 31 頁(yè) 按鍵功能，這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式， 4X4 矩陣鍵盤(pán)模塊硬件設(shè)計(jì)電路如圖 所示。這樣鍵盤(pán)上按鍵的個(gè)數(shù)就為 4X4個(gè)。 矩陣鍵盤(pán)又稱(chēng)行列鍵盤(pán)，它是用四條 I/O 線(xiàn)作為行線(xiàn)，四條 I/O 線(xiàn)作為列線(xiàn)組成的鍵盤(pán)。 圖 KS0108 控制器顯示漢字的原理 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì) 獨(dú)立按鍵具有編程簡(jiǎn)單但占用 I/O 口資源的特點(diǎn)，不適合在按鍵較多的場(chǎng)合應(yīng)用。只有這樣，一 個(gè)完整的 “我 ”字就會(huì)顯示出來(lái)了。為了顯示出一個(gè)完整的 16X16 點(diǎn)陣漢字，就必須在顯示完上半部分后，重新指定頁(yè)地址和起始列地址，起始行地址不用指定。只要指定了顯示所在頁(yè)、起始行和起始列地址，就可以在字模數(shù)據(jù)塊中連續(xù)取出 16 個(gè)字節(jié)的顯示數(shù)據(jù)，顯示結(jié)果為 “我 ”字的上半部分。在顯存中連續(xù)讀出的顯示數(shù)據(jù)字節(jié)，在顯示屏上從起始列開(kāi)始，自下向上按列顯示。起始行的真正意義并不是一頁(yè)內(nèi) 8 行中的某一行，它是把整個(gè)屏幕劃分成 64 行，其范圍為 63~00。如表 34 中，指定左半屏第 1 頁(yè)第 7 列，只要把 頁(yè)地址和起始列地址命令寫(xiě)入，隨后的數(shù)據(jù)就進(jìn)入相應(yīng)的顯存，顯示內(nèi)容就會(huì)從屏幕左上角第 1 頁(yè)內(nèi)第 7 列開(kāi)始顯示。為準(zhǔn)確地顯示要顯示的內(nèi)容，還必須指定顯示內(nèi)容在屏幕上的起始列位置，即顯存中該頁(yè) 64 個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)位置中的第幾個(gè)位置。確定了頁(yè)地址，相當(dāng)于確定找到了屏幕上的一個(gè)區(qū)。顯存中第 1~8 頁(yè)的數(shù)據(jù)與顯示屏的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 所示。因?yàn)槊總€(gè)半屏都是 64X64點(diǎn)陣，而 8 個(gè)點(diǎn)陣對(duì)應(yīng)一個(gè)字節(jié)，故每個(gè)半屏都對(duì)應(yīng) 8X8 個(gè)字節(jié)。 圖 128X64 點(diǎn)陣液晶模塊原理圖 實(shí)際上， KS0108 的顯示存儲(chǔ)器為 512X8（字節(jié)） =4096（位）即 4k 位。而顯示屏的位置由 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) KS0108 顯存的三個(gè)參數(shù)決定，即頁(yè)地址、起始行地址和起始列地址。 KS0108 的顯存與顯示屏的對(duì)應(yīng)關(guān)系既不像 HD4470 那樣一一對(duì)應(yīng)固定不變，也不像 T6963C 那樣靈活和難于掌握。選中左半屏?xí)r， CS1 為高電平， CS2 為低電平；選中右半屏?xí)r， CS2 為高電平，CS1 為低電平。不難發(fā)現(xiàn)， 128X64 圖形液晶顯示器有兩個(gè)片選信號(hào)，分別為 CS1 和 CS2，在對(duì)顯示屏操作時(shí)，一次只能選中一個(gè)顯示屏，即左半屏或右半屏。而讀狀態(tài)字只需要讀一次即可。在編程時(shí)，要連續(xù)寫(xiě)兩句讀顯示數(shù)據(jù)指令，才能把一個(gè)字節(jié)的當(dāng)前顯存中的顯示數(shù)據(jù)讀出。 ? 寫(xiě)顯示數(shù)據(jù)（ WRITE DISPLAY DATA） 格式： 數(shù) 據(jù) 該操作將 8 為數(shù)據(jù)寫(xiě)入先前已確定的顯示存儲(chǔ)器的單元內(nèi)，操作完成后列地址計(jì)數(shù)器會(huì)自動(dòng)加一。 Y 地址計(jì)數(shù)器具有自動(dòng)加一功能，在每次讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)后它將自動(dòng)加一，所以在連續(xù)進(jìn)行讀 /寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)， Y 地址計(jì)數(shù)器不必每次都設(shè)置一次。該指令規(guī)定了以后讀 /寫(xiě)操作將在哪個(gè)頁(yè)面上進(jìn)行。 ? 頁(yè)面地址設(shè)置（ SET PAGE（ X ADDRESS）） 格式 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 該指令設(shè)置了頁(yè)面地址 X 地址寄存器的內(nèi)容。通常只在程序開(kāi)始初始化時(shí)，指定起始行地址。比較特殊的是，最上邊的一行為 00，第二行為63 從上到下地址是遞減的。 ? 顯示起始行設(shè)置（ DISPLAY START LINE） 格式： 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 該指令設(shè)置了顯示起始行寄存器的內(nèi)容。此時(shí)在狀態(tài)字中 ON/OFF=0。 D 為顯示開(kāi) /關(guān)的控制位。若不為 “0”，則計(jì)算機(jī)需要等待，直至 BUSY=0 為止。只有在 BUSY=0 時(shí)，計(jì)算機(jī)對(duì) KS0108 的操作才能有效。當(dāng) RST 為高電平狀態(tài)時(shí)， KS0108為正常工作狀態(tài)， RESET=0。 3． RESET：表示當(dāng)前 KS0108 的工作狀態(tài)，即反映 RST 端的電平狀態(tài)。 2． ON/OFF：表示當(dāng)前的顯示狀態(tài)。此時(shí) 接口電路被封鎖，不能接受除讀狀態(tài)字以外的任何操作。 表 KS0108 的匯總指令表 指令名稱(chēng) 控制狀態(tài) 指 令 代 碼 DI R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 讀數(shù)據(jù) 1 1 數(shù) 據(jù) 寫(xiě)數(shù)據(jù) 1 0 數(shù) 據(jù) 讀取狀態(tài)字 0 1 BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0 起始行設(shè)置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0 列地址設(shè)置 0 0 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0 頁(yè)面地址設(shè)置 0 0 1 0 1 1 1 P2 P1 P0 顯示開(kāi)關(guān)設(shè)置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D LGM12641BS1R 中 KS0108 控制器的指令功能說(shuō)明 KS0108 控制器的控制指令只有七條，下面詳細(xì)介紹每條指令的功能。 CSCS2 分別為左、右半屏的片選信號(hào)，高電平有效。 R/W、 DI 分別 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 為讀 /寫(xiě)選擇端和命令 /數(shù)據(jù)選擇端。 RST 是低電平復(fù)位端。 圖 內(nèi)置 KS0108 控制器的 LGM12641BS1R 字符 型液晶顯示器 圖 中，圖形液晶顯示器共有 18 個(gè)引腳，其中 DB0~DB7 為 8 位并行數(shù)據(jù)總線(xiàn)，傳送數(shù)據(jù)信號(hào)及控制指令。作為圖形液晶顯示控制器，目前它的應(yīng)用范圍較為普遍。由于液晶顯示屏是不帶字庫(kù)的，所以要想顯示中文漢字需借助于字模取模軟件。兩者在顯示原理和用法上是基本一致的，區(qū)別在于在顯示漢字時(shí)，不帶字庫(kù)的液晶可以選擇自己喜歡的字體，而帶字庫(kù)的液晶只能顯示 GB2312 的宋體，當(dāng)然了，也可以顯示其他的字體，不過(guò)不是液晶本身字庫(kù)中的，而是用圖片的 形式顯示。 圖 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24 頁(yè) LCD12864 字符型液晶屏簡(jiǎn)介 LCD12864 字符型液晶顯示屏一般分為兩種，帶字庫(kù)的和不帶字庫(kù)。 圖 串口通信模塊電路圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) LCD12864 字符型液晶屏顯示模塊設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)中，采用 LCD12864 字符型液晶屏顯示器 LGM12641BS1R 與單片機(jī) P0 口全部 I/O 口及 P3 口的部分 I/O 口，作為系統(tǒng)的步進(jìn)電 機(jī)轉(zhuǎn)速、啟停、步進(jìn)量等運(yùn)行狀態(tài)信息的顯示模塊。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 圖 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖 串口通信模塊與上位機(jī)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用串口通信，來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。通過(guò)這一連接實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與 74LS24 ULN2020A 以及步進(jìn)電機(jī)的串聯(lián)控制。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 如圖 所示，由于本設(shè)計(jì)是要控制三個(gè)兩相六線(xiàn)制步進(jìn)電機(jī)，而由于單片機(jī)的 I/O數(shù)是有限，因此為節(jié)省 I/O 資源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分主要是由三個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2020A 及三個(gè)緩沖器芯片 74LS244 等外圍電子元器件構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，其中每一個(gè) 74LS244 的四個(gè)輸出口對(duì)應(yīng)接每一個(gè) ULN2020A 的四個(gè) 脈沖信號(hào)輸入端口，而 ULN2020A 的脈沖輸出口步進(jìn)電機(jī)的相應(yīng)接線(xiàn)端。 ? 15 引腳：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 2 引腳信號(hào)輸入端。 ? 13 引腳 ：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 4 引腳信號(hào)輸入端。 ? 11 引腳：脈沖信號(hào)輸出端，對(duì)應(yīng) 6 引腳信號(hào)輸入端。如果該腳接地 ,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對(duì)地接通。 ? 9 引腳：該腳是內(nèi)部 7 個(gè)續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。 ? 7 引腳：脈沖信號(hào)輸入端。 ? 5 引腳：脈沖信號(hào)輸入端。 ? 3 引腳：脈沖信號(hào)輸入端。 圖 ULN2020A 引腳圖 各個(gè)引腳的功能如下： ? 1 引腳：脈沖信號(hào)輸入端。由于ULN2020A 是集電極開(kāi)路輸出，為了讓這個(gè)二極管起到續(xù)流作用，必須將 COM 引腳（ pin9）接在負(fù)載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路。此芯片的工作電壓很高、工作電流大，其灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的最大驅(qū)動(dòng)電壓，還可以在高負(fù)載電流下并行運(yùn)行。 ULN2020A 簡(jiǎn)介 ULN2020A 是美國(guó) Texas Instruments 公司開(kāi)發(fā)的高壓大電流 達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品，它是一種高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，其內(nèi)部由七個(gè)硅 NPN 復(fù)合晶體管組成。也可以用驅(qū)動(dòng)芯片 L298， L298為 H 橋驅(qū)動(dòng)芯片，可以為負(fù)載提供雙向的電流，簡(jiǎn)單方便且在實(shí)際應(yīng)用中較常使用，但是相應(yīng)的成本增加了。在每交換半步的過(guò)程中，由于其中一個(gè)繞組沒(méi)有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng) 45176。 將兩相步進(jìn)電機(jī)的單相通電工作方式和兩相電機(jī)的雙相通電工作方式相互結(jié)合起來(lái)，可得到較為常用的一種步進(jìn)方式，即電機(jī)定子線(xiàn)圈在轉(zhuǎn)換通電順序之間插入一個(gè)線(xiàn)圈斷電狀態(tài)而走 “ 半步 ” ，此時(shí)步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角將一分為二，這種方式也稱(chēng)之為單 —雙 八拍驅(qū)動(dòng)方式。其工作過(guò)程如圖 所示，一開(kāi)始定子線(xiàn)圈 A 和 b 同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step1 位置；在第 2 步中，定子線(xiàn)圈 A 斷電，而線(xiàn)圈 b 和 a（此時(shí)的線(xiàn)圈 a 通電極性與第 1 步線(xiàn)圈 A相反）同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step2位置；在第 3 步中，定子線(xiàn)圈 a 和 B 同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系， 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step3 位置；在第 4 步中，定子線(xiàn)圈 B 和 A 相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示 step4 位置。 圖 激勵(lì)線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁場(chǎng) 圖 中顯示的線(xiàn)圈得電順序通常被稱(chēng)為 “單相激勵(lì) ”的步進(jìn)方式，而圖 所示的是 “雙相激勵(lì) ”，是一種電機(jī)運(yùn)行的步進(jìn)方式。如圖 ~ 所示，是一 個(gè)當(dāng)改變線(xiàn)圈通電順序時(shí)，兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的典型轉(zhuǎn)動(dòng)順序。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。每個(gè)脈沖所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是精確的，并可重復(fù)，這就是步進(jìn)電機(jī)為什么在定位應(yīng)用中如此有效的原因。根據(jù)脈沖信號(hào)的 分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定的角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向沿著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。盡管步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)繁多，但他們的工作原理和工作方式是基本一致且相通的 ，由于在本設(shè)計(jì)中采用的是混合型兩相步進(jìn)電機(jī)，因此在下面對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理闡述時(shí)，只介紹兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理，其余類(lèi)型的電機(jī)就不一一闡述了。由于能夠開(kāi)環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。由于永磁體的存在，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(guò)程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻且振動(dòng)小。 3． 混合式步進(jìn)電機(jī) (Hybrid，簡(jiǎn)稱(chēng) HB)，混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)?；?5176。 2． 永磁式步進(jìn)電機(jī) (Permanent Mag，簡(jiǎn)稱(chēng) PM)永磁 式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個(gè)磁源。但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差，噪聲和振動(dòng)都很大。 1． 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (Variable Reluctance，簡(jiǎn)稱(chēng) VR)，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由高 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 導(dǎo)磁材料構(gòu)成的齒狀轉(zhuǎn)子和定子，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分，電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式 (VR)、永磁式 (PM)和混合式(HB)三