【正文】 流在177。 在電路及儀器中 LED 作為指示燈 用于狀態(tài)顯示 ，或者組成文字或數(shù)字顯示， 在現(xiàn)今廣告領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。 如下圖 44 步進(jìn)電機(jī)電路圖 ， 圖 中 A B C D1 為步進(jìn)電機(jī)的 四相 繞組直接接口， 這些接口的電流將直接通過 步進(jìn)電機(jī)各相 繞組，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作。在程序中，只要依次將這 8個控制字送到 GPIOA口，每送一個控制字，就完成一拍，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個步距角，每步轉(zhuǎn)角 176。 其控制信號將有 STM32F103C8 處理器 GPIOA 的四個端口GPIOA_Pin_0， GPIOA_Pin_1， GPIOA_Pin_2， GPIOA_Pin_3 控制輸出。其工作方式通電換相的相序 為 A – AB – B – BC – C – CD – D – DA，共 8 個狀態(tài)。 單極性步進(jìn)電機(jī)可以來用三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 5 根，那么其中一根是公共線 (連接到 V+)，其他 4 根分別連到電機(jī)的 4 相。單極性步進(jìn)電機(jī)還被 稱為 4 相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?4 個激勵繞組。 單極性 步進(jìn)電機(jī)含有兩個線圈。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個 脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）。 ULN2020 達(dá)林頓芯片 中 OUT OUT OUT OUT7 引腳 作為電流驅(qū)動模塊的輸出 ，直接提供 輸入步進(jìn)電機(jī)各相繞組 。 如下 圖 43 電流驅(qū)動模塊 電路連接圖 所示： ULN2020 達(dá)林頓芯片 中 IN ININ IN6 作為 脈沖信號 輸入端口 ， 信號來源于 脈沖發(fā)生模塊 的脈沖輸出，即 處理器 GPIOA 的四個端口 GPIOA_Pin_0， GPIOA_Pin_1， GPIOA_Pin_2，GPIOA_Pin_3 輸出的相應(yīng)電平輸出。 ULN2020 是一個 7 路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時 ULN2020 輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時 ULN2020 輸出端為高電平，繼電器得電吸合。 ULN2020 是 高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。所以 步進(jìn)電動機(jī) 和步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動器 之間是密不可分的。 脈沖序列 和 脈沖的頻率通過軟件來設(shè)定。 脈沖發(fā)生模塊 步進(jìn)電機(jī)的 脈沖 序列 是由 微 處理器 通用輸入輸出 GPIO 端口 輸出 產(chǎn)生的。 本課題 充分應(yīng)用了 STM32F103C8 處理器的時鐘、 SYSTICK定時器 、中斷口 等功能。這樣設(shè)計(jì)可以使得 每個模塊獨(dú)立設(shè)計(jì) ，使得設(shè)計(jì)過程簡單 ， 又能表示出各個模塊之間的直接作用關(guān)系，方便以后的管理。 本章 主要介紹 硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 部分 ， 硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 是系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的平臺。硬件 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 部分的設(shè)計(jì)包括脈沖發(fā)生模塊、電流驅(qū)動模塊、 LED 顯示模塊和鍵盤 選擇 模塊四個部分。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時必須串聯(lián)限流電阻以控制通過管子的電流。 發(fā)光二極管 只能往一個方向?qū)ǎㄍ姡凶髡蚱茫ㄕ蚱珘海?。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個 PN 結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。因此現(xiàn)在大部分電器的按鈕都使用導(dǎo)電橡膠或鍋?zhàn)虚_關(guān)五江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 金彈片直接來代替，比如電腦鍵盤，電視機(jī)遙控器等。 按鍵 開關(guān) 由于接觸電阻小、按動有清脆的手感手感明顯、高度規(guī)格齊全等方面的原因，在家用電器方面得到廣泛的應(yīng)用如：影音產(chǎn)品、數(shù)碼產(chǎn)品、遙控器、通訊產(chǎn)品、家用電器、安防產(chǎn)品、玩具、電腦產(chǎn)品、健身器材、醫(yī)療器材、驗(yàn)鈔筆、雷射筆按鍵等等。 該電路的特點(diǎn)如下 ： ULN2020 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個 的基極電阻 ,在 5V的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路 直接相連 ,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。 ULN2020 達(dá)林頓陣列驅(qū)動芯片實(shí)物圖如下 （ 型號： ULN2020APG） ： 圖 35 ULN2020 實(shí)物圖 工作原理 ULN2020 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列 ,由七個硅 NPN 達(dá)林頓管組成 芯片 。 ULN2020 高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品就屬于這類可控大功率器件，由于這類器件功能強(qiáng)、應(yīng)用范圍語廣。 灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。 圖 34 雙極性步進(jìn)電機(jī)原理圖 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 雙 極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式 雙極性步進(jìn)電機(jī)具有和單極性步進(jìn)電機(jī)相同的步進(jìn)方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實(shí)現(xiàn)上存在一些差別。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步距通常是 176。 可以相當(dāng)簡單地使用數(shù)字萬用表來查找兩個繞組。由于雙極性步進(jìn)電機(jī)比單極性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，因此總是應(yīng)用于空間有限的設(shè)計(jì)中。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比，雙極性步進(jìn)電機(jī)具有更大的驅(qū)動能力，原因在于其磁極 (不是中間抽頭的單一線圈 )中的場強(qiáng)是單極性步進(jìn)電機(jī)的兩倍。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槊繕O只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)榫哂袃蓚€分離的線圈。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 33 單極性 步進(jìn)電機(jī)單拍通電方式 雙極性步進(jìn)電機(jī) 雙極性步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因?yàn)槊總€繞組都可以兩個方向通電。 3) 半拍： A – AB – B – BC – C – CD – D – DA 它工作時的則讓兩個繞組通電與單個繞組通電方式交替的進(jìn)行。 2) 雙拍： AB –BC – CD – DA 它同時給兩個繞組通電，這樣就使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并且在永磁體到達(dá)兩個通電繞組的中間位置點(diǎn)時平衡。 圖 32 單極性步進(jìn)電機(jī)原理圖 單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式 單極性步進(jìn)電機(jī)可以來用三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 5 根，那么其中一根是公共線 (連接到 V+)，其他 4 根分別連到電機(jī)的 4相。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱為 4 相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?4 個激勵繞組。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€線圈。 圖 31 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖 工作原理 步進(jìn)電機(jī) 更具通過每個繞組的電流反向 可分為單極性和雙極性 。 封裝圖如 下 ： 圖 26 STM32F103C8 封裝圖 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三章 主要元器件 步進(jìn)電機(jī) 特性與應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)是一種可以把電脈沖信號 (數(shù)字信號 )直接轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移 (模擬信號 )的精密執(zhí)行元件，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置分別與脈沖輸入電機(jī)繞組的脈沖頻率和脈沖個數(shù)成比例。下面給出了該系列產(chǎn)品中所有外設(shè)的基本介紹。C 的溫度范圍，供電電壓 至 ，一系列的省電模式保證低功耗應(yīng)用的要求。 STM32F103C8 增強(qiáng)型系列工作于 40176。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 STM32F103C8 微控制器簡介 STM32F103C8 增強(qiáng)型系列使用高性能的 ARM CortexM3 32 位的 RISC 內(nèi)核，工作頻率為 72MHz，內(nèi)置高速存儲器 (高達(dá) 128K 字節(jié)的閃存和 20K 字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng) I/O 端口和聯(lián)接到兩條 APB 總線的外設(shè)。 推挽輸出的特性： 1) 推挽輸出 可以輸出高 ,低電平 ,連接數(shù)字器件 2) 推挽結(jié)構(gòu)一般是指兩個三極管分別受兩互補(bǔ)信號的控制 ,總是在一個三極管導(dǎo)通的時候另一個截止 .要實(shí)現(xiàn)線與需要用 OC(open collector)門電路 .是兩個參數(shù)相同的三極管或 MOSFET,以推挽方式存在于電路中 ,各負(fù)責(zé)正負(fù)半周的波形放大任務(wù) ,電路工作時，兩只對稱的功率開關(guān)管每次只有一個導(dǎo)通，所以導(dǎo)通損耗小 ,效率高。 圖 25 端口位的基本結(jié)構(gòu) 在本課題步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用 GPIO 輸出脈沖序列，結(jié)合輸出特性將配置成推挽輸出。 在需要的情況下， I/O 引腳的外設(shè)功能可以通過一個特定的操作鎖定，以避免意外的寫入 I/O 寄存器。多數(shù) GPIO 引腳都與數(shù)字或模擬的復(fù)用外設(shè)共用。ADC 分頻器可選擇為 8 分頻。該倍頻器可選擇 1 或者 2 倍頻，時鐘輸出供定 時器 1 使用。 5) 送給 APB2 分頻器。 APB1 分頻器可選擇 16 分頻，其輸出一路供 APB1 外設(shè)使用 (PCLK1，最大頻率 36MHz)，另一路送給定時器 (Timer) 4 倍頻器使用。 3) 直接送給 Cortex 的空閑運(yùn)行時鐘 FCLK。其中 AHB 分頻器輸出的時鐘送給 5 大模塊使用： 1) 送給 AHB 總線、內(nèi)核、內(nèi)存和 DMA 使用的 HCLK 時鐘。系統(tǒng)時江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 鐘可選擇為 PLL 輸出、 HSI 或者 HSE。這在較大工程中是必須設(shè)計(jì)考慮的。 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 STM32F10x 系列微控制器特性 ATM32F10X 系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 控制類芯片 ，以下將羅列 其部分功能特性 ： 核心 1) ARM 32 位的 Cortex?M3CPU 2) 72MHz，高達(dá) 90DMips， 3) 單周期硬件乘法和除法 ——加快計(jì)算 存儲器 1) 從 32K 字節(jié)至 128K 字節(jié)閃存程序存儲器 2) 從 6K 字節(jié)至 20K 字節(jié) SRAM 3) 多重自舉功能 時鐘、復(fù)位和供電管理 1) 至 伏供電和 I/O 管腳 2) 上電 /斷電復(fù)位 (POR/PDR)、可編程電壓監(jiān)測器 (PVD)、掉電監(jiān)測器 3) 內(nèi)嵌 4 至 16MHz 高速晶體振蕩器 4) 內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)校的 8MHz 的 RC 振蕩器 5) 內(nèi)嵌 40kHz 的 RC 振蕩器 6) 內(nèi)嵌 PLL 供應(yīng) CPU 時鐘 7) 內(nèi)嵌使用外部 32kHz 晶體的 RTC 振蕩器 多達(dá) 80 個快速 I/O 口 1) 26/36/51/80 個多功能雙向 5V 兼容的 I/O 口 2) 所有 I/O 口可以映像到 16 個外部中斷 STM32F10x 內(nèi)部結(jié)構(gòu) STM32F10X 的 系統(tǒng) 結(jié)構(gòu) 下圖是 STM32F10X 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其中主要部分包括： 四個主控端： 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 CortexM3 內(nèi)核指令總線，數(shù)據(jù)總線以及系統(tǒng)總線 、 DMA(通用 DMA) 四個受控端： 內(nèi)部 SRAM、 內(nèi)部 Flash 存儲器 、 AHB 到 APB 橋（ AHB2APBX）該橋用來連接有的 APB 設(shè)備 圖 23 STM32F10X 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 除了 Flash、系統(tǒng)時鐘的必須使用的模塊，其他設(shè)備在圖中標(biāo)出的部分在本文中需要使用，這些都是基于 APB2 橋設(shè)備。 10) 支持 ARMv6de BE8/LE(大小端 )。 8) 處理器狀態(tài)自動保存于回復(fù)，保證低延時的 ISR 進(jìn)入和退出。 6) Thumb2 和 Debug 狀態(tài)。 4) 單周期 32 位乘法。 2) 采用哈弗持利器結(jié)構(gòu)，在取指的同時可以讀取 /存儲數(shù)據(jù)。 ARM CortexM3 處理器實(shí)現(xiàn)了 Thumb2 指令集架構(gòu)，具有很高的代碼密度，可降低存儲器需求，并能達(dá)到非常接近 32 位 ARM 指令集的性能。在一個具有 32 個物理中斷的標(biāo)準(zhǔn)處理器實(shí)現(xiàn)上（ Metro 50MHz），達(dá)到了突出的 。 ARM CortexM3 內(nèi)核 處理器使用了 ARM v7M 體系結(jié)構(gòu)，是一個可綜合的、高度可配置的處理器。 ARM CortexM3 內(nèi)核 處理器 概述 ARM CortexM3 內(nèi)核 處理器是一個低功耗的處理器，具有門數(shù)少 , 中斷延遲小 , 調(diào)試容易等特點(diǎn)。兩個系列都內(nèi)置 32K 到128K 的閃存，不同的是 SRAM 的最大容量和外設(shè)接口的組合。按性能分成兩個不同的系列： STM32F103―增強(qiáng)型 ‖系列和 STM32F101―基本型 ‖系列。 STM32F10X 系列微控制器 簡介 STM32F10X 系列微控制器 概述 圖 21 STM32F10X 芯片 圖 江西理工大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 STM32F10X 系列是由意法半導(dǎo)體 (STMicroelectronics)公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的芯片。通過系統(tǒng)分析，我們確立微處理器的選型原則如下： 1) 基于控制類微處理器 2) 內(nèi)置程序存儲空間 3) 內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲空間 4) 具備足夠的 I/O 端口 5) 具有常見的封裝形式，且便于電路制作和焊接 6) 性價比高，容易選購 此外還需考慮處理器在市場的應(yīng)用廣泛情況、學(xué)習(xí)與參考的資料是否豐富。步進(jìn)電機(jī)控制的數(shù)據(jù)處理運(yùn)算并不多