【正文】 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是哪個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動電路來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車站，家電等場合。共陰和共陽極數(shù)碼管的內(nèi)部電路，它們的發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。 數(shù)碼管數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對數(shù)碼管的稱呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。圖24 復(fù)位電路 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)就是能夠使單片機(jī)工作，而且使用的元件最少。由于R2R3因此RST為高電平，CPU處于復(fù)位狀態(tài)，松手后，電容C3充電，RST端電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C3通過R3放電。該電路在最簡單的復(fù)位電路下增加了手動復(fù)位按鍵，在接通電源瞬間，電容C3上的電壓很小，復(fù)位下拉電阻上的電壓接近電源電壓，即RST為高電平，在電容充電的過程中RST端電壓逐漸下降，當(dāng)RST端的電壓小于某一數(shù)值后，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)，由于電容C3足夠大，可以保證RST高電平有效時(shí)間大于24個振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。在復(fù)位期間（即RST為高電平期間），P0口為高組態(tài)，P1－P3口輸出高電平；外部程序存儲器讀選通信號PSEN無效。圖23 晶振電路圖 復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位是使CPU和系統(tǒng)中的其他功能部件都處在一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，例如復(fù)位后PC＝0000H，使單片機(jī)從第—個單元取指令。外接晶體以及電容C2和C3構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值為30pF左右，本次設(shè)計(jì)所以晶振如圖23。 時(shí)鐘信號用來提供單片機(jī)片內(nèi)的各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號。 石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱石英晶體諧振器，它用來穩(wěn)定頻率和選擇頻率，是一種可以取代LC諧振回路的晶體諧振元件?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器。如果需要對這兩種音頻同時(shí)支持的話，聲卡就需要有兩顆晶振。表25 P3口管腳備選功能RXD (串行輸入口)TXD (串行輸出口)/INT0 (外部中斷0)/INT1（外部中斷1）T0(計(jì)時(shí)器0外部輸入)T1(計(jì)時(shí)器1外部輸入)/WR(外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通)/RD(外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通) 晶振 晶體振蕩器，簡稱晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個頻率經(jīng)過頻率發(fā)生器的放大或縮小后就成了電腦中各種不同的總線頻率。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表25。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。在訪問外部存儲器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。對EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。 ②P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。當(dāng)EA為低電平時(shí)，則訪問外部程序存儲器。EA為內(nèi)部程序存儲器和外部程序存儲器選擇端。在從外部程序存儲器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；PSEN在每個機(jī)器周期內(nèi)兩次有效。但要注意，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個ALE脈沖。ALE引腳以不變的頻率（振蕩周期的1/6）周期性地發(fā)出正脈沖信號。Vpd向內(nèi)部在在此引腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。 ④EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PS（程序計(jì)數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80S51）或1FFFH（對8052）時(shí)，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。 ③PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，將跳過一個ALE脈沖。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。 VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。 ①RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對SHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。 XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。外接晶體引腳XTAL1和XTAL2引腳功能說明 主電源引腳VCC和GND VCC——（40腳）接+5V電壓；工作溫度范圍：40～+85℃（工業(yè)級）/0～75℃（商業(yè)級）。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器，無需專用仿真器，可通過串口（RxD/,TxD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM 功能共3 個16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。用戶應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512 字節(jié)。工作電壓：～（5V單片機(jī)）/～（3V 單片機(jī)）。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個外部中斷，一個7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。STC89C52使用經(jīng)典的MCS51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單片機(jī)里使用的芯片是STC公司生產(chǎn)的51系列的STC89C52。采用這種方式，簡化了實(shí)際控制程序，提高了控制效率。表24 細(xì)分控制中各相電流值變化規(guī)律各相A→BB→CC→AA相高→遞減電流值=0增加→高B相增→加高高→遞減電流值=0C相電流值=0增加→高高→遞減 在表24中，每一種保持或變化都是持續(xù)m/2步，且可看出其良好的循環(huán)性。不同的檔位對應(yīng)不同的循環(huán)增量基數(shù)，同一表格就產(chǎn)生了多級細(xì)分所需的階梯波。循環(huán)增量基數(shù)是在細(xì)分檔位設(shè)定后，由相應(yīng)的計(jì)算公式得到。在具體控制中，該系統(tǒng)通過設(shè)定循環(huán)增量基數(shù)，使不同的細(xì)分檔位對應(yīng)不同的細(xì)分步數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多級細(xì)分驅(qū)動。為此，該系統(tǒng)采用了循環(huán)增量查表法。在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制信號下，階梯波脈沖由輸出端口經(jīng)鎖存系統(tǒng)送入D/A轉(zhuǎn)換器件DAC0830進(jìn)行電流合成向量的轉(zhuǎn)化，輸出對應(yīng)的電流值，經(jīng)驅(qū)動放大控制步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)分驅(qū)動。電流合成向量轉(zhuǎn)化的前提是合成向量的插入。驅(qū)動系統(tǒng)采用三級管實(shí)現(xiàn)電流放大。DAC0830轉(zhuǎn)換分辨率是8位，該芯片具有與微處理器兼容、價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)控制系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換部分和驅(qū)動系統(tǒng)組成。步進(jìn)顯示系統(tǒng)由液晶顯示器顯示當(dāng)前細(xì)分檔位和細(xì)分后的步進(jìn)角等參數(shù)。鍵盤輸入系統(tǒng)是用來輸入控制所需的細(xì)分檔位。主機(jī)采用STC89C52單片機(jī)，其為低功耗的8位單片機(jī)，片內(nèi)有一個8K字節(jié)的Flash可編程、可擦除、只讀存儲器，故可簡化系統(tǒng)構(gòu)成，且可滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲空間的要求?？梢?，選擇不同的細(xì)分步數(shù)，就要插入不同的電流合成向量。細(xì)分程度越高，階梯波越復(fù)雜。要再實(shí)現(xiàn)4步細(xì)分，只需在A與AB之間插入3個向量III3，使得合成磁勢的轉(zhuǎn)動角度θ1=θ2=θ3=θ4，就實(shí)現(xiàn)了4步細(xì)分。由此可見，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理就是通過等角度有規(guī)律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢轉(zhuǎn)動角度，達(dá)到步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的目的。以A→B為例，若將各相電流看作是向量，則從整步到半步的變換，就是在IA與IB之間插入過渡向量IAB，因?yàn)殡娏飨蛄康暮铣煞较驔Q定了步進(jìn)電機(jī)合成磁勢的方向，而合成磁勢的轉(zhuǎn)動角度本身就是步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度。如三相步進(jìn)電機(jī)按A→B→C……的順序輪流通電， 步進(jìn)電機(jī)為整步工作。為此，設(shè)計(jì)了多級細(xì)分驅(qū)動系統(tǒng)，通過不同的細(xì)分檔位設(shè)定，實(shí)現(xiàn)不同步數(shù)的細(xì)分，同時(shí)保證了不同的轉(zhuǎn)動速度。同時(shí)，還可解決步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)的低頻振動和運(yùn)行中的噪聲等。步進(jìn)電機(jī)作為電磁機(jī)械裝置，其進(jìn)給的分辨率取決于細(xì)分驅(qū)動技術(shù)。 注意，國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用“平滑”來取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，所以一定要分清兩者的本質(zhì)不同： 1．平滑并不精確控制電機(jī)的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以平滑并不產(chǎn)生微步，而細(xì)分的微步是可以用來精確定位的。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一微步，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。但在國內(nèi)，廣大用戶對細(xì)分還不是特別了解，有的只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改善電機(jī)的運(yùn)行性能。步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過的單片機(jī)單位時(shí)間輸出的脈沖多少實(shí)現(xiàn)的，單位時(shí)間輸出的脈沖越多步進(jìn)電機(jī)的速度越快。 步數(shù)AABB1100021010300104011050100601017000181001表22 八拍工作方式表23 四拍工作方式步數(shù)AABB11010201103010141001 步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制是將其相拍的工作方式改變，就是從最后一步到第一步進(jìn)行工作。(Ω)相電感(V)相電流(176。42BYGHW609步進(jìn)電機(jī)的具體參數(shù)如表21。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)磁極對數(shù)可以分為二相、三相等更多的相數(shù)。功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī)的基本由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè)備步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。 ⑥步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接用交流電源或直流電源。速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。 ③同時(shí)，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 ②步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。由于能夠開環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用[1]。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。 (3)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid，簡稱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)。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。 (2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Permanent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。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。.1步進(jìn)電機(jī)的分類另外通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制[1]。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：