【正文】 ULN20xx 芯片的引腳介紹： 引腳 1： CPU 脈沖輸入端，端口對(duì)應(yīng)一個(gè)信號(hào)輸出端。所有器件有集電極開(kāi)路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。 ULN20xx 的七個(gè) NPN 達(dá)林頓連接晶體管是低邏輯電平數(shù)字電路（如 TTL,CMOS或 PMOS/NMOS）和大電流高電壓要求的燈、繼電器、打印機(jī)和其他類似負(fù)載間的接口的理想器件。 通過(guò)以上分析便知，軟件消抖無(wú)論在操作上或者成本上都優(yōu)于硬件消抖，所以我們采用軟件消抖。 硬件消抖電路如圖 44所示。 1硬件消抖： 利用硬件電路消除抖動(dòng)，是將按鍵產(chǎn)生的抖動(dòng)變成理想的高低電平，使之不會(huì)造成單片機(jī)的誤讀。 按鍵在被按下和松手被釋放時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)的示意圖如圖 43所示。由于硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)只做簡(jiǎn)單敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡(jiǎn)單。 鍵盤的抖動(dòng)與消抖 為了確保單片機(jī)對(duì)一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵，必須消除抖動(dòng)的影響。高電平表示按鍵斷開(kāi)，低電平表示按 鍵閉合狀態(tài)。 按鍵閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或者低電平。鍵盤所用的開(kāi)關(guān)為機(jī)械彈性開(kāi)關(guān)，結(jié)合了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。 按鍵功能 的簡(jiǎn)單介紹 鍵盤在單片機(jī)的應(yīng)用中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等的功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段之一。 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 18 圖 42 壁掛式風(fēng)門 鍵盤控制電路 鍵盤控制模塊包括方向控制鍵、啟停鍵，分別與單片機(jī)的 和 相連。通過(guò)對(duì)單片機(jī)上的 按鍵和外圍擴(kuò)展的 按鍵進(jìn)行循環(huán)掃描來(lái)判斷按鍵是否已被按下，若按鍵被按下，再經(jīng)過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后，通過(guò)這兩個(gè)按鍵分別來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，調(diào)速 系統(tǒng)由軟件方式完成，即用中斷定時(shí)器控制轉(zhuǎn)速。因此，此結(jié)果可以應(yīng)用于遙控壁掛式空調(diào)的風(fēng)門的運(yùn)動(dòng)，具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。設(shè)置 MSP430單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 16 圖 33 MSPEXP430G2553 開(kāi)發(fā)板 本次設(shè)計(jì)采用了 MSP430單片機(jī)的 USB供電模式，利用 MSP430單片機(jī)的 ， ， 4個(gè) I/O口，按照一定的通電順序（ AABBBCCCDDDA）對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 ULN20xx的輸入端口進(jìn)行寫入，從而達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。 Launchpad 具有集成的 DIP目標(biāo)插座，可支持多達(dá) 20 個(gè)引腳，從而使 MSP430 器件能夠簡(jiǎn)便的插入 Launchpad電路板中。 6 兩個(gè) 16位 Timer_A 分別具有三個(gè)捕獲 /比較寄存器 7 多達(dá) 24個(gè)支持觸摸感測(cè)的 I/O 引腳 8 通用串行通信接口： （ 1）支持自動(dòng)波特率檢測(cè)的增強(qiáng)型異步收發(fā)器 （ 2）編碼器和解碼器 （ 3）同步 SPI 9 用于模擬信號(hào)比較功能或者斜率模數(shù)轉(zhuǎn)換的片載比較器 10 帶內(nèi)部基準(zhǔn)，采樣，與保持以及掃描功能的 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器 11 欠壓檢測(cè)器 12 串行板上編程： （ 1）無(wú)需外部編程電壓 （ 2）利用安全熔絲實(shí)現(xiàn)可編程代碼保護(hù) 13 具有兩線制接口的片上仿真邏輯電路 MSP430G2553 開(kāi)發(fā)板硬件資源概述 名為 Launchpad 的 MSPEXP430G2 低成本實(shí)驗(yàn)板是一款適用于 MSP430G2xxx系列產(chǎn)品的完整開(kāi)發(fā)解決方案。并且這些時(shí)鐘可以在指令的控制下，打開(kāi)和關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)總體功耗的控制?？梢灾皇褂靡粋€(gè)晶體振蕩器（ 32768Hz），也可以使用兩個(gè)晶體振蕩器。 其次，獨(dú)特的時(shí)鐘系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 :MSP430 單 片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處： 首先， MSP430 系列單片機(jī)的電源電壓采用的是 電壓。 ： MSP430 系列單片機(jī)能在 25MHz 晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn) 40ns 的指令周期。 MSP430G2553 微控制器的特點(diǎn)和特性 微控制器的特點(diǎn) ： MSP430 系列單片機(jī)是一個(gè) 16位的單片 機(jī)，采用了精簡(jiǎn)指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（ 7 種源操作數(shù)尋址、 4 種目的操作數(shù)尋址）、簡(jiǎn)潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；還有高效的查表處理指令。 定時(shí)器的計(jì)數(shù)模式：（ 1）增計(jì)數(shù)模式（ 2）連續(xù)計(jì)數(shù)模式（ 3）增 /減技天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 14 術(shù)模式（ 4）停止模式 串行通信：串口是系統(tǒng)與外界聯(lián)系的重要 手段，我們有時(shí)需要使用上位機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和控制， MSP430G2553 中有兩個(gè)串口模塊：USCI_A0 和 USCI_B0。 中斷： (1)中斷源：外部中斷、定時(shí)器中斷、看門狗定時(shí)器中斷、串口中斷、 A/D 轉(zhuǎn)換中斷、比較器中斷。（ 5） PXIES 中斷觸發(fā)沿選擇寄存器（ 0：上升沿中斷， 1：下降沿中斷）（ 6） PXIEL 功 能選擇寄存器（ 0：選擇引腳為 I/O端口， 1：選擇引腳為外圍模塊功能）（ 7） PXREN 上拉 /下拉電阻使能寄存器（ 0：禁止， 1：使能）。（ 3） PXOUT輸出寄存器，寄存器內(nèi)的內(nèi)容不會(huì)受引腳方向改變的影響（ 4） PXIFG 中斷標(biāo)志寄存器（ 0：沒(méi)有中斷請(qǐng)求， 1：有中斷請(qǐng)求），該寄存器有 8 個(gè)標(biāo)志位，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的引腳是否有待處理的中斷請(qǐng)求，這 8個(gè)中斷標(biāo)志共用一個(gè)中斷向量，中斷標(biāo)志不會(huì)自動(dòng)復(fù)位，必須軟件復(fù)位。 MSP430G2553 的引腳圖 32 如下： 圖 32 Msp430G2553 單片機(jī)引腳圖 MSP430G2553 開(kāi)發(fā)板各接口引腳介紹 表 31 MSP430G2553 引腳介紹 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 13 Msp430G2553 型單片機(jī)的各個(gè)功能模塊 時(shí)鐘系統(tǒng)：超低功耗 /低頻振蕩器；外接晶體振蕩器；數(shù)字控制振蕩器。C和 SPI 的 USI 以及 UART 的 USCI。（ 4）欠壓復(fù)位：可在上電和斷電期間提供正確的復(fù)位信號(hào)；功耗包含于 MCU 最低功耗時(shí)所消天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 12 耗的電流之中。（ 2） 16 位 Timer_A2：兩個(gè)捕獲 /比較寄存器；豐富的中斷功能。 由于 MSP430G2553 型單片機(jī)足以滿足對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制要求，因此下面我們?cè)敿?xì)對(duì) MSP430G2553 單片機(jī) 進(jìn)行詳細(xì)的介紹，典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖 31。 單片機(jī)原理概述 單片機(jī)（ singlechip microputer）是把微型計(jì)算機(jī)的主要部分都集成在 一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。由于競(jìng)爭(zhēng)激烈，其中串行接口多、低功耗、本身具有液晶顯示驅(qū)動(dòng)器與看門狗定時(shí)器的多功能芯片將成為主流器件。 本人在這次設(shè)計(jì)中采用了基于 ULN20xx 芯片的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，將在 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 10 節(jié)進(jìn)行詳細(xì)的表述。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)的控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一旦接收到來(lái)自控制器的步進(jìn)脈沖信號(hào)，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機(jī)的通電方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組導(dǎo)通或截止的信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低，升速或者降速，啟動(dòng)或者停止都完全取決于脈沖頻率的高低和脈沖的有無(wú)。 典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)控制器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，和步進(jìn)電機(jī)本體三部分組成。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備，即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為 度，一圈 360 度，需要 48 個(gè)脈沖完成。 步進(jìn)電機(jī)的 主要特性 步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)， 沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng) ,并伴有嘯天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 9 叫聲。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁， 從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)和特性 步進(jìn)電機(jī)的 主要特點(diǎn) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。 電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū)一般在 180250pps 之間（步距角 度）或在 400pps 左右（步距角為 度）， 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的 曲線 稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。稱之為失步。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。 動(dòng)態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ) 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng) 電源 等無(wú)關(guān)。 定位 轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。 θ=360度 /（轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 的 電機(jī)為例。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或 導(dǎo)電狀態(tài)用 n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈 沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即 ABBCCDDAAB，四相 八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。 圖 24 永磁步進(jìn)電機(jī)的外形 圖 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 7 表 22 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) 靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ) 相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極 N、 S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。 圖 23 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 從圖 23中可以看出來(lái) ,要實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng) ,可以用八拍方式 : 八個(gè)狀態(tài)分別為： 天津工業(yè)大學(xué) 20xx 屆本科生畢業(yè)論文 6 在 A 正電壓 ，其余接地； 在 A 與 B正電壓，其余接地； 在 B 正電壓，其余接地； 在 B 與 C正電壓，其余接地； 在 C 正電壓，其余接地； 在 C 與 D正電壓，其余接地； 在 D 正電壓，其余接地； 在 D 與 A正電壓，其余接地； 按以上八個(gè)狀態(tài)輪流供電，電機(jī)就可以轉(zhuǎn)動(dòng)了。 圖 22 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 根據(jù)以上論述我們可知，采用八拍的工作方式更為合理，因此，本次設(shè)計(jì)采用八拍的工作方式，下面進(jìn)行具體描述。單四拍與雙四拍的步距角相等，但是單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。依次類推， A、 B、 C、 D四相繞組輪流供電，那么轉(zhuǎn)子就會(huì)按照 A、 B、 C、 D的順序旋轉(zhuǎn)。 圖 21 四相步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開(kāi)， B相磁極 和轉(zhuǎn)子和 0、 3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)轉(zhuǎn)子 4號(hào)齒就和 C、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5號(hào)齒就和 D、 A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖 個(gè) 數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖 個(gè) 數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè) 電 脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和 效果。/ 微步）。/ 步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步距角減少為 176。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占 97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。 ）。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角（一般為176。 、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。 反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，因此特別適合于微機(jī)控制。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生改變，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角（稱為步距角）?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)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(guò)控制 脈沖頻率 來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)