步進(jìn)電機(jī)控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前我國(guó)已經(jīng)成為了世界的生產(chǎn)工廠，每一樣產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢驗(yàn)，只有達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)，才能投入使用。隨著步進(jìn)電機(jī)這日常生活生產(chǎn)的普遍應(yīng)用，這個(gè)元件所占的市場(chǎng)比例也越來(lái)越高，而且經(jīng)濟(jì)效益也是非常

2、可觀。當(dāng)今這個(gè)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)大批量生產(chǎn)，尤為需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止不合格的產(chǎn)品產(chǎn)生。</p><p>　　基于此，課題設(shè)計(jì)了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置。該裝置通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制使其產(chǎn)生消耗，以此作為監(jiān)測(cè)樣本提供給質(zhì)檢部門作詳細(xì)分析。本設(shè)計(jì)中，通過(guò)AT89C52單片機(jī)控制液晶顯示與步進(jìn)電機(jī)工作模式的選擇，8254可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為脈沖分配器實(shí)現(xiàn)1Hz～2KHz步進(jìn)式脈沖輸出，A3

3、967SLB實(shí)現(xiàn)對(duì)二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的時(shí)間通過(guò)按鍵設(shè)定，并通過(guò)LCD顯示出來(lái)。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：驅(qū)動(dòng)器可以較準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止時(shí)間、以及工作模式的控制，滿足了設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)測(cè)試沒(méi)有針對(duì)具體環(huán)境，有些結(jié)論僅供參考。</p><p>　　關(guān)鍵詞： AT89C52；A3967SLB；8254；液晶5110；步進(jìn)電機(jī)</p

4、><p>　　The Design Of Step Motor Drive</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　At present, China has become the world's manufacturing plant, Every product must go through a ri

5、gorous inspection, only those meet the quality requirement can been put into use. as the step motor became widely used in the Manufacturing and daily life, This component share of the market is also increasing, And econo

6、mic benefits is very considerable. in the automated production line the step motor is widely used Particularly need to check the quality of the step motor, In order to prevent unqualif</p><p>　　Based on this

7、, I design a Step motor drive, the device is controlled by the step motor to produce consumption, as a quality control department to monitor the sample to be analyzed in detail. In this design, the ATC89C52 control the m

8、ode selection of step motor and the LCD. the 8254 program timer act as the pulse divider to output a 1Hz～2KHz pulse then the A3967SLB will drive step motor. the forward, reverse, and the stopping time are set by the key-

9、board ,and shown by the monitor.</p><p>　　Experimental results show that the Driver can achieve accurately in control. the forward, reverse ,stopping time and the selection working mode ,meet the design requ

10、irement. The test is not designed for a specific environment，Some conclusions are for reference only.</p><p>　　Key words: AT89C52; A3967SLB; 8254; LCD5110; step motor</p><p><b>　　目 錄</

11、b></p><p><b>　　論文總頁(yè)數(shù)：46頁(yè)</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　2 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景1</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要性2</p><p>　　3 設(shè)計(jì)的分析2</

12、p><p>　　3.1 主控電路的設(shè)計(jì)與分析2</p><p>　　3.2 方案的具體組成3</p><p>　　4 電路的硬件設(shè)計(jì)4</p><p>　　4.1 AT89C52單片機(jī)4</p><p>　　4.1.1 單片機(jī)電源設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1.2 單片機(jī)的

13、定時(shí)/計(jì)數(shù)器7</p><p>　　4.2 8254可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器9</p><p>　　4.2.2 Intel 8254芯片結(jié)構(gòu)10</p><p>　　4.2.3 Intel 8254主要特性11</p><p>　　4.3 A3967SLB步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器12</p><p>　　4.3.1

14、A3967SLB引腳及工作參數(shù)12</p><p>　　4.4 步進(jìn)電機(jī)12</p><p>　　4.4.1 步進(jìn)電機(jī)基本概念13</p><p>　　4.4.2 步進(jìn)電機(jī)的種類以及工作原理13</p><p>　　4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇14</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)15

15、</p><p>　　4.6 顯示與鍵盤電路設(shè)計(jì)17</p><p>　　4.6.1 顯示器的選擇18</p><p>　　4.6.2 鍵盤模塊設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.7 硬件調(diào)試中的問(wèn)題以及處理20</p><p>　　5 軟件設(shè)計(jì)21</p><p><b

16、>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)23</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　聲 明25</b></p><p><b>　　附 錄26<

17、;/b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。為了使我們的生活更加美滿，要求這些步進(jìn)電機(jī)必須有一個(gè)可靠的使用周期，我們能獲知它的使用壽命和一般規(guī)律，我們才能更好地了

18、解他、使用它。作為常用的執(zhí)行元件，它是最容易損壞的元件之一，小的事故會(huì)影響到我們?nèi)粘５纳钆c學(xué)習(xí)，大的事故就會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難的到來(lái)，而且當(dāng)今這個(gè)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的過(guò)程中，可以用到這個(gè)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試步進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量，以防止不合格的產(chǎn)品產(chǎn)生，這個(gè)測(cè)試儀在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有很大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī)8052為主要控制芯片，因?yàn)檫@個(gè)芯片具有存儲(chǔ)量大、體積小、總量輕、價(jià)格低等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中要完成單片機(jī)對(duì)電機(jī)

19、、鍵盤、及存儲(chǔ)器等的功能，在設(shè)計(jì)中，要考慮到電機(jī)的速度和方向的控制，單片機(jī)的各種保護(hù)電路，分析到這個(gè)系統(tǒng)要完成包括對(duì)鍵盤輸入數(shù)據(jù)和LCD顯示數(shù)據(jù)的人機(jī)操作，要在系統(tǒng)試驗(yàn)前設(shè)定好所需要的參數(shù)，而且試驗(yàn)過(guò)程中這些參數(shù)可隨時(shí)改動(dòng)，改動(dòng)后系統(tǒng)能完成任務(wù)。設(shè)定這些參數(shù)的目的是去控制進(jìn)步電機(jī)的次數(shù)和速度，在鍵盤中要用到的一些功能鍵與數(shù)字鍵的區(qū)別，所以，在程序部分應(yīng)有相應(yīng)的處理。整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤輸入模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，整個(gè)系

20、統(tǒng)要達(dá)到必須在全自動(dòng)化下進(jìn)行，只有改變輸入?yún)?shù)時(shí)，可人為操作。必須要有存儲(chǔ)功能，以實(shí)現(xiàn)測(cè)完數(shù)據(jù)之后能自動(dòng)存儲(chǔ)，以便以后調(diào)用。要有鍵盤與顯示功能，要求軟件的編寫出步進(jìn)電機(jī)、鍵盤與顯示功能的程序，并且設(shè)計(jì)參數(shù)可以人為隨時(shí)更改。</p><p>　　2 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合如下：</p><p>　　1) 步進(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要

21、求的場(chǎng)合。</p><p>　　例如：線切割的工作臺(tái)拖動(dòng)，植毛機(jī)工作臺(tái)（毛孔定位），包裝機(jī)（定長(zhǎng)度）?；旧仙婕暗蕉ㄎ坏膱?chǎng)合都用得到。 </p><p>　　2).廣泛應(yīng)用于ATM機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、機(jī)器人等領(lǐng)域。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。</

22、p><p>　　3) 步進(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，這類步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是保持轉(zhuǎn)矩不高，頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)、控制性能好、整機(jī)成本低。目前用于電腦繡花機(jī)的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)為五相混合式步進(jìn)電機(jī)，目的是通過(guò)采用高相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)減小步矩角和提高控制精度，但是采用該種方式獲得的性能上的提高是有限的．而且成本也相對(duì)較高。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制振蕩

23、，降低噪音，提高步矩分辨率。若采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，在性能明顯提高的同時(shí)還能大大降低產(chǎn)品的成本[1]。</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要性</p><p>　　各種各樣的步進(jìn)電機(jī)被應(yīng)用在機(jī)械、電子、紡織及一般工業(yè)或民用領(lǐng)域，比如包裝機(jī)、醫(yī)療儀器及設(shè)備、機(jī)器人等等。因此任何步進(jìn)電機(jī)都存在使用壽命。運(yùn)用在一般工業(yè)及民用領(lǐng)域的步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電機(jī)的使用壽命沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但如果電機(jī)被

24、應(yīng)用到醫(yī)療、航天和精密儀器等領(lǐng)域時(shí)，電機(jī)是否良好直接關(guān)系到病人、機(jī)器人外空探測(cè)和精確操作時(shí)的安全及經(jīng)濟(jì)效益，所以必須對(duì)電機(jī)的使用壽命提出嚴(yán)格的要求，要求電機(jī)制造商務(wù)必把控電機(jī)的質(zhì)量，因此電機(jī)制造商在電機(jī)出場(chǎng)之前有必要對(duì)同一批號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行抽查測(cè)試，以掌握電機(jī)的確切壽命系數(shù)。</p><p>　　電機(jī)的壽命通常取決于軸承壽命，質(zhì)量合格的步進(jìn)電機(jī)可達(dá)上萬(wàn)至數(shù)萬(wàn)小時(shí)，除了軸承損耗，還有電機(jī)溫度高導(dǎo)致的磁衰減和線圈老化等問(wèn)

25、題。另外有的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境溫度高，或者有油污、粉塵、水等污染，也會(huì)縮短使用壽命[2]。用傳統(tǒng)的測(cè)試方法完成電機(jī)的測(cè)試至少存在以下兩點(diǎn)不足：意識(shí)測(cè)試效率極低，因?yàn)橐箿y(cè)試人員能夠正確觀察到多組被測(cè)電機(jī)（通常要同時(shí)測(cè)試多個(gè)電機(jī)），步進(jìn)電機(jī)磨損測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，耗費(fèi)人力物力，特別是對(duì)于精度要求高的電機(jī)來(lái)說(shuō)，人為地定時(shí)計(jì)數(shù)等不準(zhǔn)確因素都會(huì)額外造成誤差；二是對(duì)于要求步長(zhǎng)精確的電機(jī)，人工調(diào)試不準(zhǔn)確。由于這些不足，電機(jī)的生產(chǎn)廠迫切需要開關(guān)壽命的自動(dòng)測(cè)試

26、系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)的分析</b></p><p>　　這一章主要研究步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)方案，因?yàn)楝F(xiàn)在電器元件種類比較多，只有選擇一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，才能充分發(fā)揮這些元件的作用，爭(zhēng)取不浪費(fèi)資源，做到經(jīng)濟(jì)又合理，根據(jù)所選的主控元件，設(shè)計(jì)一套具體的系統(tǒng)組合。</p><p>　　3.1 主控電路

27、的設(shè)計(jì)與分析</p><p>　　經(jīng)過(guò)分析此設(shè)計(jì)是用軟件設(shè)定步進(jìn)電機(jī)來(lái)代替人為操作。用給定的8254來(lái)作為脈沖控制器產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制電機(jī)。利用52單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)的功能完成；A3967SLB是美國(guó)Allegro公司生產(chǎn)的PWM恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器，性能好，價(jià)格低廉，用它作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器。以上述主要器件即完成主控電路的設(shè)計(jì)，如圖3-1所示：</p><p

28、>　　圖3-1 主控電路流程圖</p><p>　　3.2 方案的具體組成</p><p>　　在設(shè)計(jì)中要完成單片機(jī)對(duì)電機(jī)、鍵盤、及存儲(chǔ)器等的功能，在設(shè)計(jì)中，要考慮到電機(jī)的速度和方向的控制，單片機(jī)的各種保護(hù)電路，分析到這個(gè)系統(tǒng)要完成包括對(duì)鍵盤輸入數(shù)據(jù)和LCD顯示數(shù)據(jù)的人機(jī)操作，要在系統(tǒng)試驗(yàn)前設(shè)定好所需要的參數(shù)，而且試驗(yàn)過(guò)程中這些參數(shù)可隨時(shí)改動(dòng)，改動(dòng)后系統(tǒng)能完成任務(wù)。設(shè)定這些參數(shù)的

29、目的是去控制進(jìn)步電機(jī)的次數(shù)和速度，在鍵盤中要用到的一些功能鍵與數(shù)字鍵的區(qū)別，所以，在程序部分應(yīng)有相應(yīng)的處理。</p><p>　　整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤輸入模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，整個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到必須在全自動(dòng)化下進(jìn)行，只有改變輸入?yún)?shù)時(shí)，可人為操作。必須要有存儲(chǔ)功能，以實(shí)現(xiàn)測(cè)完數(shù)據(jù)之后能自動(dòng)存儲(chǔ)，以便以后調(diào)用。要有鍵盤與顯示功能，要求軟件的編寫出步進(jìn)電機(jī)、鍵盤與顯示功能的程序，并且設(shè)計(jì)參數(shù)</

30、p><p>　　可以人為隨時(shí)更改。系統(tǒng)的具體方案是由于此系統(tǒng)中要用到多個(gè)輸入、輸出口，52單片機(jī)有4個(gè)8位I/O，4*4的鍵盤占用P2端口的8根線來(lái)實(shí)現(xiàn)，液晶顯示部分則利用P0.3～P0.7，總共5個(gè)I/O，另一個(gè)芯片A3967SLB的控制引腳分別連接P1端口的6個(gè)I/O。單片機(jī)最小系統(tǒng)上設(shè)有復(fù)位鍵，設(shè)定參數(shù)有誤時(shí)，可按下重置。具體芯片引腳的連接在后面第四章硬件部分詳細(xì)介紹。方案設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p&g

31、t;<p>　　圖3-2 電路結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　4 電路的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　本章主要是測(cè)試儀的硬件電路設(shè)計(jì)，這一章講到了從主控制器到顯示、鍵盤、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、步進(jìn)電機(jī)等所有的電路設(shè)計(jì)，介紹了各個(gè)組成部分實(shí)現(xiàn)的功能，可以更加深入了解測(cè)試儀的工作原理。</p><p>　　4.1 AT89C52單片機(jī)</p><

32、p>　　AT89C52是一種低功耗、高性能的8位單片機(jī)內(nèi)帶有一個(gè)8KB的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）技術(shù)，它采用了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容，片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程，因此AT89C52是一種功能強(qiáng)、靈活性高、且價(jià)格合理的單片機(jī)，可以方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域[3]。<

33、;/p><p><b>　　主要性能如下：</b></p><p>　　1) 8KB可編程Flash存儲(chǔ)器（可經(jīng)受大于1000次的寫入擦除）</p><p>　　2) 全靜態(tài)工作：0HZ-24MHZ</p><p>　　3) 3級(jí)程序存儲(chǔ)器保密</p><p>　　4) 256*8字節(jié)內(nèi)部RAM<

34、;/p><p>　　5) 32條可編程I/O線</p><p>　　6) 3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p><b>　　7) 6個(gè)中斷源</b></p><p>　　8) 可編程串行通道</p><p>　　9) 片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器</p><p>　　另外，AT89C51

35、是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的其工作頻率可下降到0HZ并提供兩種可用軟件來(lái)選擇的省電方式之一空閑方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）在空閑方式中CPU停止工作而RAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串行口和中斷系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中片內(nèi)震蕩器停止工作。由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”使一切功能都暫停，故只保存片內(nèi)RAM中的內(nèi)容直到下一次硬件復(fù)位為止。AT89C52優(yōu)越的性能為我們控制的實(shí)現(xiàn)提供了保證。本設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī)的最小系統(tǒng)，如圖4

36、-1所示：</p><p>　　圖4-1 單片機(jī)最小系統(tǒng)</p><p>　　4.1.1 單片機(jī)電源設(shè)計(jì)</p><p><b>　　方案論證：</b></p><p>　　1) 方案1：220V變壓器后由4個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，故后面接一個(gè)330uF/25V的電解電容

37、。變壓器輸出端的9V電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容C1兩端大約會(huì)有11V多一點(diǎn)的電壓，因?yàn)槲覀円敵?V的電壓，所以選用7805，三端穩(wěn)壓器后面接一個(gè)105的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。 最后在C2兩端接一個(gè)輸出電源的插針，可用于與其它用電器連接。</p><p>　　此電路優(yōu)點(diǎn)是：方便實(shí)用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為1A，電路能帶動(dòng)一定的負(fù)載</p><p>　　2) 方案2：2

38、20V交流電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流電路D1～D4和濾波電容C1的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器LM7805的Vin和GND兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋妷旱牟▌?dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化) 電路為輸出電壓+5V、輸出電流1.5A的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器B，橋式整流電路D1～D4，濾波電容C1、C3，防止自激電容C2、C3和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡(jiǎn)捷方便地搭成.</

39、p><p>　　此電路優(yōu)點(diǎn)是：此直流電壓經(jīng)過(guò)LM7805（圖4-3）的穩(wěn)壓和C3的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可作為TTL電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件</p><p>　　結(jié)論：綜合

40、方案一、方案2，LM7805以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn),故采用這個(gè)元件，另外，采用1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，作為主要芯片，具體方案如下：</p><p>　　電源采用5V直流電壓輸出，穩(wěn)壓二極管VD2串接在7805的2引腳與地之間，可使輸出電壓得到提高，輸出電壓為穩(wěn)壓管輸出電壓與VD2輸出電壓之和。VD1是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于VD2穩(wěn)壓值時(shí)，VD1導(dǎo)通，將輸出

41、電流旁路，保護(hù)7805穩(wěn)壓管輸出級(jí)不被損壞。部分系統(tǒng)采用了LM1117三端穩(wěn)壓集成芯片，其外觀如下圖4-2所示，1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，1117可以提供多個(gè)固定電壓版本，如1.8V,2.5V3.3V還可以提供可調(diào)端輸出，并且有完善的過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能，確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí)應(yīng)用修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考精度在百分之一的精度范圍，同時(shí)抱基準(zhǔn)電壓調(diào)整在百分之一點(diǎn)五以內(nèi)，調(diào)整了電流限制，減少了因?yàn)榉€(wěn)壓器和電源電路超載

42、而造成的壓力。其輸出精度是正負(fù)百分之一，最大輸出電流為1A。</p><p>　　圖4-2 LM1117(左) LM7805（右）實(shí)物圖</p><p>　　由于單片機(jī)需要的是5V電源，液晶需要的是3.3V的電源，因此就需要分壓，當(dāng)外接電源大于5V時(shí)候可以將外接電源接到P3同樣可以滿足內(nèi)部芯片以及內(nèi)部液晶顯示的電壓要求。具體電路如下圖4-3所示：</p><p>

43、;　　圖4-3 單片機(jī)電源模塊</p><p>　　4.1.2 單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器</p><p>　　AT89C52的單片機(jī)內(nèi)有三個(gè)獨(dú)立的16位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它們具有四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)控制寄存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。下面我們?duì)它們的特性進(jìn)行闡述。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式：</p><p>　　

44、AT89C52單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構(gòu)成，定時(shí)器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構(gòu)成。特殊功能寄存器TMOD控制定時(shí)寄存器的工作方式，TCON則用于控制定時(shí)器T0和T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器T0和T1的溢出標(biāo)志等。程序開始時(shí)需對(duì)TL0、TH0、TL1和TH1進(jìn)行初始化編程，以定義它們的工作方式和控制T0和T1的計(jì)數(shù)。T2的特殊功能寄存器T2CO

45、N的地址是0C8H，可以對(duì)他進(jìn)行位尋址[3]。</p><p>　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式控制字TMOD，字節(jié)地址為89H，其格式如表4-1:</p><p>　　表4-1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式控制</p><p>　　定時(shí)器控制積存器TCON，字節(jié)地址為88H，位地址為88H—8FH，其格式如表4-2：</p><p>　　表4-2 定時(shí)器控

46、制積存器</p><p>　　定時(shí)器T2每位的含義如下表4-3：</p><p>　　表4-3 定時(shí)器T2</p><p>　　工作方式0和工作方式1的最大特點(diǎn)就是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全0，因而循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在反復(fù)設(shè)置初值的問(wèn)題，這給程序設(shè)計(jì)帶來(lái)許多不便，同時(shí)也會(huì)影響計(jì)時(shí)精度，工作方式2就針對(duì)這個(gè)問(wèn)題而設(shè)置，它具有自動(dòng)重裝載功能，即自動(dòng)加載計(jì)數(shù)初值，

47、所以也有的文獻(xiàn)稱之為自動(dòng)重加載工作方式。在這種工作方式中，16位計(jì)數(shù)器分為兩部分，即以TL0為計(jì)數(shù)器，以TH0作為預(yù)置寄存器，初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別加載至TL0和TH0中，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不再象方式0和方式1那樣需要“人工干預(yù)”，由軟件重新賦值，而是由預(yù)置寄存器TH以硬件方法自動(dòng)給計(jì)數(shù)器TL0重新加載。</p><p>　　程序初始化時(shí)，給TL0和TH0同時(shí)賦以初值，當(dāng)TL0計(jì)數(shù)溢出時(shí)，置位TF0的同時(shí)把預(yù)置寄存器

48、TH0中的初值加載給TL0，TL0重新計(jì)數(shù)。如此反復(fù)，這樣省去了程序不斷需給計(jì)數(shù)器賦值的麻煩，而且計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度也提高了。但這種方式也有其不利的一面，就是這樣一來(lái)的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)只有8位，計(jì)數(shù)值有限，最大只能到255。所以這種工作方式很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。例如我們可以通過(guò)這樣的計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生中斷，從而產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的脈沖。也可以當(dāng)作串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)送器使用。</p><p>　　當(dāng)M1M0=11時(shí)，定時(shí)/計(jì)

49、數(shù)器處于工作方式3，值得注意的是，在工作方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作方式與之不同，下面我們分別討論。在工作方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0。其中TL0既可以作計(jì)數(shù)器使用，也可以作為定時(shí)器使用，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的各控制位和引腳信號(hào)全歸它使用。其功能和操作與方式0或方式1完全相同。TH0就沒(méi)有那么多“資源”可利用了，只能作為簡(jiǎn)單的定時(shí)器使用，而且由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0的控制位已被TL0占用，因此只能借用定

50、時(shí)/計(jì)數(shù)器1的控制位TR1和TF1，也就是以計(jì)數(shù)溢出去置位TF1，TR1則負(fù)責(zé)控制TH0定時(shí)的啟動(dòng)和停止。等效電路由于TL0既能作定時(shí)器也能作計(jì)數(shù)器使用，而TH0只能作定時(shí)器使用而不能作計(jì)數(shù)器使用，因此在方式3模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器0可以構(gòu)成二個(gè)定時(shí)器或者一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。</p><p>　　如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器0工作于工作方式3，那么定時(shí)/計(jì)數(shù)器1的工作方式就不可避免受到一定的限制，因?yàn)樽约旱囊恍┛刂莆灰驯欢?/p>

51、時(shí)/計(jì)數(shù)器借用，只能工作在方式0、方式1或方式2下在這種情況下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器1通常作為串行口的波特率發(fā)生器使用，以確定串行通信的速率，因?yàn)橐褯](méi)有TF1被定時(shí)/計(jì)數(shù)器0借用了，只能把計(jì)數(shù)溢出直接送給串行口。當(dāng)作波特率發(fā)生器使用時(shí)，只需設(shè)置好工作方式，即可自動(dòng)運(yùn)行。如要停止它的工作，需送入一個(gè)把它設(shè)置為方式3的方式控制字即可，這是因?yàn)槎〞r(shí)/計(jì)數(shù)器本身就不能工作在方式3，如硬把它設(shè)置為方式3，自然會(huì)停止工作[4]。</p>&l

52、t;p>　　4.2 8254可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器</p><p>　　4.2.1 8254芯片作為脈沖分配器的優(yōu)點(diǎn)分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)中要求輸出脈沖的頻率范圍為1Hz～2KHz，單步為1Hz。由于89C52時(shí)鐘最大能取24MHz，單指令周期為0．5μs，計(jì)數(shù)頻率為2×106Hz。當(dāng)輸出1999Hz 和2000Hz時(shí)，若采用89C51內(nèi)部計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，根本無(wú)法區(qū)別

53、，而且不好通過(guò)外部按鍵進(jìn)行設(shè)置。因?yàn)橛?jì)數(shù)頻率為2MHz，單指令周期0．5μs，而要輸出1999Hz 時(shí)，計(jì)數(shù)應(yīng)為1000．500；輸出2000Hz時(shí)，計(jì)數(shù)應(yīng)為1000．000。因此在本設(shè)計(jì)中，采用外部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器8254。8254是8253的改進(jìn)型，操作方式及引腳與8253完全相同。它的改進(jìn)主要反映在兩方面：</p><p>　　1) 8254的計(jì)數(shù)頻率更高，可由直流至6MHz；</p><

54、p>　　2) 8254多了1個(gè)讀回命令（寫至控制器的寄存器），因?yàn)?254最高計(jì)數(shù)頻率可達(dá)6MHz，能滿足以上設(shè)計(jì)的要求，另外采用8254的工作方式3可輸出方波。當(dāng)8254以方式3工作時(shí)，在計(jì)數(shù)的過(guò)程中要輸出有一半時(shí)間為時(shí)可輸出高電平，后N／2時(shí)可輸出低電平，不需要用軟件來(lái)控制高低電平的轉(zhuǎn)換。</p><p>　　8254的連接可以把定時(shí)器0和定時(shí)器1的門控信號(hào)連在一起，并接到5V電源上。定時(shí)器0的輸入脈沖

55、線CLK0接6M的晶振，定時(shí)器0的輸出OUT0作為定時(shí)器1的脈沖輸入。兩定時(shí)器均設(shè)為工作方式3，因?yàn)?254的計(jì)數(shù)器是16位，即計(jì)數(shù)范圍為0～65535，在輸入時(shí)鐘為6M時(shí)，要輸出1Hz的脈沖，則其計(jì)算值也為6M，大于其最大的計(jì)算值，因此本設(shè)計(jì)最終輸出的脈沖由兩個(gè)定時(shí)器的兩次分頻所得。采用頻率分段輸出，即當(dāng)要求輸出的頻率為1～100Hz 時(shí)，定時(shí)器0的計(jì)數(shù)值設(shè)為100，則定時(shí)器1的計(jì)數(shù)頻率為6×104Hz，最大計(jì)數(shù)為6

56、5;104，最小計(jì)數(shù)為600，符合要求；當(dāng)輸出頻率為101～2kHz時(shí)，定時(shí)器0的計(jì)數(shù)值設(shè)為1，則定時(shí)器1的計(jì)數(shù)頻率為6M，最大計(jì)數(shù)為59406，最小計(jì)數(shù)為3000，滿足8254的計(jì)數(shù)范圍。</p><p>　　4.2.2 Intel 8254芯片結(jié)構(gòu)</p><p>　　8254芯片如圖4-4所示：</p><p>　　圖4-4 8254</p>

57、<p>　　1) CS#:片選信號(hào)，接I／O端口譯碼電路的輸出</p><p>　　2) RD#,WR#:讀／寫控制信號(hào)</p><p>　　3) D7~D0：低2位，用于片內(nèi)端口的選擇。A1A0=00，選擇通數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連</p><p>　　4) A1A0接地址總線道0；A1A0=01，選擇通道1；A1A0=10，選擇通道2；A1A0=1

58、1，選擇控制端口。</p><p>　　5) 每個(gè)通道有三根對(duì)外的信號(hào)線：</p><p>　　CLK，OUT和GATE。</p><p>　　8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳如圖4-5：</p><p>　　圖4-5 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳</p><p>　　8254有3個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器通道：0、1、

59、2</p><p><b>　　每個(gè)通道包含：</b></p><p>　　1) 一個(gè)8位的控制字寄存器</p><p>　　2) 三個(gè)16位的初值寄存器、減1計(jì)數(shù)器和結(jié)果輸出鎖存器。</p><p>　　每個(gè)通道有3根專用的信號(hào)線：</p><p>　　1) CLK:計(jì)數(shù)/定時(shí)脈沖輸入端，每輸入

60、一個(gè)脈沖，減1操作</p><p>　　2) OUT:計(jì)數(shù)值減到零時(shí)，由輸出端OUT輸出結(jié)束信號(hào)</p><p>　　3) GATE:門控信號(hào)，允許或停止計(jì)數(shù)[5]</p><p>　　4.2.3 Intel 8254主要特性</p><p>　　1) 3個(gè)獨(dú)立的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)通道。</p><p>　　2) 每個(gè)

61、通道有6種工作方式。</p><p>　　3) 最高計(jì)數(shù)頻率為10MHz。</p><p>　　4) 可以按二進(jìn)制或BCD碼兩種方式計(jì)數(shù)。</p><p>　　5) 定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可用軟件設(shè)置，可由軟件或硬件控制開始計(jì)數(shù)或停止計(jì)數(shù)。</p><p>　　6) 可以同時(shí)鎖存1~3個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和狀態(tài)值，供CPU讀取。</p>&l

62、t;p>　　8354每個(gè)通道有六種工作方式，本設(shè)計(jì)中當(dāng)工作在方式3，用它產(chǎn)生方波。</p><p>　　4.3 A3967SLB步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器</p><p>　　驅(qū)動(dòng)部分采用的是A3967SLB芯片，A3967SLB是美國(guó)Allegro公司生產(chǎn)的PWM恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器。它的工作電壓可達(dá)30V，驅(qū)動(dòng)電流達(dá)750mA，一個(gè)A3967SLB即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)二相步進(jìn)電

63、機(jī)，可實(shí)現(xiàn)8細(xì)分驅(qū)動(dòng)。芯片內(nèi)的PWM電流控制電路可通過(guò)加在PFD的電壓設(shè)置為慢、快、混合三種電流衰減模式，如果PFD端的電壓高于0．6VDD，則選擇慢衰減方式。若低于0．21VDD，則選擇快衰減模式。處于兩者之間為混合衰減模式[6]。</p><p>　　另外，A3967SLB還能提供完善的保護(hù)措施，包括抑制瞬態(tài)電壓、過(guò)熱保護(hù)、防止電流直通、欠電壓自鎖等功能。A3967SLB和微處理器之間不需要附加其它的接口電路

64、，該芯片采用Easy Stepper接口，將8條控制線減少為2條(步長(zhǎng)和方向)，只要簡(jiǎn)單地輸入控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖，其內(nèi)嵌的轉(zhuǎn)換器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。A3967SLB還需要一些電阻、電容來(lái)調(diào)整其工作參數(shù)，整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。</p><p>　　4.3.1 A3967SLB引腳及工作參數(shù)</p><p>　　A3967SLB如圖4-6所示：</p><p>

65、;　　圖4-6 A3967SLB</p><p>　　電氣特性在T A = +25°C，V BB = 30 V，V CC = 3.0 V至5.5V時(shí)的操作參數(shù)環(huán)境[7]詳見(jiàn)附錄A。</p><p><b>　　4.4 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用A3967SLB驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，A3967SLB是美國(guó)Allegr

66、o公司生產(chǎn)的PWM恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器。故采用一個(gè)二相四線步進(jìn)電機(jī)來(lái)作為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器件。</p><p>　　4.4.1 步進(jìn)電機(jī)基本概念</p><p>　　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)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。可以通過(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

67、；同時(shí)也可以通過(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)速的目的[8]。</p><p>　　4.4.2 步進(jìn)電機(jī)的種類以及工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)分永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）、和混合式（HB）三種。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)

68、達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛[9]。</p><p>　　下面我們以一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4-7來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。這種電機(jī)定子上有八個(gè)凸齒，每一個(gè)齒上有一個(gè)線圈。線圈繞組的連接方式，是對(duì)稱齒上的兩個(gè)線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。八個(gè)齒構(gòu)成四對(duì)所以稱為四相

69、步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　圖4-7 步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖</p><p>　　它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。為使磁通路徑最短，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。在圖4-7(a)中A相是被激勵(lì)，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。從這個(gè)位置再對(duì)

70、B相進(jìn)行激勵(lì)，如圖4-7中的(b)，轉(zhuǎn)子向反時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°。若是D相被激勵(lì)，如圖4-7中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°。下一步是C相被激勵(lì)。因?yàn)镃相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15°。電機(jī)步長(zhǎng)(步距角)是步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)步長(zhǎng)大小的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的大小。

71、</p><p>　　4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)必須與驅(qū)動(dòng)器、控制器配套使用才能完成工作要求。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能除了與電機(jī)自身的性能有關(guān)外，在很大程度上還取決于驅(qū)動(dòng)器和控制器的優(yōu)劣。因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與對(duì)步進(jìn)電機(jī)的研究同步進(jìn)行的。</p><p>　　在選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，一定要先確定好它的性能指標(biāo)達(dá)到的要求，它的指標(biāo)一

72、般分為一下幾個(gè)方面。</p><p>　　1) 步矩精度?？蛰d時(shí)，以單脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際步矩角與理論步矩角之差成為靜態(tài)步矩角誤差，以偏差的角度或相對(duì)百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量。我國(guó)生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)的步矩精度一般在10~30分的范圍，有些可達(dá)2~5分。</p><p>　　2) 最大靜轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，能與最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的電磁轉(zhuǎn)矩稱為步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩.它是衡量步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載能力的主要指標(biāo)

73、。</p><p>　　3) 起動(dòng)頻率。使步進(jìn)電機(jī)能夠由靜止定位狀態(tài)不失步的起動(dòng)，并進(jìn)入正常運(yùn)行的控制脈沖最高頻率，稱為起動(dòng)頻率。在電機(jī)空載情況下，稱為控制起動(dòng)頻率。在有負(fù)載情況下，不失步起動(dòng)所允許的最高頻率將大大降低。</p><p>　　4) 連續(xù)運(yùn)行頻率。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)后，其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的最高頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率的最高工作頻率。步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻

74、率隨負(fù)載的增大而下降，但步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于其起動(dòng)頻率[10]。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用A3967SLB驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，A3967SLB 是美國(guó)Allegro 公司生產(chǎn)的PWM恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)器。故采用一個(gè)二相四線步進(jìn)電機(jī)來(lái)作為本設(shè)計(jì)的測(cè)試原件,在本設(shè)計(jì)中，我選擇的是安川42HD0401-20型號(hào)的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)實(shí)物如圖4-8所示</p><p>　　圖

75、4-8 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物</p><p>　　它的工作參數(shù)如下表4-4所示：</p><p>　　表4-4 電機(jī)各項(xiàng)參數(shù)</p><p>　　該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的工作電壓、工作電流可由52單片機(jī)帶動(dòng)，符合要求。</p><p>　　4.4.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有很多種，對(duì)于的當(dāng)下比較

76、流行的幾種驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)要分析。</p><p><b>　　方案比較：</b></p><p>　　1) 利用ULN2003驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K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

77、直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處理的數(shù)據(jù)。 ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行[11]。ULN2003A功能框圖4-9：</p><p>　　圖4-9 ULN2003A功能框圖</p><p>　　ULN2003在小電流的步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的停止、運(yùn)轉(zhuǎn)、加速和減速功能，至于控制電機(jī)的正

78、轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，由于2003就相當(dāng)于7個(gè)與非門，可以用兩片2003來(lái)實(shí)現(xiàn)[12]，當(dāng)然也可以將一片2003的兩個(gè)非門結(jié)合起來(lái)使用，也可以用一片2003實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能，但是此時(shí)芯片的灌電流還是500mA。</p><p>　　其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路原理圖4-10：</p><p>　　圖4-10 ULN2003驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理圖</p><p>　　2)方案2：利用UL

79、N2803驅(qū)動(dòng)</p><p>　　ULN2803是一種大電流型高電壓器件 ,步進(jìn)電機(jī)控制器[13]。內(nèi)部電路如圖4-11：</p><p>　　圖4-11 ULN2803內(nèi)部電路</p><p>　　其外電路很簡(jiǎn)單，如圖4-12所示：</p><p>　　圖 4-12 ULN2803外電路</p><p>　　

80、步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。即步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的控制可以用硬件，也可以用軟件通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)[14]。硬件方法是采用脈沖分配器芯片進(jìn)行通用換相控制；而軟件方法是用單片機(jī)產(chǎn)生控制脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，相對(duì)于軟件驅(qū)動(dòng)，前面8254用作脈沖分配器相比于軟件驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)講到，驅(qū)動(dòng)電路如圖4-13所示：</p><p>　　圖4-13 步進(jìn)電

81、機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　4.6 顯示與鍵盤電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.6.1 顯示器的選擇</p><p>　　在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，如果需要顯示的內(nèi)容只是數(shù)碼和某些字符，使用的顯示器有LED（發(fā)光二級(jí)管顯示器）和LCD（液晶顯示器）。這兩種顯示器成本低，配置靈活，與單片機(jī)連接方便，本設(shè)計(jì)中，液晶要求顯示出可輸入在1HZ-2kHZ的脈沖、步進(jìn)電機(jī)工作

82、時(shí)間、正傳及反轉(zhuǎn)。市面上有很多LCD，諸如LCD1602、LCD12864，經(jīng)過(guò)對(duì)比，我最終選擇液晶5110，理由如下：</p><p>　　1) 性價(jià)比高，LCD1602可以顯示32個(gè)字符，而Nokia5110可以顯示15個(gè)漢字，30個(gè)字符。Nokia5110裸屏僅8.8元，LCD1602一般15元左右，LCD12864一般50~70元。</p><p>　　2) 接口簡(jiǎn)單，僅五根I/O

83、線即可驅(qū)動(dòng)，LCD1602需11根I/O線，LCD12864需12根。</p><p>　　3) 速度快，是LCD12864的20倍，是LCD1602的40倍。</p><p>　　4) Nokia5110工作電壓3.3V，正常顯示時(shí)工作電流200uA以下，具有掉電模式，適合電池供電的便攜式移動(dòng)設(shè)備。</p><p>　　液晶5110工作電路原理圖如圖4-14所示：

84、</p><p>　　圖4-14 液晶5110工作電路原理圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)中液晶5110接口與顯示如圖4-15所示：</p><p>　　圖4-15 液晶5110接口與顯示</p><p>　　4.6.2 鍵盤模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　在微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，為了輸入數(shù)據(jù)、查詢和控制系統(tǒng)的工作狀態(tài)，一

85、般都設(shè)計(jì)有鍵盤。包括數(shù)字鍵、復(fù)位鍵和各種功能鍵。鍵盤是微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中主要的輸入設(shè)備。</p><p>　　微機(jī)所用的鍵盤分為編碼鍵盤和非編碼鍵盤兩種。編碼鍵盤采用硬件線路來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤編碼，每按下一個(gè)鍵，鍵盤就能自動(dòng)生成代碼，還有抖動(dòng)等功能。因此使用方便，但硬件比較復(fù)雜。非編碼鍵盤僅提供鍵開關(guān)狀態(tài)，其他工作都是用軟件來(lái)完成的，即依靠程序來(lái)識(shí)別閉合鍵，去抖動(dòng)，產(chǎn)生相應(yīng)的代碼，轉(zhuǎn)入執(zhí)行該鍵的功能程序。這種非編碼鍵盤一般鍵

86、的數(shù)量也少，稱小鍵盤，硬件簡(jiǎn)單，在單片機(jī)用用系統(tǒng)中廣泛使用。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中，我采用了常用的4*4鍵盤，分別設(shè)定為時(shí)間、模式、電機(jī)轉(zhuǎn)向的設(shè)置。鍵盤電路原理圖如圖4-16所示：</p><p>　　圖4-16 鍵盤電路原理圖</p><p>　　4.7 硬件調(diào)試中的問(wèn)題以及處理</p><p>　　對(duì)于硬件調(diào)試，硬件不經(jīng)過(guò)調(diào)試

87、系統(tǒng)可能直接無(wú)法運(yùn)行，在操作中，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)各個(gè)模塊的原理設(shè)計(jì)出電路圖后，電路板的檢查也是很重要的，在檢查中先仔細(xì)檢查印制板上印制的線條有沒(méi)有斷路和短路，焊盤有沒(méi)有脫落，是否和別的線粘連等等。檢測(cè)好印制板后，進(jìn)行元器件的焊接，焊接一定要注意不能出現(xiàn)虛焊。然后用萬(wàn)用表檢測(cè)可疑連接點(diǎn)和連接線，看它們是否短路。系統(tǒng)上電之前必須確保不存在短路現(xiàn)象，否則可能會(huì)功虧一簣。檢測(cè)沒(méi)問(wèn)題后，接通電源，感覺(jué)一下芯片有沒(méi)有出現(xiàn)發(fā)熱的現(xiàn)象，如果出現(xiàn)就要立即關(guān)掉

88、電源。硬件調(diào)試應(yīng)該先進(jìn)行模塊的調(diào)試，各個(gè)模塊調(diào)試成功后，再進(jìn)行聯(lián)調(diào)。經(jīng)過(guò)上面各個(gè)部分的檢查，硬件焊接電路沒(méi)有問(wèn)題。在接下來(lái)檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出現(xiàn)問(wèn)題：步進(jìn)電機(jī)無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。解決方法如下：</p><p>　　1) 利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器，產(chǎn)生脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，發(fā)現(xiàn)電機(jī)可以運(yùn)轉(zhuǎn)</p><p>　　2) 檢查8254的輸出端，利用示波器，確定8254可以正常產(chǎn)生方波</p>

89、<p>　　3) 檢查A3967SLB芯片與四線步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)引腳連接正常，確定為，問(wèn)題出現(xiàn)在A3967SLB驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)此驅(qū)動(dòng)電路要進(jìn)行分析。</p><p>　　4) 利用萬(wàn)用表對(duì)輸出步進(jìn)電機(jī)控制電流測(cè)定，始終在200ma左右，初步確定，驅(qū)動(dòng)電路的電阻、電容由于設(shè)計(jì)不當(dāng)產(chǎn)生限流。</p><p>　　5) 結(jié)合芯片引腳的相關(guān)參數(shù)與驅(qū)動(dòng)電路，最終更換兩個(gè)2.KΩ為1Ω，增加

90、兩個(gè)50KΩ電阻。最終輸出電流穩(wěn)定在0.75A，步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。最終硬件效果如圖4-17所示：</p><p>　　圖4-17 硬件實(shí)物圖</p><p><b>　　5 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　在這一章中，主要介紹的是系統(tǒng)的整體編程的初始化、按鍵程序、LCD顯示程序以及步進(jìn)電機(jī)的脈沖控制程序，在這一章中，軟件編程的目的就是

91、為了使硬件電路能更好的完成任務(wù)，理解系統(tǒng)是如何完成工作目的。</p><p>　　5.1 軟件設(shè)計(jì)流程圖與調(diào)試</p><p>　　本設(shè)計(jì)鍵盤輸入模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，綜合以上，軟件流程圖5-1所示。軟件的調(diào)試在調(diào)試過(guò)程中也是很重要的部分，軟件是使系統(tǒng)電路實(shí)現(xiàn)功能的核心部分。硬件電路調(diào)試成功后，就可以將程序代碼下載到單片機(jī)上進(jìn)行軟件的調(diào)試[15]。</p&

92、gt;<p>　　在下載之前需要先對(duì)程序進(jìn)行總體的檢查。仔細(xì)地檢查程序的語(yǔ)法錯(cuò)誤，看是否有漏寫東西的地方，通過(guò)仔細(xì)的檢查，把錯(cuò)誤改正過(guò)來(lái)。在檢查之后，在進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試中根據(jù)提示錯(cuò)誤的信息把錯(cuò)誤的地方找出來(lái)并改正。把沒(méi)有語(yǔ)法錯(cuò)誤和邏輯錯(cuò)誤的程序通過(guò)電腦下載到單片機(jī)上調(diào)試。先把每一個(gè)模塊單獨(dú)的調(diào)試好。最后再把所有的程序整體調(diào)試。按照上面調(diào)試方法，經(jīng)檢查，程序可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能，具體程序詳見(jiàn)附件。</p>&

93、lt;p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p&

94、gt;<b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖5-1 軟件流程圖</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)

95、基本上實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)脈沖可調(diào)、數(shù)據(jù)顯示、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的功能。利用軟件的形式完全可以控制一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)代替人工，使我們使用起來(lái)更加的方便、快捷。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的不足之處在于，該設(shè)計(jì)中在測(cè)試時(shí)不能針對(duì)每一個(gè)元件來(lái)測(cè)試，只能是一批產(chǎn)品中的幾個(gè)樣本而已，這雖然可以提高工作的效率，但是總體來(lái)說(shuō)，可能會(huì)存在一定的概率，生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品。在這個(gè)系統(tǒng)中，幾乎大多數(shù)的元件都是集成芯片，一旦出現(xiàn)元件

96、故障，會(huì)直接涉及到整個(gè)系統(tǒng)。所以，要進(jìn)一步研究這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的保護(hù)以及整個(gè)系統(tǒng)的可更換問(wèn)題。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 坂本正文.步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].科學(xué)出版社,2010,(2) 50-52.</p><p>　　[2] 哈爾濱工業(yè)大學(xué),成都電機(jī)廠.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)[M].北京:科學(xué)出版社，1979，4

97、-6.</p><p>　　[3] 額爾，木圖.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社,2013,(3)：82-86.</p><p>　　[4] 鄭郁正.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].四川大學(xué)出版社,2009,(7)：45-48.</p><p>　　[5] 楊勝波，于春梅].使用8253/8254定時(shí)計(jì)數(shù)器測(cè)量脈沖的軟硬件實(shí)現(xiàn)方法[J].應(yīng)用科技，2003，(3):

98、59-63.</p><p>　　[6] 趙運(yùn)福，劉慶想，張政權(quán). 基于A3967SLB的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)2006,(4):35-38.</p><p>　　[7] 李宏, 張望. 高性能集成六輸出高壓MOS 門極驅(qū)動(dòng)器: IR2130 及其在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用[ J] . 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,1994, 16( 2) : 20-27.</p><

99、p>　　[8] 陳堅(jiān).電力電子學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002.</p><p>　　[9] 王季秩, 曲家騏. 執(zhí)行電動(dòng)機(jī)[M] . 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999.</p><p>　　[10] 逄海萍. IR2111 和IR2130 在PWM 直流伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用[ J] . 電氣傳化,2001,( 3) : 20-22.</p><p>　

100、　[11] 劉寶廷，程樹康.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.</p><p>　　[12] 朱宇，王偉.步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用[J].微電機(jī)，2002，1-3</p><p>　　[13] 王鴻枉.步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.</p><p>　　[14] 譚建成. 電機(jī)控制專用集成電路[M] . 北京

101、: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1997.</p><p>　　[15] Jeri R.Hanly,Elliot.Koffman.C語(yǔ)言詳解[M].科學(xué)出版社,2003，(2):50-52</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　歲月如梭，如歌。轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)求學(xué)生活即將結(jié)束，站在畢業(yè)的門檻上，回首往昔，奮斗和辛勞成為絲

102、絲的記憶，甜美與歡笑也都?jí)m埃落定。我的母校成都信息工程學(xué)院以其優(yōu)良的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲蟹諊涛仪髮W(xué)，以其博大包容的情懷胸襟、浪漫充實(shí)的校園生活育我成人。值此畢業(yè)論文完成之際，我謹(jǐn)向所有關(guān)心、愛(ài)護(hù)、幫助我的人們表示最誠(chéng)摯的感謝與最美好的祝愿。</p><p>　　本論文是在導(dǎo)師xx教授的悉心指導(dǎo)之下完成的。四年來(lái)，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格

103、魅力對(duì)我影響深遠(yuǎn)。導(dǎo)師不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)四載，卻賦予我終生受益無(wú)窮之道。本論文從選題到完成，幾易其稿，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血，在此我向我的導(dǎo)師xx教授表示深切的謝意與祝福！ </p><p>　　本論文的完成也離不開其他各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心與幫助。在此也要感謝xx等各位老師在論文開題、初稿、預(yù)答辯期間所提出的寶貴意見(jiàn)，還要感謝同門的師兄師妹們，在科研過(guò)

104、程中給我以許多鼓勵(lì)和幫助?；叵胝麄€(gè)論文的寫作過(guò)程，雖有不易，卻讓我除卻浮躁，經(jīng)歷了思考和啟示，也更加深切地體會(huì)了法學(xué)的精髓和意義，因此倍感珍惜。 </p><p>　　還要感謝父母在我求學(xué)生涯中給與我無(wú)微不至的關(guān)懷和照顧，一如既往地支持我、鼓勵(lì)我。同時(shí)，還要感謝劉歡同學(xué)、盛久華同學(xué)、羅杰同學(xué)、江云朋同學(xué)四年來(lái)對(duì)我的愛(ài)護(hù)、包容和幫助，愿友誼長(zhǎng)存！</p><p><b>

105、　　作者簡(jiǎn)介</b></p><p><b>　　附 錄</b></p><p>　?。ㄒ唬〢3967SLB引腳工作參數(shù)：</p><p>　　(二) 設(shè)計(jì)中程序如下：</p><p><b>　　/*5110液晶</b></p><p><b>

106、;　　*/</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#include<string.h></p><p>　　#include<stdio.h></p><p>　　#include<absacc.h></p><p&g

107、t;　　#define uint unsigned int</p><p>　　#define uchar unsigned char</p><p>　　#include "nokia_5110.h"</p><p>　　#include "bmp_pixel.h"</p><p>　　#includ

108、e "english_6x8_pixel.h"</p><p>　　#include "write_chinese_string_pixel.h"</p><p>　　sbit Input=P3^3;</p><p>　　sbit T = P1^0;</p><p>　　unsigned char co

109、de string1[ ]={"Fre :"};</p><p>　　unsigned char code string2[ ]={"Dire:"};</p><p>　　unsigned char code string3[ ]={"mode:"};</p><p>　　unsigned char cod

110、e string4[ ]={"time:"};</p><p>　　unsigned char code string5[ ]={"OK!"};</p><p>　　unsigned char code digit[ ]={"0123456789abcdef"};</p><p>　　uint st=0,t