基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作畢業(yè)設(shè)計(jì)_說(shuō)明

1、 . . . 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì)與制作學(xué) 生：瑞剛學(xué) 號(hào)：專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化班 級(jí)：機(jī)電2011.1指導(dǎo)教師：獻(xiàn)丹理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院二O一五年六月四 川 理 工 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)（論文）題目：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作學(xué)院：機(jī)械工程 專(zhuān)業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造與其自動(dòng)化 班級(jí)：機(jī)電2011.1 學(xué)號(hào)：學(xué)生： 瑞剛 指導(dǎo)教師：獻(xiàn)丹 接受任務(wù)時(shí)間： 2015.3.3系主任（簽名）院長(zhǎng)（簽名）1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要容與基本要求1）設(shè)計(jì)容：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制電路設(shè)計(jì)、焊接，編制控制程序，整機(jī)調(diào)試，電路圖一，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份（40頁(yè)

2、以上）。2）設(shè)計(jì)要求：1）、實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與調(diào)速控制。2）、采用Protues繪制電路圖。2指定查閱的主要參考文獻(xiàn)與說(shuō)明（1）51系列單片機(jī)相關(guān)書(shū)籍（2）電子技術(shù)相關(guān)書(shū)籍（3）電路板焊接相關(guān)書(shū)籍（4）其他相關(guān)參考資料3進(jìn)度安排設(shè)計(jì)（論文）各階段名稱(chēng)起 止 日 期1查閱相關(guān)參考資料，完成開(kāi)題報(bào)告2015.3.32015.3.152控制電路設(shè)計(jì)、焊接2015.3.162015.4.153編寫(xiě)程序，整機(jī)調(diào)試2015.4.162015.5.154編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)2015.5.162015.6.15畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的修改、答辯的準(zhǔn)備2015.6.22015.6.2147 / 54摘 要步進(jìn)電機(jī)是一種

3、將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移或線(xiàn)位移執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器每接收一個(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)固定角度。因此可以通過(guò)輸出的脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的速度。改變脈沖的輸入順序就可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。單片機(jī)是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。單片機(jī)具有高集成度，體積小，高可靠性，控制功能強(qiáng)，低功耗等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。其中硬件包括步進(jìn)電機(jī)的控制模塊，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，LED

4、顯示模塊。軟件采用了keil uvision4編程工具和Protues畫(huà)圖工具。本次設(shè)計(jì)是以51系列單片機(jī)STC89C52為核心來(lái)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制模塊，以L(fǎng)297與L298為核心設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊。按鍵作為一個(gè)外部中斷源設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、加速、減速功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)；L297；L298ABSTRACTStepper motor is actuatorsthat turns electrical pulse signal into angular displacement or linear displacement. When the stepper drive

5、r receives a pulse signal,itwill drive a stepper motor to set the direction of rotation of a fixed angle.So we can output pulse frequency to control the speed of the stepper motor. We can change the direction of the rotation of the stepper motor when it changes the input sequence of the pulse.MCU is

6、 a kind of integrated circuit chips, that is to use very large scale integrated circuit technology with data processing ability of the central processor CPU, RAM, RAM, read-only memory ROM, a variety of I/O mouth and interrupt system, timer/counter function integration to a piece of silicon consisti

7、ng of a small and perfect microcomputer system.MCU has high integration, small size, high reliability, strong control function, low power consumption, etc.The control system includes two parts of hardware and software in this design.It consists of stepper motor control module, stepper motor driver m

8、odule, LED display module in hardware.Software uses the keil uvision4 programming tools and Protues drawing tools.This design is based on 51 series microcontroller STC89C52 to design the stepper motor control module as the core, with L297 and L298 as core design of stepper motor driver module.Button

9、 sets the stepper motor start, stop, forward, inversion, acceleration and deceleration functionthat as an external interrupt source.Keywords: stepper motor;MCU;L297; L298目錄第1章 緒論1第2章 控制模塊設(shè)計(jì)與硬件選擇32.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)  32.2 .1步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) 32.2.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 42.2.3步進(jìn)電機(jī)原理與控制 52.2.4 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理62

10、.3單片機(jī)控制電路102.3.1 STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明112.3.2 晶振142.3.3復(fù)位電路152.3.4 單片機(jī)最小系統(tǒng)162.3.5 數(shù)碼管16第3章 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與硬件選擇213.1 L297工作原理介紹213.1.1 L297各引腳功能說(shuō)明 233.1.2L297驅(qū)動(dòng)相序的產(chǎn)生243.2 L298的工作原理253.3 光電隔離器313.5 驅(qū)動(dòng)模塊的總體設(shè)計(jì)333.6 L297與L298操作說(shuō)明363.6.1 板子跳線(xiàn)器說(shuō)明363.6.2 按鍵說(shuō)明363.6.3 基本功能描述363.6.4 接口說(shuō)明373.6.5 電機(jī)接線(xiàn)37第4章 系統(tǒng)調(diào)試39第

11、5章 結(jié)論41致44附錄A：參考程序45第1章 緒論國(guó)家的發(fā)展在很大的程度上依賴(lài)于先進(jìn)的制造業(yè)，一個(gè)國(guó)家的制造業(yè)水平的在一定的程度上可以體現(xiàn)國(guó)家的實(shí)力，所以大多數(shù)國(guó)家都非常重視大力發(fā)展制造業(yè)。第二次世界大戰(zhàn)后，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、信息和自動(dòng)化技術(shù)都有了迅速的發(fā)展，并且在制造業(yè)中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，先后出現(xiàn)了數(shù)控（NC）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS），計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等多項(xiàng)制造技術(shù)與制造模式，推動(dòng)著世界制造業(yè)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。而在這些技術(shù)環(huán)節(jié)中具有很多優(yōu)點(diǎn)的步進(jìn)電機(jī)就是一個(gè)重要角色，比如在數(shù)控技術(shù)中就得到了廣泛的應(yīng)

12、用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線(xiàn)位移的電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率圍通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制與制動(dòng)等，并且用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以與各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用6。正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛的應(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)的需求量與日劇增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如在數(shù)控系統(tǒng)中也取得了很大的發(fā)展。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但在我國(guó)占用非常重要

13、的地位，并起了很大的作用。我們國(guó)家的數(shù)控系統(tǒng)在初期就是以單片機(jī)為數(shù)控核心，以步進(jìn)電機(jī)為執(zhí)行元件。采用步進(jìn)電機(jī)作為伺服執(zhí)行元件，不僅可以應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控伺服系統(tǒng)，而且也可以輔以先進(jìn)的檢測(cè)和反饋元件，組成高精度的閉環(huán)數(shù)控系列從而達(dá)到很高的加工精度。除了在數(shù)控系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用近年來(lái)由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生的革命性的變革。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī)被廣泛的應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中。為了的到良好的控制性能對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制研究就一直沒(méi)有停止過(guò)許多重大的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)80年代以后，由于微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。原來(lái)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采

14、用分立元件的控制回路或者集成電路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)?；谖⑿蛦纹瑱C(jī)的控制系統(tǒng)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛力。因此，用微型單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代發(fā)展要求。還比如為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，出現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，就包括振蕩器、環(huán)形分配器控制的細(xì)分驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)斬波恒流驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)的直流電壓驅(qū)動(dòng)三種常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方案之外。但在一些不需要高精度的控制，而只是滿(mǎn)足一般的工作要求的情況下，盡量使控制系統(tǒng)做到：1.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

15、單，成本低; 2.系統(tǒng)的功能較為齊全; 3.系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)；4.系統(tǒng)的抗干擾性強(qiáng)，可靠性高；本次論文就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般步進(jìn)電機(jī)控制器都是用硬件實(shí)現(xiàn)，雖然電路可以做到高集成度，可價(jià)格較貴功能也相對(duì)單一，并且一旦設(shè)計(jì)要求有所改變，就得改變整個(gè)硬件電路。采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需要改變控制要求，一般只需要改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本次設(shè)計(jì)中利用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和按鍵電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，而且為了抗干擾，提高可靠性，加入了光耦。第2章

16、 控制模塊設(shè)計(jì)與硬件選擇2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)   本論文所選的步進(jìn)電機(jī)是兩相四線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)，采用的方法是利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件的控制方法。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線(xiàn)直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能還可以設(shè)計(jì)大量外圍電路，按鍵作為一個(gè)外部中斷源設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、加速、減速等功能。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。 本方案有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.單片機(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對(duì)控制精度的影響。 2

17、.用軟件代替環(huán)形分配器，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，用一種電路實(shí)現(xiàn)了兩相步進(jìn)電機(jī)的控制的驅(qū)動(dòng)，大大提高了接口電路的靈活性和通用性。 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)。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(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？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)速的目的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的，并且通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速。另外通過(guò)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(méi)有

18、積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制1。2.2 .1步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)  步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類(lèi)型。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(lèi)；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)。  (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)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)有單段式和多段式兩種類(lèi)型；

19、  (2)永磁式步進(jìn)電機(jī)(Permanent Magnet，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。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)一樣，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動(dòng)態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動(dòng)運(yùn)行頻率較低，還需要正負(fù)脈沖供電；  (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)?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電

20、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、低頻振動(dòng)小。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來(lái)發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。由于能夠開(kāi)環(huán)運(yùn)行以與控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)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。由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的更注重整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以采用混合式步進(jìn)電機(jī)。2.2.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)   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(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。   由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常方便、廉價(jià)，也非?？煽?。同時(shí)，它也可以有角度反

21、饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。   步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)與變速。   速度可在相當(dāng)寬的圍平滑調(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(dòng)負(fù)載。    步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)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。   步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)比較大，帶慣性負(fù)載的能力強(qiáng)。 2.2.3步進(jìn)電機(jī)原理與控制 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)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(zhuān)業(yè)設(shè)備-步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，控制器可

22、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(hào)，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(lái)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(guò)功率放大器的放大加到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)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(chēng)軟環(huán)形分配器。另一類(lèi)是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱(chēng)硬環(huán)形分配器。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī)的基本 控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制兩個(gè)方面。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)磁極對(duì)數(shù)可以分為二相、三相等更多的相數(shù)。本次控制的步進(jìn)電機(jī)為二相四線(xiàn)式，具

23、體的型號(hào)為42BYGHW609。42BYGHW609步進(jìn)電機(jī)的具體參數(shù)如表2-1。表2-1 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)步矩角 (°)機(jī)身長(zhǎng)(mm)相電壓 (V)相電流 (A)相電阻 ()相電感 (mH)靜力矩(g.cm)引線(xiàn)數(shù)(NO.)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.c)定位力矩(g.cm)重量(kg)42BYGHW6091.8403.41.72334004542200.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式有兩種，一種是八拍的工作方式表2-2，一種是四拍的工作方式表2-3。步數(shù)AA-BB-1100021010300104011050100601017000181001表2-

24、2 八拍工作方式表2-3 四拍工作方式步數(shù)AA-BB-11010201103010141001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。單片機(jī)里面是通過(guò)輸出的高低電平來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)各相的通電順序。步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過(guò)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。2.2.4 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)原理 在國(guó)外，對(duì)于步進(jìn)系統(tǒng)，主要采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)與相應(yīng)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。但在國(guó)，廣大用戶(hù)對(duì)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)的細(xì)分控制是由驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相

25、電流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一步，其繞組的 電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一微步，其繞組的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線(xiàn)規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動(dòng)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)。由于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器要精確控制電機(jī)的相電流，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會(huì)較高。 注意，國(guó)有一些驅(qū)動(dòng)器采用“平滑”來(lái)取代細(xì)分，有的亦稱(chēng)為細(xì)分，但這

26、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(lái)精確定位的。2電機(jī)的相電流被平滑后，會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，而細(xì)分控制不但不會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，相反，力矩會(huì)有所增加。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(dòng)技術(shù)。采用軟件細(xì)分驅(qū)動(dòng)方式，由于編程的靈活性、通用性，使得步進(jìn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的成本低、效率高，要修改方案也易辦到。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(dòng)和運(yùn)行中的噪聲等。但單一的軟件細(xì)分驅(qū)動(dòng)在精度與速度兼顧上會(huì)有矛盾，細(xì)分的步數(shù)越多，精度越高，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度卻降低；要

27、提高轉(zhuǎn)動(dòng)速度，細(xì)分的步數(shù)就得減少。為此，設(shè)計(jì)了多級(jí)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過(guò)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(dòng)速度。 步進(jìn)電機(jī)控制中已蘊(yùn)含了細(xì)分的機(jī)理。如三相步進(jìn)電機(jī)按ABC的順序輪流通電， 步進(jìn)電機(jī)為整步工作。而按AACCCBBBAA的順序通電，則步進(jìn)電機(jī)為半步工作。以AB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(guò)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(shì)的方向，而合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度本身就是步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度。顯然，I AB的插入改變了合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)大小，使得步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度由b變?yōu)?.5 b，從而也就實(shí)現(xiàn)了2步細(xì)分。由

28、此可見(jiàn)，步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理就是通過(guò)等角度有規(guī)律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)動(dòng)角度，達(dá)到步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的目的。三相步進(jìn)電機(jī)的A相與B相之間插入合成向量AB，則實(shí)現(xiàn)了2步細(xì)分。要再實(shí)現(xiàn)4步細(xì)分，只需在A與AB之間插入3個(gè)向量I1、I2、I3，使得合成磁勢(shì)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度1=2=3=4，就實(shí)現(xiàn)了4步細(xì)分。但4步細(xì)分與2步細(xì)分是不同的，由于I1、I2、I3 3個(gè)向量的插入是對(duì)電流向量IB的分解，故控制脈沖已變成了階梯波。細(xì)分程度越高，階梯波越復(fù)雜。在三相步進(jìn)電機(jī)整步工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)2步細(xì)分合成磁勢(shì)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IAIABIB；實(shí)現(xiàn)4步細(xì)分轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IAI2IAB；而實(shí)現(xiàn)8步細(xì)分則轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程為IAI1I2I

29、3IAB?？梢?jiàn)，選擇不同的細(xì)分步數(shù)，就要插入不同的電流合成向量。系統(tǒng)由主機(jī)、鍵盤(pán)輸入系統(tǒng)、步進(jìn)顯示系統(tǒng)、步進(jìn)控制系統(tǒng)組成。主機(jī)采用STC89C52單片機(jī)，其為低功耗的8位單片機(jī)，片有一個(gè)8K字節(jié)的Flash可編程、可擦除、只讀存儲(chǔ)器，故可簡(jiǎn)化系統(tǒng)構(gòu)成，且可滿(mǎn)足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間的要求。主機(jī)接收串行口送來(lái)的步進(jìn)控制數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理，以實(shí)施步進(jìn)控制。鍵盤(pán)輸入系統(tǒng)是用來(lái)輸入控制所需的細(xì)分檔位。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到隨著細(xì)分的精確化，如128步細(xì)分時(shí)，步距角達(dá)到足夠小，能滿(mǎn)足各種步進(jìn)要求，故以2的整數(shù)次冪作為細(xì)分基準(zhǔn)。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)。為了減少電路的復(fù)雜性

30、，該顯示器顯示的最小單位規(guī)定為1。步進(jìn)控制系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換部分和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成。D/A轉(zhuǎn)換部分包括片DAC0830集成芯片和數(shù)據(jù)鎖存系統(tǒng)。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(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。D/A轉(zhuǎn)換部分的功能是將二進(jìn)制代碼表示的階梯波數(shù)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流值輸出，經(jīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)放大，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)管實(shí)現(xiàn)電流放大。 細(xì)分的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，就是插入電流合成向量和轉(zhuǎn)換電流合成向量的過(guò)程。電流合成向量轉(zhuǎn)化的前提是合成向量的插入。在系統(tǒng)中，由主機(jī)根據(jù)設(shè)定的細(xì)分檔位，計(jì)算出相關(guān)參數(shù)，經(jīng)查表生成相對(duì)應(yīng)的階梯波，即插入了電流合成向量。在正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制信號(hào)

31、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(duì)應(yīng)的電流值，經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大控制步進(jìn)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了細(xì)分驅(qū)動(dòng)。 要在細(xì)分的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多級(jí)細(xì)分，就必須針對(duì)不同的細(xì)分檔位生成不同的階梯波。為此，該系統(tǒng)采用了循環(huán)增量查表法。首先建立階梯波數(shù)值存儲(chǔ)表格，有兩種方法，一種是針對(duì)每種細(xì)分方式建立相應(yīng)的表格，其特點(diǎn)是細(xì)分種類(lèi)多樣，但表格所占空間較大；另外一種，也就是該系統(tǒng)采用的，以最大細(xì)分檔位對(duì)應(yīng)的步數(shù)僅建立一個(gè)表格，大大減少了所需的存儲(chǔ)空間，并減少了程序運(yùn)行中的不穩(wěn)定因素。在具體控制中，該系統(tǒng)通過(guò)設(shè)定循環(huán)增量基數(shù)，使不同的細(xì)分檔位對(duì)應(yīng)不同的細(xì)分步數(shù)，實(shí)現(xiàn)了多級(jí)細(xì)分

32、驅(qū)動(dòng)。 循環(huán)增量基數(shù)是指針對(duì)不同的細(xì)分檔位，實(shí)現(xiàn)等間隔尋址時(shí)相應(yīng)跳躍的步數(shù)。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。由于該系統(tǒng)最大細(xì)分步數(shù)為128步，即表格最大長(zhǎng)度為128個(gè)字節(jié)，若細(xì)分步數(shù)為m步，則循環(huán)增量基數(shù)為L(zhǎng)B=(128/m)-1。不同的檔位對(duì)應(yīng)不同的循環(huán)增量基數(shù)，同一表格就產(chǎn)生了多級(jí)細(xì)分所需的階梯波。 另外，在整步控制的基礎(chǔ)上，若細(xì)分為m步，對(duì)每m步運(yùn)行中的各項(xiàng)電流值進(jìn)行分析比較，可發(fā)現(xiàn)存在以下規(guī)律，即各相電流值的變化趨勢(shì)，隨著相位變化循環(huán)地出現(xiàn)，如表2-4。表2-4 細(xì)分控制中各相電流值變化規(guī)律各相ABBCCAA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

33、流值=0增加高高遞減 在表2-4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。依據(jù)以上規(guī)律，在具體控制中，該系統(tǒng)單獨(dú)對(duì)由AB控制時(shí)各相相應(yīng)的電流值變化，實(shí)現(xiàn)子程序控制，而對(duì)整體控制則采用圓周移位的方式實(shí)現(xiàn)，即隨著合成磁勢(shì)在AB、BC、CA的轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)同一輸出地址，相應(yīng)每m步的控制數(shù)據(jù)循環(huán)出現(xiàn)。采用這種方式，簡(jiǎn)化了實(shí)際控制程序，提高了控制效率。2.3單片機(jī)控制電路 單片機(jī)L297L298步進(jìn)電機(jī)圖2-1 控制流程圖 步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)是使用單片機(jī)，其控制流程見(jiàn)圖2-1。在單片機(jī)里使用的芯片是STC公司生產(chǎn)的51系列的STC89C52。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位

34、微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52使用經(jīng)典的MCS-51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。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。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(xiàn)，看門(mén)狗定時(shí)器，置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級(jí)中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 靜

35、態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e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。掉電保護(hù)方式下，RAM容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。最高運(yùn)作頻率35MHz，6T/12T可選。 STC89C52參數(shù):增強(qiáng)型8051單片機(jī)，6 時(shí)鐘/機(jī)器周期和12 時(shí)鐘/機(jī)器周期可以任意 選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051。工作電壓：5.5V3.3V（5V單片機(jī)）/3.8V2.0V（3V 單片機(jī)）。工作頻率圍：040MHz，相當(dāng)于普通8051 的080MHz，實(shí)際工作 頻率可達(dá)48MHz。用戶(hù)應(yīng)用程序空間為8K字節(jié)片上集成512 字

36、節(jié)。通用I/O 口（32 個(gè)），復(fù)位后為：P0/P1/P2/P3 是準(zhǔn)雙向口/弱上拉， P0 口是漏極開(kāi)路輸出，作為總線(xiàn)擴(kuò)展用時(shí)，不用加上拉電阻，作為 I/O 口用時(shí)，需加上拉電阻。ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專(zhuān)用編程器，無(wú)需專(zhuān)用仿真器，可通過(guò)串口（RxD/P3.0,TxD/P3.1）直接下載用戶(hù)程 序，數(shù)秒即可完成一片具有EEPROM 功能共3 個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。即定時(shí)器T0、T1、T2外部中斷4 路，下降沿中斷或低電平觸發(fā)電路，Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒通用異步串行口（UART），還可用定時(shí)器軟件實(shí)現(xiàn)多個(gè)UART。工作溫度圍

37、：-40+85（工業(yè)級(jí)）/075（商業(yè)級(jí)）。圖2-2 stc89c52引腳圖2.3.1STC89C52RC 引腳功能說(shuō)明1、 主電源引腳VCC和GND VCC（40腳）接+5V電壓； GND（20腳）接地。  2、外接晶體引腳XTAL1和XTAL2   XTAL1（19腳）接外部晶體的一個(gè)引腳。在單片機(jī)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成了片振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對(duì)SHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動(dòng)端。  XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)部，接至上述振蕩器

38、的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時(shí)，對(duì)HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號(hào)，即把外部振蕩器的信號(hào)直接接到部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端；對(duì)XHMOS，此引腳應(yīng)懸浮。  3、 控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPP   RST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)，在此腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個(gè)約8.2k的下拉電阻，與VSS引腳之間連接一個(gè)約10F的電容，以保證可靠地復(fù)位。   VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VSS

39、主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓圍（5±0.5V），VPD就向部RAM提供備用電源。   ALE/PROG（30腳）：當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部存貯器時(shí)，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）8個(gè)LS型的TTL輸入電路。 對(duì)于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（

40、PROG）。   PSEN（29腳）：此腳的輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或常數(shù)）期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出）8個(gè)LS型的TTL輸入。   EA/VPP（引腳）：當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)部程序存儲(chǔ)器，但在PS（程序計(jì)數(shù)器）值超過(guò)0FFFH（對(duì)851/8751/80S51）或1FFFH（對(duì)8052）時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA保持低電平時(shí)，則只訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器，不管是否有部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于常用

41、的8031來(lái)說(shuō)，無(wú)部程序存儲(chǔ)器，所以EA腳須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲(chǔ)器。  對(duì)于EPROM型的單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳也用于施加21V的編程電源（VPP）。 4 控制或與其它電源復(fù)用引腳 RST/Vpd，ALE/PROG，PSEN 和EA/Vpp。  RST/Vpd當(dāng)振蕩器運(yùn)行時(shí)。在此引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器同期的高電平（由低到高跳變），將使單片機(jī)復(fù)位。 在 VSS掉電期間，此引腳可接上備用電源，由 Vpd向部 RAM提供備用電源，以保持部RAM中的數(shù)據(jù)。 

42、; ALE/PROG正常操作時(shí)為ALE功能（允許地址錢(qián)存），提供把地址的低字節(jié)鎖存到外部鎖存器。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(hào)。因此，它可用作對(duì)外輸出的時(shí)鐘，或用于定時(shí)目的。但要注意，每當(dāng)訪(fǎng)問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）八個(gè)LSTTL電路。  對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳接收編程脈沖（PROG功能）。  PSEN外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端。在從外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）期間；PSEN在每個(gè)機(jī)器周期兩次有效。PSEN同樣可以驅(qū)動(dòng)八個(gè)LSTTL輸入。  EA

43、Vpp EA為部程序存儲(chǔ)器和外部程序存儲(chǔ)器選擇端。當(dāng)EA為高電平時(shí)，訪(fǎng)問(wèn)部程序存儲(chǔ)器（PS值小于4K）。當(dāng)EA為低電平時(shí)，則訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于EPROM型單片機(jī)，在EPROM編程期間，此引腳上加21VEPROM編程電源（Vpp）。 5、輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）   P0口（39腳至32腳）：是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲(chǔ)器時(shí)，與地址總線(xiàn)的低8位與數(shù)據(jù)總線(xiàn)復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)LS型的TTL負(fù)載。  P1口（1腳至8腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒(méi)有高阻狀態(tài)，輸入也不能

44、鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。對(duì)8052、8032，P1.0引腳的第二功能為T(mén)2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部輸入，P1.1引腳的第二功能為T(mén)2EX捕捉、重裝觸發(fā)，即T2外部控制端。對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證時(shí)，它接收低8位地址。   P2口（21腳至28腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪(fǎng)問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線(xiàn)送出高8位地址。在對(duì)EPROM編程和程序驗(yàn)證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。   P3口（10腳至17腳）：是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在M

45、SS-51中，這8個(gè)引腳還用于專(zhuān)門(mén)功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)LS型的TTL負(fù)載。  作為第一功能使用時(shí)，就作為普通I/O口用，功能和操作方法與P1口一樣。作為第二功能使用時(shí)，各引腳的定義如表2-5。  值得強(qiáng)調(diào)的是，P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第一功能的輸入輸出或第二功能。表2-5 P3口管腳備選功能P3.0RXD (串行輸入口)P3.1TXD (串行輸出口)P3.2/INT0 (外部中斷0)P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0(計(jì)時(shí)器0外部輸入)P3.5T1(計(jì)時(shí)器1外部輸入)P3.6/WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通

46、)P3.7/RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)2.3.2 晶振 晶體振蕩器，簡(jiǎn)稱(chēng)晶振，其作用在于產(chǎn)生原始的時(shí)鐘頻率，這個(gè)頻率經(jīng)過(guò)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(xiàn)頻率。以聲卡為例，要實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)44.1kHz或48kHz的采樣，頻率發(fā)生器就必須提供一個(gè)44.1kHz或48kHz的時(shí)鐘頻率。如果需要對(duì)這兩種音頻同時(shí)支持的話(huà)，聲卡就需要有兩顆晶振。但是現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡為了降低成本，通常都采用SCR將輸出的采樣頻率固定在48kHz，但是SRC會(huì)對(duì)音質(zhì)帶來(lái)?yè)p害，而且現(xiàn)在的娛樂(lè)級(jí)聲卡都沒(méi)有很好地解決這個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的是石英晶體振蕩器。  石英晶體振蕩器是一種高精度和高穩(wěn)定度

47、的振蕩器，石英晶體振蕩器也稱(chēng)石英晶體諧振器，它用來(lái)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。石英晶體振蕩器廣泛地應(yīng)用在電視機(jī)、影碟機(jī)、錄像機(jī)、無(wú)線(xiàn)通訊設(shè)備、電子鐘表、單片機(jī)、數(shù)字儀器儀表等電子設(shè)備中。為數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)和為特定系統(tǒng)提供基準(zhǔn)信號(hào)。在單片機(jī)中為其提供時(shí)鐘頻率。  石英晶體振蕩器是利用石英晶體（二氧化硅的結(jié)晶體）的壓電效應(yīng)制成的一種諧振器件，它的基本構(gòu)成大致是：從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片（簡(jiǎn)稱(chēng)為晶片，它可以是正方形、矩形或圓形等），在它的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上涂敷銀層作為電極，在每個(gè)電極上各焊一根引線(xiàn)接到管腳上，再加上封裝外殼就構(gòu)成了石英晶體諧振

48、器，簡(jiǎn)稱(chēng)為石英晶體或晶體、晶振。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、瓷或塑料封裝的。只要在晶體振子板極上施加交變電壓，就會(huì)使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形振動(dòng)，此現(xiàn)象即所謂逆壓電效應(yīng)。當(dāng)外加電壓頻率等于晶體諧振器的固有頻率時(shí)，就會(huì)發(fā)生壓電諧振，從而導(dǎo)致機(jī)械變形的振幅突然增大。  時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片的各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機(jī)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振

49、)或瓷諧振器就構(gòu)成了部振蕩方式，片高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。外接晶體以與電容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，晶振頻率選11.0592MHz，本次設(shè)計(jì)所以晶振如圖2-3。 圖2-3 晶振電路圖2.3.3 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(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作，例如復(fù)位后PC0000H，使單片機(jī)從第個(gè)單元取指令。無(wú)論是在單片機(jī)剛開(kāi)始接上電源時(shí)，還是斷電后或者發(fā)生故障后都要復(fù)位。在復(fù)位期間（即RST為高電平期間），P0口為高

50、組態(tài)，P1P3口輸出高電平；外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN無(wú)效。地址鎖存信號(hào)ALE也為高電平。根據(jù)實(shí)際情況選擇如圖2.4所示的復(fù)位電路。該電路在最簡(jiǎn)單的復(fù)位電路下增加了手動(dòng)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(guò)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(gè)振蕩周期，CPU能夠可靠復(fù)位。增加手動(dòng)復(fù)位按鍵是為了避免死機(jī)時(shí)無(wú)法可靠復(fù)位。當(dāng)復(fù)位按鍵按下后電容C3通過(guò)R3放電。當(dāng)電容C1放電結(jié)束后，RST端的電位由R2與R3分壓比決定。由

51、于R2<<R3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)。R2的作用在于限制按鍵按下瞬間電容C3的放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)按鍵觸電。圖2-4 復(fù)位電路2.3.4 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。對(duì)于51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、晶振電路、復(fù)位電路。2.3.5 數(shù)碼管數(shù)碼管也稱(chēng)LED數(shù)碼管，不同行業(yè)人士對(duì)數(shù)碼管的稱(chēng)呼不一樣，其實(shí)都是同樣的產(chǎn)品。 數(shù)碼管按段數(shù)可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元，也就是多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)（DP）這個(gè)小數(shù)點(diǎn)可以

52、更精確的表示數(shù)碼管想要顯示的容；按能顯示多少個(gè)（8）可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管。按發(fā)光二極管單元連接方式可分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管，共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。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(xiàn)GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)

53、字段就不亮。LED數(shù)碼管（LED Segment Displays）如圖2-5，是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線(xiàn)已在部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類(lèi)似于3位“+1”型。位數(shù)有半位，1，2，3，4，5，6，8，10位等等，led數(shù)碼管根據(jù)LED的接法不同分為共陰和共陽(yáng)兩類(lèi)，了解LED的這些特性，對(duì)編程是很重要的，因?yàn)椴煌?lèi)型的數(shù)碼管，除了它們的硬件電路有差異外，編程方法也是不同的。共陰和共陽(yáng)極數(shù)碼管的部電路，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。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管

54、廣泛用于儀表，時(shí)鐘，車(chē)站，家電等場(chǎng)合。選用時(shí)要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長(zhǎng)等。數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)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(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱(chēng)直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電

55、路的復(fù)雜性。 數(shù)碼管動(dòng)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(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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(xiàn)控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到一樣的字形碼，但究竟是哪個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)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(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮

56、時(shí)間為12ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象與發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。數(shù)碼管是顯示屏其中一類(lèi)， 通過(guò)對(duì)其不同的管腳輸入相對(duì)的電流，會(huì)使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時(shí)間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。 由于它的價(jià)格便宜使用簡(jiǎn)單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。圖2-5 數(shù)碼管本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)實(shí)物圖如圖2-6，電路圖如圖2-7。在驅(qū)動(dòng)

57、模塊中加入了五個(gè)控制按鍵和一個(gè)復(fù)位按鍵。五個(gè)按鍵分別控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)、加速和減速，復(fù)位按鍵是使單片機(jī)程序回到起點(diǎn)。圖2-6 控制模塊實(shí)物圖圖2-7 控制模塊電路圖第3章驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與硬件選擇3.1 L297工作原理介紹 L297是意大利SGS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。芯片的PWM斬波器電路可開(kāi)關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術(shù)，使用5V的電源電壓，全部信號(hào)的連接都與TFL/CMOS或集電極開(kāi)路的晶體管兼容。L297的相位由部產(chǎn)生，它可以減輕單片機(jī)和程序設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān)。L297的芯片引腳特別緊湊，采用雙列直插20腳塑封封裝，其引腳見(jiàn)圖3-1。圖3-1 L297引腳圖 在圖3-2所示的L297的部方框圖中。變換器是一個(gè)重要組成部分。變換器由一個(gè)三倍計(jì)算器加某些組合