畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)基于L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)系 部 電子信息工程系 專 業(yè) 名 稱 電子信息工程技術(shù) 班 級姓 名學(xué) 號指 導(dǎo) 教 師 年 02 月 15 日基于L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)、減速慢轉(zhuǎn)的功能，整個(gè)系統(tǒng)通過寫入單片機(jī)中的程序分配好控制字的存儲(chǔ)單元以及相應(yīng)的內(nèi)存地址賦值；啟動(dòng)系統(tǒng)后，從單片機(jī)的I/O口輸出控制脈沖，經(jīng)過L298N驅(qū)動(dòng)電路對脈沖進(jìn)行處理，輸出能直接控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號，在此根底上，重新分配I/O資源，同時(shí)可增加驅(qū)動(dòng)芯片L298N的個(gè)數(shù)，在負(fù)載能力范圍允許內(nèi)，還能實(shí)現(xiàn)多臺(tái)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)

2、、減速慢轉(zhuǎn)的控制。關(guān)鍵詞： AT89C51；L298N；步進(jìn)電機(jī)Based on L298N motor driver module design and implementation AbstractThis design realized step motor, reverse days, speeding up the turn fast, slow, slow turn function, the whole system by writing to the single chip microcomputer program allocation good control of the

3、 word and the corresponding storage unit of the memory address assignment; Reboot your system, from single chip I/O mouth output control pulse, after L298N driving circuit pulse processing, the output can directly control the step motor pulse signal. On this basis, to redistribute the I/O resources,

4、 also can increase the number of L298N drive chip, load ability range within the allowed in, still can achieve more TaiBu into motor independent film, inversion, accelerate turn fast, slow, slow turn control.Keywords: AT89C51 ; L298N ; Stepping motor目 錄1 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc317431465 引 言

5、 PAGEREF _Toc317431465 h 1 HYPERLINK l _Toc317431466 2 方案論證 PAGEREF _Toc317431466 h 2 HYPERLINK l _Toc317431467 2.1 單片機(jī)小系統(tǒng)選擇方案 PAGEREF _Toc317431467 h 2 HYPERLINK l _Toc317431468 2.2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊方案 PAGEREF _Toc317431468 h 2 HYPERLINK l _Toc317431469 2.3 鍵盤模塊方案 PAGEREF _Toc317431469 h 3 HYPERLINK l _Toc317

6、431470 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 PAGEREF _Toc317431470 h 4 HYPERLINK l _Toc317431471 4 硬件電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc317431471 h 5 HYPERLINK l _Toc317431472 4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc317431472 h 5 HYPERLINK l _Toc317431473 4.1.1 時(shí)鐘電路 PAGEREF _Toc317431473 h 5 HYPERLINK l _Toc317431474 4.1.2 復(fù)位電路 PAGEREF _Toc317431474 h 6 HYPERLI

7、NK l _Toc317431475 4.2 L298N驅(qū)動(dòng)模塊 PAGEREF _Toc317431475 h 6 HYPERLINK l _Toc317431476 4.3 鍵盤輸入模塊 PAGEREF _Toc317431476 h 8 HYPERLINK l _Toc317431477 4.4 步進(jìn)電機(jī)模塊 PAGEREF _Toc317431477 h 9 HYPERLINK l _Toc317431478 5 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc317431478 h 11 HYPERLINK l _Toc317431479 5.1 主程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc3174

8、31479 h 11 HYPERLINK l _Toc317431480 5.2 轉(zhuǎn)速控制子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc317431480 h 12 HYPERLINK l _Toc317431481 5.3 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc317431481 h 13 HYPERLINK l _Toc317431482 6 實(shí)驗(yàn)仿真及調(diào)試 PAGEREF _Toc317431482 h 16 HYPERLINK l _Toc317431483 6.1 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果 PAGEREF _Toc317431483 h 16 HYPERLINK l _Toc317431484 6.

9、2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) PAGEREF _Toc317431484 h 16 HYPERLINK l _Toc317431485 總 結(jié) PAGEREF _Toc317431485 h 18 HYPERLINK l _Toc317431486 致 謝 PAGEREF _Toc317431486 h 19 HYPERLINK l _Toc317431487 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc317431487 h 20附 錄 附錄一 AT89C51單片機(jī)小系統(tǒng)原理圖 附錄二 L298N驅(qū)動(dòng)模塊原理圖 附錄三 AT89C51單片機(jī)小系統(tǒng)PCB圖 附錄四 L298N 驅(qū)動(dòng)模塊PCB圖 附錄五 產(chǎn)品實(shí)物圖 附錄

10、六 產(chǎn)品程序基于L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1 引 言步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的控制電機(jī)。目前由于數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速開展，推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)的開展。本設(shè)鑒于目前各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)化的需要，采用AT89C51單片機(jī)與L298N驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，并將它應(yīng)用于各種復(fù)雜的控制領(lǐng)域，特別是用在機(jī)器人領(lǐng)域提高生產(chǎn)力和降低勞動(dòng)強(qiáng)度起到重要作用。由于步進(jìn)電機(jī)具有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、打印機(jī)以及光學(xué)儀器中也得到廣泛的應(yīng)用。 2 方案論證本設(shè)計(jì)用到的硬件有AT89C51單片機(jī)小系統(tǒng)，L298N驅(qū)動(dòng)模塊，二線四相步進(jìn)電機(jī)，獨(dú)立鍵盤一個(gè)。根據(jù)

11、實(shí)際情況和性價(jià)比，作出了如下的方案。2.1 單片機(jī)小系統(tǒng)選擇方案方案一：PIC一般用于工業(yè)級，優(yōu)勢是抗干擾性能強(qiáng)。只是PIC的RAM和ROM容量不是很大，PIC芯片公司更建議使用匯編，并且沒有專門開發(fā)C編譯器。方案二：AVR價(jià)格稍貴,性價(jià)比高，自制下載線方便,存儲(chǔ)空間較大,C編譯器有多種。一般相同的時(shí)鐘下AVR處理速度是PIC的3倍，性價(jià)比是它的優(yōu)勢。方案三：AT89C51系列單片機(jī)是新一代超強(qiáng)抗干擾/高速/低功耗的單片機(jī)，是MCS-51系列單片機(jī)的派生產(chǎn)品；它們在指令系統(tǒng)中、硬件系統(tǒng)和片內(nèi)資源與標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)完全兼容，無需專用的編程器/仿真器，可通過串口P3.0/P3.1直接下載用戶程

12、序，價(jià)格廉價(jià)。經(jīng)三方比擬，AT89C51實(shí)惠，購置方能改變，并且滿足本設(shè)計(jì)需要，容易學(xué)習(xí)，所以選擇該單片機(jī)小系統(tǒng)。2.2 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)模塊方案方案一：A3972驅(qū)動(dòng)模塊是自動(dòng)收發(fā)卡機(jī)的設(shè)計(jì)，是基于雙工位(工作通道)的，所以本驅(qū)動(dòng)模塊內(nèi)部自帶電機(jī)切換電路，可以驅(qū)動(dòng)分時(shí)工作的兩路電機(jī)，價(jià)格昂貴。方案二：L298N是ST公司生產(chǎn)的芯片。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V，并且可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號，而且電路簡單，使用比擬方便。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)比擬，L298N驅(qū)動(dòng)模塊運(yùn)行可靠，取得效果較好，而且電路的電氣性能和散熱性能較好，此設(shè)計(jì)選用L

13、298N驅(qū)動(dòng)模塊。2.3 鍵盤模塊方案方案一：行列式鍵盤是用N條I/O線作為行線，M條I/O線作為列線組成的鍵盤，在行線和列線的每個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵中按鍵的個(gè)數(shù)是個(gè)。方案二：獨(dú)立式鍵盤接口中使用多少根I/O線，鍵盤中就有幾個(gè)按鍵，鍵盤接口使用了4根I/O口線，該鍵盤就有4個(gè)按鍵，這種類型的鍵盤，其按鍵比擬少，且鍵盤中各按鍵的工作互不干擾。經(jīng)比擬，本設(shè)計(jì)需要的按鈕較少，方案二這種形式的鍵盤結(jié)構(gòu)，能夠有效的提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O的利用率，適用于按鍵輸入少的情況，故采用方案二。3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)步進(jìn)脈沖信號傳遞給控制電路，控制電路根據(jù)接收到的脈沖實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的換相邏輯，驅(qū)動(dòng)電路將

14、輸入信號功率放大后直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。步進(jìn)電機(jī)在一個(gè)脈沖周期內(nèi)將會(huì)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，將電脈沖轉(zhuǎn)換成角度位移。轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率來控制決定，可通過控制脈沖在一定時(shí)間內(nèi)的個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而到達(dá)調(diào)速的目的。本設(shè)計(jì)基于MCS-51的4相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度設(shè)定。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)包括單片機(jī)小系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及鍵盤設(shè)定等。鍵盤用于控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向和速度參數(shù)設(shè)定，其系統(tǒng)框圖如3-1所示：單片機(jī)方向控制驅(qū)動(dòng)電路速度控制步進(jìn)電機(jī)圖3-1 系統(tǒng)原理框圖4 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路以AT89C51單片機(jī)為核心部件，主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制模塊、鍵盤輸入

15、模塊等組成。 4.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)此次設(shè)計(jì)中電路的控制局部選擇以單片機(jī)AT89C51為核心的最小系統(tǒng)板，該系統(tǒng)由單片機(jī)、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路等組成。這三局部是單片機(jī)正常工作的前提。AT89C51采用+5V單電源供電。時(shí)鐘電路采用外部時(shí)鐘源，由外部提供晶振。復(fù)位電路的根本功能是為系統(tǒng)上電時(shí)提供復(fù)位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復(fù)位信號。為了可靠起見，一般電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時(shí)才撤銷復(fù)位信號，以防電源開關(guān)或電源插頭分一合過程引起的抖動(dòng)而影響復(fù)位。4.1.1 時(shí)鐘電路單片機(jī)工作的時(shí)間基準(zhǔn)是由時(shí)鐘電路提供的。單片機(jī)可以通過兩種方式產(chǎn)生振蕩：內(nèi)部振蕩方式和外部振蕩方式。外部震蕩方式需要引入外部時(shí)鐘信

16、號作為單片機(jī)的時(shí)鐘信號，它可以使各單片機(jī)之間的時(shí)鐘信號同步，常用于多片單片機(jī)組成的系統(tǒng)中，而對于此次設(shè)計(jì)只需要用一片單片機(jī)的情況，系統(tǒng)采用內(nèi)部震蕩方式。因?yàn)闀r(shí)鐘電路是一個(gè)反相放大器，XTAL1、XTAL2分別為反相放大器的輸入端和輸出端，所以可以外接晶振和電容組成單片機(jī)內(nèi)部的振蕩器。在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2兩個(gè)引腳間，接一個(gè)晶振及兩只電容就構(gòu)成了單片機(jī)的時(shí)鐘電路，如圖4-1所示：圖4-1 時(shí)鐘電路 和為外部所加的兩個(gè)電容，對外接電容的值雖然沒有嚴(yán)格的要求，但電容的大小會(huì)影響振蕩器頻率的上下，振蕩器的穩(wěn)定性，起振的快速性和溫度的穩(wěn)定性，所以通常都是選取兩個(gè)電容值相同的電容。通常的取值范圍

17、為3010pF；晶振頻率可以在1.2MHz到12MHz之間選擇，本次設(shè)計(jì)石英晶體選擇12MHz。4.1.2 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位通常分為三種：自動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位，看門狗復(fù)位。復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只要給引腳RESET加上2個(gè)機(jī)器周期以上的高電平信號，就可使單片機(jī)AT89C51復(fù)位。復(fù)位的主要功能是初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程序，除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，為擺脫死鎖狀態(tài)，也需按復(fù)位鍵重新啟動(dòng)。AT89C51單片機(jī)的復(fù)位電路通常采用自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位，其內(nèi)部沒有看門狗，在本設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)復(fù)位。復(fù)位電路如圖4-2所示：

18、 圖4-2 復(fù)位電路上電時(shí)，+5V電源立即對單片機(jī)供電，電源經(jīng)過R1和C1給單片機(jī)充電，即電流經(jīng)C1流向RST，RST得到高電平, C1和R1構(gòu)成時(shí)間常數(shù)，這里的時(shí)間常數(shù)是。復(fù)位完畢以后，C1充電停止不再有電流流過，RST經(jīng)R1接地為低電平，電路進(jìn)入工作狀態(tài)。在單片機(jī)工作狀態(tài)下，當(dāng)按下按鍵S1時(shí)，能夠使RST端快速到達(dá)高電平，并保證RST引腳出現(xiàn)2個(gè)機(jī)器周期以上穩(wěn)定的高電平，所以單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了復(fù)位。4.2 L298N驅(qū)動(dòng)模塊L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片采用15腳封裝。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá)46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3A，持續(xù)工作電流

19、為2A；內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路局部在低電壓下工作；并且可以外接檢測電阻，將變化量反應(yīng)給控制電路。使用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；也可以直接用單片機(jī)的I/O口提供信號；而且電路簡單，使用比擬方便，原理圖見附錄。L298N的主要引腳功能如下：+5V：芯片電壓5V。 VCC：電機(jī)電壓，最大可接50V。GND：共地接法。A-D-

20、：輸出端，接電機(jī)。AD+ ：為步進(jìn)電機(jī)公共端，模塊上接了VCC。EN1、EN2：高電平有效，EN1、EN2分別為 IN1和IN2、IN3和IN4的使 能端。IN1 IN4：輸入端，輸入端電平和輸出端電平是對應(yīng)的。圖4-3 L298N驅(qū)動(dòng)模塊圖單片機(jī)的I/O端口別與L298N的IN1，IN2，IN3，IN4相連，接收脈沖信號。L298N的1腳和15腳發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。OUT1，OUT2 和 OUT3，OUT4之間可分別接電動(dòng)機(jī)的一相。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度只要控

21、制系統(tǒng)發(fā)出時(shí)鐘脈沖的頻率或換相的周期，即在升速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過程中，使脈沖的輸出頻率逐漸減少。L298N驅(qū)動(dòng)原理圖如4-4：圖4-4 L298N驅(qū)動(dòng)原理圖4.3 鍵盤輸入模塊鍵盤模塊主要完成對步進(jìn)電機(jī)速度和方向的調(diào)節(jié)，包括加速按鍵，減速按鍵，正轉(zhuǎn)按鍵和反轉(zhuǎn)按鍵。當(dāng)加速按鍵按下，增加步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；減速按鍵按下，減少步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鍵對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換。按鍵電路如圖4-5所示：圖4-5 按鍵控制電路加速按鍵與P2.5口相連，減速按鍵與P2.4相連，反轉(zhuǎn)按鍵與P2.7相連，正轉(zhuǎn)按鍵與P2.6相連。按鍵按下后將信號輸入單片機(jī)，后由單片機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器傳給步

22、進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)按鍵對步進(jìn)電機(jī)速度和方向的控制。4.4 步進(jìn)電機(jī)模塊本設(shè)計(jì)用的是兩線四相步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正傳、反轉(zhuǎn)、加速快轉(zhuǎn)、減速慢轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。換向信號一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè)CP脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè)CP脈沖前發(fā)出。如圖3.7所示，對于CP脈沖的設(shè)計(jì)主要要求其有一定的脈沖寬度一般不小于5s、脈沖序列的均勻度及上下電平方式。控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)相，如果給定工作方式正序換向通電，步進(jìn)電機(jī)正傳，如果按反序通電通電換相那么電機(jī)反轉(zhuǎn)，這些都由單片機(jī)控制。圖4-6 轉(zhuǎn)向信號起作用的時(shí)刻速度控制中加

23、/減控制是最根本的控制。電機(jī)由靜止到達(dá)設(shè)定的最大的速度所需的時(shí)間是由調(diào)試決定的。加速度太大，電機(jī)甚至不能克服慣性而失步，加速度太少，那么完成指定的運(yùn)動(dòng)消耗時(shí)間太多。加速度有兩中方案：線性加/減速度控制和等步距加/減速度控制。前者規(guī)定從加速度開始，每一加速度周期指令電機(jī)速度遞增相同的增量f；后者那么是要求每一加速度周期電機(jī)走過相同的步數(shù)。等步距加/減速度控制的優(yōu)點(diǎn)，在于加/減過程中電機(jī)走的步數(shù)可以非常精確的計(jì)算，這一點(diǎn)對于加/減的位置控制非常重要，但從電機(jī)要克服慣性力來看，線性加速好些。 5 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心，在本次設(shè)計(jì)中使用Keil C語言編譯。軟件設(shè)計(jì)運(yùn)用主程序和程序設(shè)

24、計(jì)思想，對不同功能的程序進(jìn)行編程，這樣層次和結(jié)構(gòu)比擬清晰，而且有利于軟件的調(diào)試和修改。5.1 主程序設(shè)計(jì)四相步進(jìn)電機(jī)有很多種工作方式如四相四拍或四相八拍。本設(shè)計(jì)采用四相四拍工作，即采用ABCDA的循環(huán)方式送數(shù)據(jù)，單字母表示四相里只有一相導(dǎo)通。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過1個(gè)齒距，需連續(xù)送完以下4個(gè)數(shù)據(jù)：0001、0010、0100、1000。假設(shè)步進(jìn)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，那么需循環(huán)送這4個(gè)數(shù)據(jù)。逆序送數(shù)那么可讓電機(jī)反轉(zhuǎn)，控制送脈沖的頻率可控制部電機(jī)的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)的轉(zhuǎn)1圈送多少個(gè)數(shù)據(jù)取決于所使用的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)。主程序由初始化子程序、按鍵掃描子程序、按鍵處理子程序、轉(zhuǎn)速控制子程序、方向控制子程序等組成。實(shí)現(xiàn)的

25、功能包括脈沖信號發(fā)生，鍵盤的識別處理。主程序的設(shè)計(jì)思路是首先進(jìn)行系統(tǒng)的初始化，接著調(diào)用按鍵掃描和處理子程序，它們能夠?qū)崿F(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的調(diào)節(jié)。最后，程序返回到主程序開始執(zhí)行的那一步，循環(huán)調(diào)用按鍵掃描處理，主程序流程如圖5-1所示： 開始Y按鍵?按鍵功能N調(diào)用按鍵處理結(jié)束 圖5-1 主程序流程圖5.2 轉(zhuǎn)速控制子程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是四相步進(jìn)電機(jī)，定子上有8個(gè)極，轉(zhuǎn)子上有4個(gè)極。步進(jìn)電機(jī)在工作時(shí)需由專用的驅(qū)動(dòng)電源將脈沖信號電壓按一定的順序輪流加到定子的各相繞組上。驅(qū)動(dòng)電源主要由脈沖分配器和脈沖功率放大器兩局部組成。步進(jìn)電機(jī)的定子繞組從一次通電到下一次通電稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步

26、距角。本課題對此四相步進(jìn)電機(jī)采用的是4相4拍運(yùn)行方式，即四相通電順序?yàn)锳 -B-C-D-A。經(jīng)過4拍才完成一個(gè)通電循環(huán)，又不不管采用何種運(yùn)行方式，步距角與轉(zhuǎn)子極數(shù)z和拍數(shù)N之間的關(guān)系滿足式5-2： 式5-2所以本系統(tǒng)中電機(jī)的步距角，假設(shè)通過定時(shí)器中斷設(shè)定脈沖頻率為f ，那么轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)過的圈數(shù)為式5-3： 式5-3也即步進(jìn)電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速為，一分鐘轉(zhuǎn)了 圈。 所以只要改變定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間，并在定時(shí)中斷產(chǎn)生時(shí)反轉(zhuǎn)脈沖信號的狀態(tài)，就能設(shè)置出適宜的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)采用步距角。5.3 鍵盤掃描子程序設(shè)計(jì)鍵盤程序設(shè)計(jì)重點(diǎn)為鍵盤功能設(shè)計(jì)與按鍵處理。系統(tǒng)的鍵盤電路如圖5.3所示，按鍵自上到下依次為加速、

27、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。各鍵設(shè)定功能如下：加速鍵：增大步進(jìn)速度，按下此鍵時(shí)電機(jī)開始增大步進(jìn)速度，每按下一次鍵，速度增加25，最大可增加到625。減速鍵：減少步進(jìn)速度，按下此鍵時(shí)電機(jī)開始減少步進(jìn)速度，每按下一次鍵，速度減少25，最小可減小到初始速度175。反轉(zhuǎn)鍵：按下此鍵時(shí)電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，即逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)的初始速度為175，按加速鍵那么加速，最大加到625；按減速那么減速最小減速到175。正轉(zhuǎn)鍵：按下此鍵時(shí)電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)的初始速度為175，按加速鍵那么加速，最大加到625；按減速那么減速最小減速到175。程序流程圖如下5-4：讀P2端口數(shù)據(jù)按 鍵？NY按鍵作用延時(shí)去抖動(dòng)K的值返回 圖

28、5-4 鍵盤作用流程圖當(dāng)檢測到有按鍵按下時(shí)，根據(jù)按鍵不同進(jìn)行相應(yīng)處理。程序流程如圖5-5：開始K的值? K=4減速 K=3 加速 K=2 正轉(zhuǎn) K=1 反轉(zhuǎn)返回圖5-5 鍵盤處理流程圖 6 實(shí)驗(yàn)仿真及調(diào)試6.1 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具，是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、AVR、ARM、8086和MSP430等。按鍵加速減速正轉(zhuǎn)

29、反轉(zhuǎn)狀態(tài)一按下按下按下按下狀態(tài)二浮起浮起浮起浮起狀態(tài)三按下按下按下按下狀態(tài)四浮起浮起浮起浮起速度Speed：+25Speed：25Speed：VSpeed：V表6-1 Proteus實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)初始狀態(tài)為speed=175，反轉(zhuǎn)，狀態(tài)是順序發(fā)生的從表中可以看出，按下加速按鍵步進(jìn)電機(jī)的方向不變，速度每按下一次增加25；當(dāng)按下減速按鍵時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的方向不變，速度每按下一次減少25；當(dāng)按下正轉(zhuǎn)按鍵，步進(jìn)電機(jī)的方向轉(zhuǎn)換，速度不變；按下反轉(zhuǎn)鍵情況類似分析，仿真根本實(shí)現(xiàn)了任務(wù)要求。6.2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試，包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試，是一個(gè)很重要的步驟。硬件調(diào)試和軟件調(diào)試并不能完全分開，許多硬件錯(cuò)誤就是在軟

30、件調(diào)試過程中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。一般方法是先排除明顯的硬件故障和軟件錯(cuò)誤，然后進(jìn)行軟硬件聯(lián)合調(diào)試。 在進(jìn)行聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試之前，應(yīng)作好下述工作：(1) 元器件在焊接過程中要逐一檢查，例如二極管、晶體管、電解電容的極性，電容的容量及耐壓，元件的數(shù)值是否正確等。(2) 管座、元件焊接完畢，還要仔細(xì)檢查各元件之間裸露局部有無相互接觸現(xiàn)象，焊接面的各焊點(diǎn)間、焊點(diǎn)與鄰近線有無連接。特別注意電源是否短路，否那么，在聯(lián)電的時(shí)候很容易造成電路電流過大，燒壞片子。(3) 完成上述檢查后，先空載上電未插芯片，檢查電路板各引腳及插件上的電位是否正常，特別是單片機(jī)引腳上的各點(diǎn)電位。假設(shè)一切正常，將芯片插入各管座，再通電檢查各

31、點(diǎn)電壓是否到達(dá)要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。假設(shè)有問題，掉電后再認(rèn)真檢查故障原因。仿真調(diào)試的方案：把整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)按其功能分成假設(shè)干模塊，如系統(tǒng)擴(kuò)展模塊、鍵盤輸入模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊等。針對不同的功能模塊，編寫一小段測試程序，并借助于萬用表、示波器等儀器來檢查硬件電路的正確性。 總 結(jié)此次設(shè)計(jì)是通過51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，經(jīng)過測試可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向的控制和調(diào)整。在設(shè)計(jì)過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，編程靈活方便等優(yōu)點(diǎn)，最終完成了課題任務(wù)中所有的根本要求。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中我受益匪淺。從一開始確實(shí)定課題，到后來的資料查找、理論學(xué)習(xí)，到最后的的調(diào)試和測試過程，將所學(xué)過的理論知識和實(shí)踐結(jié)合起來，動(dòng)手能力得到了進(jìn)一步的加強(qiáng)。畢業(yè)設(shè)計(jì)中包含了模擬電子線路、數(shù)字電子線路和單片機(jī)的知識，可以說是對所學(xué)過的知識的一次全面綜合。主要