步進(jìn)電機(jī)-時序控制-正反轉(zhuǎn)-調(diào)速-畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著數(shù)字化技術(shù)發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)得到了廣泛而深入的應(yīng)用。步進(jìn)電動機(jī)由于其將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動機(jī)，最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?。因此，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日

2、俱增，并且在打印機(jī)、手工業(yè)自動控制、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī),投影儀、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)控機(jī)床等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。</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)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)

3、步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）。您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；同時您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。</p><p>　　本設(shè)計(jì)基于Proteus 設(shè)計(jì)環(huán)境，運(yùn)用了AT89C51芯片、數(shù)碼管顯示電路和步進(jìn)電機(jī)以及7位小功率驅(qū)動芯片ULN2003A、按鈕、指示燈等輔助硬件電路，設(shè)計(jì)了步進(jìn)電

4、機(jī)正反轉(zhuǎn)及調(diào)速系統(tǒng)。繪制軟件流程圖，進(jìn)行了軟件設(shè)計(jì)并編寫了源程序，最后對軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。該步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速系統(tǒng)具有控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的功能，還可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行兩檔調(diào)速。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)，時序控制，正反轉(zhuǎn)，調(diào)速</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the de

5、velopment of digital technology, digital control technology has been applied widely and deeply. Stepping motor because of its micro motor electric pulse signal into corresponding angular displacement or linear displaceme

6、nt, its most prominent advantage is that by changing the pulse frequency in a wide frequency range to achieve speed, quick start and stop, positive control and braking, and the composition of the open-loop system is simp

7、le, cheap, and very practical. Therefore, with th</p><p>　　Stepping motor is a kind of electrical pulses into angular displacement of the implementing agencies, its working principle is the use of electronic

8、 circuit, the power supply will be a DC component, phase sequence control current, the current in the motor power supply for the step, step motor to work properly, power driver for step motor time-sharing, multi-phase se

9、quential controller. Popular point of view: when stepping drive receives a pulse signal, it drives stepper motor rotate in the direc</p><p>　　The Proteus design environment based on AT89C51 chip, use, digita

10、l tube display circuit and stepper motor and 7 small power drive chip ULN2003A, buttons, lights and other auxiliary hardware circuit, the design of the stepper motor positive inversion and speed regulation system. Draw t

11、he flow chart of the software, the software design and program the source program, the joint debugging of hardware and software system. Positive inversion and speed control system of the stepping motor is reversing </

12、p><p>　　Key words：Stepper motor, timing control, reverse, speed</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　1緒論1</b>&l

13、t;/p><p><b>　　1.1課題背景1</b></p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求1</b></p><p><b>　　2方案論證2</b></p><p>　　2.1 控制方式的確定2</p><p>　　2.2 驅(qū)動方式的確定

14、2</p><p><b>　　3硬件設(shè)計(jì)3</b></p><p>　　3.1 硬件總體介紹3</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)3</p><p><b>　　3.3 單片機(jī)8</b></p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)向顯示電路12</p><

15、;p>　　3.5 數(shù)字顯示電路14</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路18</p><p>　　3.7 按鍵電路20</p><p><b>　　4軟件設(shè)計(jì)22</b></p><p>　　4.1主程序流程圖22</p><p>　　4.2步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行子程序流程圖23&

16、lt;/p><p>　　4.3顯示子程序流程圖24</p><p><b>　　5設(shè)計(jì)仿真25</b></p><p>　　5.1 Keil uVision4模擬仿真25</p><p>　　5.2 proteus模擬仿真26</p><p><b>　　結(jié) 論30</

17、b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p><b>　　附 錄133</b></p><p><b>　　附 錄234</b></p>&

18、lt;p><b>　　附 錄339</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　現(xiàn)在社會，對精度的要求越來越高，特別是在空調(diào)、航空等方面，通風(fēng)口打開多少度、太陽能帆板展開多少度等等的要求非常高，而普通電機(jī)達(dá)不到

19、這樣的精度，這時就需要用到步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人所發(fā)明，它是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。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的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“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^控制脈沖個數(shù)來控制角

20、位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時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。</p><p><b>　　1.2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動方式控制系統(tǒng)。簡而言之就是要求用單片機(jī)控制一臺步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，并且可以同時可以實(shí)現(xiàn)加速、減速。同時采用proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)

21、仿真。</p><p>　　本文所采用的步進(jìn)電機(jī)是一臺四相八拍步進(jìn)電機(jī)，采用的單片機(jī)是AT89C51單片機(jī)，采用的放大驅(qū)動器是ULN2003。采用匯編語言編程，單片機(jī)輸出的信號經(jīng)過ULN2003的放大來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過改變步進(jìn)電機(jī)通電相序改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，通過改變每步之間的延時長短來改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　2方案論證</b></p

22、><p>　　2.1 控制方式的確定</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)控制是一個比較精確的。步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。一種是定時，一種是延時。</p><p>　　定時方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)

23、生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出脈沖的周期。當(dāng)定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)定時器溢出時，定時器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序。將電機(jī)換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止，有一定的時間間隔，造成定時時間增加，為了減少這種定時誤差，實(shí)現(xiàn)精確定時，要對重裝的計(jì)數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初

24、值主要考慮兩個因素一是中斷響應(yīng)所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間，包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。用定時中斷方式來控制電動機(jī)變速時，實(shí)際上是不斷改變定時器裝載值的大小。此方法較為復(fù)雜，控制不簡便，并且占用中斷功能，故不采用。</p><p>　　延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序，待延時結(jié)束后再執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時

25、間和，就是脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn)行，并且不占用中斷功能，故采用延時方法。</p><p>　　2.2 驅(qū)動方式的確定</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動一般有兩種方法：一種是通過CPU直接來驅(qū)動，這種方法一般不宜采用，因?yàn)镃PU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動，就是把從CPU輸

26、出的信號進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。故本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　3硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 硬件總體介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)，采用AT89C51作為單片機(jī)控制，P0口串接反相器連接驅(qū)動電路ULN2003，用來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)

27、，P1口輸出顯示電路，P2口實(shí)現(xiàn)顯示電路的動態(tài)顯示以及正反轉(zhuǎn)指示燈的控制。P3口實(shí)現(xiàn)中斷功能。</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方框圖如圖3-1所示</p><p><b>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。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的

28、頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“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^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。</p><p>　　3.2.1 基本介紹</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，

29、它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時供電的，多相時序控制器。</p><p><b>　　圖3-2 步進(jìn)電機(jī)</b></p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成

30、控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。</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，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。</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)動器接收到一個脈沖信號

31、，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進(jìn)角）。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。</p><p>　　3.2.2 主要分類</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型： 反應(yīng)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,

32、PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。</p><p>　　反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。</p><p>　　永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大（一般為7.5°

33、;或15°）。</p><p>　　混合式：混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。</p><p>　　按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上

34、細(xì)分驅(qū)動器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動器以改變精度和效果。</p><p>　　3.2.3 選擇方法</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動器的選擇方法：</p

35、><p>　　判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時，需采用大力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時，電機(jī)外形也大。</p><p>　　判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī)，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。</p><p>　　選擇電機(jī)的安裝規(guī)格：如57，86，110等，主要與力矩要求有關(guān)。</p>&l

36、t;p>　　確定定位精度和振動方面的要求情況：判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分。</p><p>　　根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動器。</p><p>　　3.2.4 基本原理</p><p>　　3.2.4.1工作原理</p><p>　　通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一

37、角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。</p><p>　　3.2.4.2發(fā)熱原理</p><p>　　通常見

38、到的各類電機(jī)，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進(jìn)

39、電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。</p><p><b>　　3.2.5指標(biāo)術(shù)語</b></p><p>　　3.2.5.1靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語</p><p>　　1、相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。</p><p>　　2、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)。</p>

40、<p>　　導(dǎo)電狀態(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。</p><p>　　3、步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。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齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.

41、8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。</p><p>　　4、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（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。</p><p>　　5、靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比

42、，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。</p><p>　　3.2.5.2動態(tài)指標(biāo)術(shù)語</p><p>　　1、步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時應(yīng)在15%以內(nèi)。</p><p

43、>　　2、失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。</p><p>　　3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。</p><p>　　4、最大空載起動頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。</p><p>　　5、最大空

44、載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。</p><p>　　6、運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(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)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 </p><p>　　其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時

45、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。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，采用小電感大電流的電機(jī)。</p><p>　　7、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180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動電壓越高，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)

46、輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。</p><p>　　8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時序?yàn)锳B-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序?yàn)镈A-CD-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.2.6 測速方法</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。</p><p>　

47、　一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，步進(jìn)電機(jī)使用時對速度和位置都有嚴(yán)格要求。</p><p>　　二是控制方便。步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。</p><p>　　三是整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。測速電機(jī)是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，并傳遞到輸入

48、端作為反饋信號。測速電機(jī)為一種輔助型電機(jī)，在普通直流電機(jī)的尾端安裝測速電機(jī)，通過測速電機(jī)所產(chǎn)生的電壓反饋給直流電源，來達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。</p><p>　　3.2.7優(yōu)勢及缺陷</p><p><b>　　3.2.7.1優(yōu)點(diǎn)</b></p><p>　　1、電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；</p><p>　　2

49、、電機(jī)停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時）；</p><p>　　3、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動的重復(fù)性；</p><p>　　4、優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；</p><p>　　5、由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；</p><p>　　6、電機(jī)

50、的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本；</p><p>　　7、僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)；</p><p>　　8、由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。</p><p><b>　　3.2.7.2缺陷</b></p><p>

51、　　1、如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振；</p><p>　　2、難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速；</p><p>　　3、難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　4、在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低；</p><p>　　5、超過負(fù)載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。</p><p><b>　　3.2.8驅(qū)

52、動要求</b></p><p>　　1、能夠提供較快的電流上升和下降速度， </p><p>　　使電流波形盡量接近矩形。</p><p>　　具有供截止期間釋放電流流通的回路，以降低繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減。</p><p>　　2、具有較高韻功率及效率。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它是

53、把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個步距角。也就是說步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所以控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，就可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，就可以對電機(jī)精確定位。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有很多，應(yīng)以實(shí)際的功率要求合理的選擇驅(qū)動器。</p><p><b>　　3.3 單片機(jī)</b></p>&

54、lt;p>　　3.3.1單片機(jī)的定義</p><p>　　自1946年第一代電子計(jì)算機(jī)研制成功后，計(jì)算機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了電子管計(jì)算機(jī)、晶體管計(jì)算機(jī)、集成電路計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)4個階段，即我們通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計(jì)算機(jī)時代?，F(xiàn)在廣泛使用的微機(jī)是大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，因此它屬于第四代計(jì)算機(jī)，而單片機(jī)則是微機(jī)的一個分支。自1971年微機(jī)問世以來，由于實(shí)際應(yīng)用的需要，微機(jī)向著兩個不

55、同的方向發(fā)展：一是朝高速度、大容量、高性能的高檔微型方向發(fā)展；二是朝穩(wěn)定可靠、體積小和價格低廉的單片機(jī)方向發(fā)展。但兩者在原理和技術(shù)上是緊密聯(lián)系的。</p><p>　　單片機(jī)，就是把中央處理器（Centra; Processing Unit,CPU）、隨機(jī)存取存儲器（Random Access Memory,RAM）、只讀存儲器（Read Only Memory,ROM）、定時器/計(jì)數(shù)器以及輸入/輸出（Input

56、/Output,I/O）接口電路等主要計(jì)算機(jī)部件，集成在一塊集成電路芯片上的微機(jī)。雖然單片機(jī)只是一個芯片，但從組成和功能上看，它已具有了微型系統(tǒng)的屬性，為此稱它為單片微機(jī)（Single Chip MicroComputer,SCMC），簡稱單片機(jī)。</p><p>　　3.3.2單片機(jī)發(fā)展及應(yīng)用</p><p>　　3.3.2.1單片機(jī)的發(fā)展歷史及趨勢</p><p&g

57、t;　　單片機(jī)的發(fā)展分以下4個階段。</p><p>　　第一代：20世紀(jì)70年代后期，4位邏輯控制器件發(fā)展到8位，使用NMOS工藝（速度低。功耗大、集成度低），代表產(chǎn)品有MC6800,Intel8048.</p><p>　　第二代：20世紀(jì)80年代初，采用CMOS工藝，并逐漸被高速、低功耗的HMOS工藝代替，代表產(chǎn)品有MC146805和Intel 8051。</p>&l

58、t;p>　　第三代：近十年來，MCU(Micro Controller Uint,微控制器)的發(fā)展出現(xiàn)了許多新特點(diǎn)。</p><p>　?。?）在技術(shù)上，有可擴(kuò)展總線型向純單片型發(fā)展，即只能工作在單片方式。</p><p>　?。?）MCU的擴(kuò)展方式從并行總線型發(fā)展出各種串行總線。</p><p>　　（3）將多個CPU集成到一個MCU中。</p>

59、<p>　?。?）在降低功耗，提高可靠性方面，MCU工作電壓已降至3.3V。</p><p>　　第四代：FLASH的使用使MCU技術(shù)進(jìn)入了第四代?，F(xiàn)在可以說是單片機(jī)百花齊放，百家爭鳴的時期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的單片機(jī)，從8位、16位到32位，數(shù)不勝數(shù)，有與主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它們各具特色，為單片機(jī)的應(yīng)用用提供了廣闊的天地。</p><p>

60、　　縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)示單片機(jī)的發(fā)展趨勢大致如下。</p><p>　　1.低功耗CMOS化</p><p>　　MCS-51系列的8031推出時的功耗達(dá)630mW,而現(xiàn)在的單片機(jī)功耗普遍都在100mW左右。隨著對單片機(jī)功耗的要求越來越低，現(xiàn)在單片機(jī)制造商基本都采用了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體工業(yè)（CMOS）。例如80C51就采用了高密度金屬氧化物半導(dǎo)體工藝（HMOS）和互補(bǔ)高密度技術(shù)

61、氧化物半導(dǎo)體工藝（CHMOS）。CMOS雖然功耗較低，但由于其物理特征決定了其工作速度不夠高，而CHMOS則具備了高速和低功耗的特點(diǎn)，這些特征，更適合在要求低功耗如電池供電的應(yīng)用場合。所以這種工藝將是今后一段時期單片機(jī)發(fā)展的主要途徑。</p><p><b>　　2.微型單片化</b></p><p>　　現(xiàn)在常規(guī)的單片機(jī)普遍都是將CPU、RAM、ROM、并行和串行通

62、信接口、中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上；增強(qiáng)型的單片機(jī)集成了如A/D轉(zhuǎn)換器、PMW（脈寬調(diào)制電路）、WDT（看門狗），有些單片機(jī)將液晶（LED）驅(qū)動點(diǎn)亮都集成在單一的芯片上，這樣單片機(jī)包含的單元點(diǎn)亮就更多，功能更強(qiáng)大。有些單片機(jī)廠商甚至還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。</p><p>　　此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機(jī)除了功能強(qiáng)和功耗低外，

63、其體積也要小。目前，許多單片機(jī)都具有多種封裝樣式，其中表面封裝（SMD）越來越受歡迎，使得由單片機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng)朝著微型化的方向發(fā)展。</p><p>　　3.主流與多品種共存</p><p>　　現(xiàn)在的單片機(jī)的品種繁多，各具特色，以80C51為核心的單片機(jī)占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有PHILIPS公司的產(chǎn)品，ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的Winbond系列單片機(jī)，以80C51為核心的單

64、片機(jī)占據(jù)了半壁江山。而Microchip公司的PIC精簡指令集（RISC）也有著強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的HOLTEK公司近幾年的單片機(jī)產(chǎn)量與日俱增，以其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。此外還有Motorola公司的產(chǎn)品，以及日本幾大公司的專用單片機(jī)。在一定的時期內(nèi)，這種情形將仍將延續(xù)，而不存在某品牌單片機(jī)一統(tǒng)天下的壟斷局面，走的是一寸互補(bǔ)、相輔相成、共同發(fā)展的道路。</p><p>　　3.3.2.2單片機(jī)

65、的主流產(chǎn)品</p><p>　　自單片機(jī)誕生以來的近30年中，單片機(jī)已有70多個系列的近500個機(jī)種。</p><p>　　8051系列單片機(jī)產(chǎn)品繁多，主流地位已經(jīng)形成，今年來推出的與8051兼容的主要產(chǎn)品有：</p><p>　　ATMEL公司融入Flash存儲器技術(shù)的AT89系列；</p><p>　　Philips公司的80C51,80

66、C552系列</p><p>　　華邦公司的W78C51，W77C51高速低價系列；</p><p>　　ADI公司的ADuC8xx高精度ADC系列；</p><p>　　LG公司的GMS90/97低壓高速系列；</p><p>　　Maxim公司的C8051F系列高速SOC單片機(jī)</p><p>　　Cygnal公司

67、的C8051F系列高速SOC單片機(jī)。</p><p>　　非8051結(jié)構(gòu)單片機(jī)新品不斷推出，給用戶提供了更為廣泛的選擇空間，今年來推出的非8051系列的主要產(chǎn)品有：</p><p>　　Intel的MCS-96系列16位單片機(jī)；</p><p>　　Microchip的PIC系列RISC單片機(jī)；</p><p>　　TI的MSP430F系列1

68、6位低功耗單片機(jī)。</p><p>　　3.3.2.3單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面。</p><p>　　（1）在工業(yè)自動化方面。如過程控制、數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、機(jī)械電子計(jì)算機(jī)一體化技術(shù)。</p><p>　?。?）在儀器儀表方面。如測試儀表和醫(yī)療儀器——數(shù)字化、智能化、高精度、小體積、

69、低成本。，便于增加顯示報警和自診斷功能。</p><p>　?。?）在家用電器方面。如冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)、微波爐、電視機(jī)、音響設(shè)備等。</p><p>　?。?）在信息和通信產(chǎn)品方面。如計(jì)算機(jī)的鍵盤、打印機(jī)、磁盤驅(qū)動器、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、電話機(jī)、考勤機(jī)。</p><p>　?。?）在軍事方面。如飛機(jī)、大炮、坦克、軍艦、導(dǎo)彈、火箭、雷達(dá)等。</p>&l

70、t;p>　　3.3.3單片機(jī)系統(tǒng)的組成</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)分為硬件部分和軟件部分。</p><p>　　單片機(jī)系統(tǒng)的硬件部分主要由單片機(jī)和外圍器件構(gòu)成，如圖3-3所示：</p><p><b>　　運(yùn)算器</b></p><p>　　CPU 寄存器組</p><p><

71、;b>　　控制器</b></p><p><b>　　片內(nèi)</b></p><p><b>　　內(nèi)存</b></p><p>　　單片機(jī) 片外</p><p><b>　　中斷控制邏輯</b></p><p>&

72、lt;b>　　并行I/O</b></p><p>　　通用接口 串行UART</p><p>　　定時/計(jì)數(shù)器 T/C</p><p>　　定時/計(jì)數(shù)器：8253</p><p>　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器：ADC 0809</p><p>　　數(shù)模轉(zhuǎn)換器：DAC 0832</p><p

73、>　　外圍器件（片外擴(kuò)展接口） 串行通信擴(kuò)展：8251</p><p>　　并行通信擴(kuò)展：8255A，8155</p><p><b>　　驅(qū)動器</b></p><p><b>　　DSP等</b></p><p>　　圖3-3 單片機(jī)組成</p><p>

74、　　3.3.4 單片機(jī)復(fù)位電路</p><p>　　MCS-51單片機(jī)的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實(shí)現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機(jī)器周期的S5P2，斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。</p><p>　　上電復(fù)位：上電復(fù)位電路是—種簡單的復(fù)位電路，只要在RST復(fù)位引腳接一個電容到VCC，

75、接一個電阻到地就可以了。上電復(fù)位是指在給系統(tǒng)上電時，復(fù)位電路通過電容加到RST復(fù)位引腳一個短暫的高電平信號，這個復(fù)位信號隨著VCC對電容的充電過程而回落，所以RST引腳復(fù)位的高電平維持時間取決于電容的充電時間。為了保證系統(tǒng)安全可靠的復(fù)位，RST引腳的高電平信號必須維持足夠長的時間。</p><p><b>　　電路圖如圖3-4：</b></p><p>　　圖3-4

76、上電復(fù)位電路圖</p><p>　　上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實(shí)現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms，就可以實(shí)現(xiàn)自動上電復(fù)位。</p><p>　　3.3.5 單片機(jī)時鐘電路</p><p>　　時鐘是單片機(jī)的心臟，單片機(jī)各功能部件的運(yùn)行都是以時鐘頻率為基準(zhǔn)，有條不紊的一拍一拍地工作。因此，時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片

77、機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式：一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種為外部時鐘方式。本文用的是內(nèi)部時鐘方式。</p><p><b>　　電路圖如圖3-5：</b></p><p><b>　　圖3-5 時鐘電路</b></p><p>　　AT89C51單片機(jī)內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，該高增益反向放大器

78、的輸入端為芯片引腳XTAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，就構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　3.4 轉(zhuǎn)向顯示電路</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中，步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)信息由發(fā)光電路顯示。發(fā)光電路采用發(fā)光二極管顯示。</p><p>　　其中，綠燈亮?xí)r指示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，紅燈亮?xí)r指示步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。</p>

79、<p><b>　　圖3-6發(fā)光二極管</b></p><p>　　3.4.1 基本介紹</p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數(shù)字顯示。磷砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃

80、光。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛取６猛疽灿沙鯐r作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。</p><p>　　發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由

81、N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p>　　3.4.2 發(fā)光二極管的單向?qū)ㄐ?lt;/p><p>　　發(fā)光二極管只能往一個方向?qū)ǎㄍ姡?，叫作正向偏置（?/p>

82、向偏壓），當(dāng)電流流過時，電子與空穴在其內(nèi)復(fù)合而發(fā)出單色光，這叫電致發(fā)光效應(yīng)，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導(dǎo)體材料種類與摻入的元素雜質(zhì)有關(guān)。具有效率高、壽命長、不易破損、開關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)。白光LED的發(fā)光效率，在近幾年來已經(jīng)有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因?yàn)橥度胧袌龅膹S商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、家具、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術(shù)上，LED在光電轉(zhuǎn)換效

83、率(有效照度對用電量的比值)上仍然低于新型的熒光燈，是國家以后發(fā)展民用的去向。</p><p>　　3.4.3 LED的優(yōu)點(diǎn)</p><p><b>　　一、體積小</b></p><p>　　LED基本上是一塊很小的晶片被封裝在環(huán)氧樹脂里面，所以它非常的小，非常的輕。</p><p><b>　　二、耗電量低

84、</b></p><p>　　LED耗電相當(dāng)?shù)停话銇碚fLED的工作電壓是2-3.6V。工作電流是0.02-0.03A。這就是說：它消耗的電不超過0.1W。</p><p><b>　　三、使用壽命長</b></p><p>　　在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)10萬小時。</p><p><

85、b>　　四、高亮度、低熱量</b></p><p>　　LED使用冷發(fā)光技術(shù)，發(fā)熱量比普通照明燈具低很多。</p><p><b>　　五、環(huán)保</b></p><p>　　LED是由無毒的材料作成，不像熒光燈含水銀會造成污染，同時LED也可以回收再利用。</p><p><b>　　六、堅(jiān)固

86、耐用</b></p><p>　　LED是被完全的封裝在環(huán)氧樹脂里面，它比燈泡和熒光燈管都堅(jiān)固。燈體內(nèi)也沒有松動的部分，這些特點(diǎn)使得LED可以說是不易損壞的。</p><p>　　發(fā)光二極管具有單向?qū)щ娦?，且?jié)能，只需5V電源，就可以驅(qū)動，AT89C51完全可以滿足這個要求，但為了限流，串一個電阻。</p><p>　　電路圖如圖3-8：</p&

87、gt;<p><b>　　圖3-8 發(fā)光電路</b></p><p>　　3.5 數(shù)字顯示電路 </p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的顯示電路主要用于顯示步進(jìn)電機(jī)的檔位、轉(zhuǎn)速等功能。</p>

88、<p>　　可以用來顯示轉(zhuǎn)速信息的顯示期間有很多，比如液晶屏，數(shù)碼管等。但本次設(shè)計(jì)只需顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并不需要顯示其它信息，如果采用液晶屏顯示，程序太過于復(fù)雜，成本太高，所以用數(shù)碼管顯示。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)顯示采用四位共陽極八段數(shù)碼管。</p><p>　　數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。</p><p>　　3.5.1

89、 數(shù)碼管分類</p><p>　　數(shù)碼管也稱LED數(shù)碼管，晶美、光電、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。</p><p>　　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)碼管多一個發(fā)光二極管單元（多一個小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個“8”可分為1位、2位、3位、4位、5位、6位、7位等數(shù)碼管；</p><p>　　按發(fā)光二極管單元連

90、接方式可分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極(COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時應(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，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，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，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮

91、，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。</p><p><b>　　3.5.2 結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　led數(shù)碼管（LED Segment Displays）是由多個發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個筆劃，公共電極。led數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個小數(shù)點(diǎn)，還有一種是類似于3位“+1”型。位數(shù)

92、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兩類，了解LED的這些特性，對編程是很重要的，因?yàn)椴煌愋偷臄?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。圖2是共陰和共陽極數(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。顏色有紅，綠，藍(lán)，黃等幾種。led數(shù)碼管廣泛用于儀表，時鐘，車站，家電等場合。選用時要注意產(chǎn)品尺寸顏色，功耗，亮度，波長等。 </p&g

93、t;<p>　　圖3-9 10引腳的LED數(shù)碼管</p><p>　　3.5.3 驅(qū)動方式</p><p>　　3.5.3.1 概述</p><p>　　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。</p><p>　　3.5.3.2

94、 靜態(tài)顯示驅(qū)動</p><p>　　靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。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。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動，要知道一個89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個呢：），實(shí)際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進(jìn)行驅(qū)動，增加了硬件

95、電路的復(fù)雜性。</p><p>　　3.5.3.3 動態(tài)顯示驅(qū)動</p><p>　　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，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，

96、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。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的COM端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(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)，不會有

97、閃爍感，動態(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。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用動態(tài)顯示電路，由單片機(jī)P1口控制數(shù)碼管段，由單片機(jī)的P2口的P2.3、P2.4、P2.5、P2.6控制數(shù)碼管的位選擇。電路圖如圖3-10所示：</p><p>　　圖3-10 數(shù)碼管動態(tài)顯示電路</p><p>　　3.5.4 應(yīng)用范圍</p&g

98、t;<p>　　數(shù)碼管是顯示屏其中一類， 通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示 時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。</p><p>　　由于它的價格便宜 使用簡單 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。</p><p>　　數(shù)碼管實(shí)物如圖3-11：</p

99、><p>　　圖3-11 數(shù)碼管實(shí)物圖</p><p>　　自行代碼與16進(jìn)制的轉(zhuǎn)換驅(qū)動代碼表：如表3-1</p><p>　　表3-1 共陽極數(shù)碼管驅(qū)動段碼表</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路</p><p><b>　　3.6.1 概述</b></p><p>

100、　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“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^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。 </p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系

101、統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的優(yōu)劣。對步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的研究幾乎是與步進(jìn)電動機(jī)的研究同步進(jìn)行的。</p><p>　　3.6.2 系統(tǒng)控制</p><p>　　步進(jìn)電動機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動電源（步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器）。控制器（脈沖信號發(fā)生器）可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖

102、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。</p><p>　　3.6.3 基本原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。</p><p>　　驅(qū)動器相當(dāng)于開關(guān)的組合單元。通過上位機(jī)的脈沖信號有順序給電機(jī)相序通電使電機(jī)轉(zhuǎn)動。</p><p&

103、gt;　　3.6.4 組成結(jié)構(gòu)</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器主要結(jié)構(gòu)主要有以下部分作用為：</p><p><b>　　1.環(huán)行分配器</b></p><p>　　根據(jù)輸入信號的要求產(chǎn)生電機(jī)在不同狀態(tài)下的開關(guān)波形。</p><p><b>　　2.信號處理</b></p><

104、;p>　　對環(huán)行分配器產(chǎn)生的開關(guān)信號波形進(jìn)行PWM調(diào)制以及對相關(guān)的波形進(jìn)行濾波整形處理。</p><p><b>　　3.主開關(guān)電路</b></p><p>　　用功率元器件直接控制電機(jī)的各相繞組。</p><p><b>　　4.保護(hù)電路</b></p><p>　　當(dāng)繞組電流過大時產(chǎn)生關(guān)斷

105、信號對主回路進(jìn)行關(guān)斷，以保護(hù)電機(jī)驅(qū)動器和電機(jī)繞組。</p><p><b>　　5.傳感器</b></p><p>　　對電機(jī)的位置和角度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，傳回信號的產(chǎn)生裝置。</p><p>　　3.6.5 驅(qū)動器的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器有很多種，常用的有ULN2003、LM297、LM298等等，這幾

106、種驅(qū)動電路的不同之處在于驅(qū)動能力的不同，ULN2003的驅(qū)動電路有500mA，可以驅(qū)動一些小型的電機(jī)，298,297可以帶動2A以上的電機(jī)，當(dāng)然若電機(jī)的功率更大，可以使用三洋的STK系列驅(qū)動集成塊，價格當(dāng)然也相對較高。</p><p>　　但本次設(shè)計(jì)只需要驅(qū)動一個四相八拍的步進(jìn)電機(jī)，ULN2003足以勝任，而且它的結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，使用方便。所以，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的驅(qū)動器采用ULN2003。</p>

107、<p>　　3.6.6 ULN2003</p><p>　　ULN2003是大電流驅(qū)動陣列,多用于單片機(jī)、智能儀表、PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中?？芍苯域?qū)動繼電器等負(fù)載。 </p><p>　　輸入5VTTL電平，輸出可達(dá)500mA/50V。</p><p>　　ULN2003是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列,由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。 該電路的特點(diǎn)如下:

108、 ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個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,可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。</p><p>　　ULN2003的芯片引腳圖如圖3-12所示</p><p>　　圖3-12 ULN2003芯片引腳</p><p>　　3.6.7 74LS04</p><p&g

109、t;　　由于ULN2003中有反相結(jié)構(gòu)，而所編程序中不需要反相，于是在ULN2003后部串接一個74LS04反相器將信號再反過來。</p><p>　　74LS04是一個六相反相器。反相器是可以將輸入信號的相位反轉(zhuǎn)180度，這種電路應(yīng)用在摸擬電路，比如說音頻放大，時鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計(jì)中，經(jīng)常要用到反相器。</p><p>　　其引腳功能圖如圖3-13所示：</p>&

110、lt;p>　　圖3-13 74LS04引腳功能圖</p><p>　　本次設(shè)計(jì)只用了1、2；3、4；5、6；8、9四組反相器。</p><p>　　3.6.8 驅(qū)動器接線圖</p><p>　　ULN2003由七個達(dá)林頓管組成，但本次畢業(yè)設(shè)計(jì)只用了前四位。74LS反相器由六組反相器組成，也只用前四位。具體電路圖如圖3-14所示：</p><

111、p>　　圖3-14 ULN2003接線圖</p><p><b>　　3.7 按鍵電路</b></p><p>　　該電機(jī)控制電路中共設(shè)置了四個按鍵，分別是啟動、換向、加速、減速作用，如圖3-15。設(shè)計(jì)中按鍵設(shè)置為共陰極，當(dāng)按鍵按下時單片機(jī)電位被拉低。單片機(jī)檢測到電位拉低，立即中斷，再進(jìn)行相應(yīng)的啟動、換向、加速、減速動作。</p><p>

112、;　　圖3-15 按鍵電路</p><p><b>　　4軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)，采用四個中斷，分別實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、減速、加速，分別使用的是外部中斷0、外部中斷1、定時中斷0、定時中斷1。</p><p><b>　　4.1主程序流程圖</b></p><p>　　主程序流程

113、圖如圖4-1所示</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　4.2步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行子程序流程圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行子程序流程圖如圖4-2所示：</p><p>　　圖4-2 步進(jìn)電機(jī)子程序流程圖</p><p>　　4.3顯示子程序流程圖</p><p>　　顯示