計(jì)算機(jī)課程設(shè)計(jì)---二相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　二相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1步進(jìn)電機(jī)介紹</b></p><p><b>　　1.1步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)(stepping motor)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的一種特殊電機(jī)。電動(dòng)機(jī)每輸入一次電脈沖信號，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，從

2、而形成不僅是的運(yùn)動(dòng)，所以稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；另外由于輸入的是脈沖電流，故也稱脈沖電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得了廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)具有很多優(yōu)點(diǎn)也有不少缺點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)主要由下面幾點(diǎn)：</p><p>　　1 步進(jìn)電機(jī)的輸出腳與輸入脈沖的個(gè)數(shù)成正比，控制輸入的脈沖數(shù)就能控制位移量。</p><p>　　2 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入的脈沖頻率

3、成正比，改變通電相序即可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)、停止迅速，當(dāng)停止脈沖輸入時(shí)，若維持繞組內(nèi)電流不變，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子會保持在停止時(shí)的位置上。</p><p>　　3 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且誤差不會累積。</p><p>　　4 步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因

4、此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。</p><p>　　5 步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。</p&

5、gt;<p>　　6 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 </p>&l

6、t;p>　　7 步進(jìn)電機(jī)的確定是效率地，帶負(fù)載能力低，調(diào)速范圍小，最高輸入脈沖頻率一般不超過18KHZ，并且需要專用電源給電脈沖信號，在運(yùn)行中會出現(xiàn)共振和震蕩問題。</p><p>　　1.2步進(jìn)電機(jī)工作原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其機(jī)械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號可使步進(jìn)電

7、機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，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(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。</p><p>　　對于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率的關(guān)系

8、為：</p><p>　　式中：為脈沖頻率，單位是HZ。N為電機(jī)運(yùn)行拍數(shù)、z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。</p><p>　　對于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角為：</p><p>　　式中：N為步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行拍數(shù)，z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。對于二四相電機(jī)齒數(shù)一般為50。</p><p>　　1.3 二相步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)

9、對象是二相步進(jìn)電機(jī)，有兩組帶中心抽頭的線圈，因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求采用雙極性控制即H橋控制，繞組的中心抽頭不接，使用四線工作。二相六線制步進(jìn)電機(jī)如圖：</p><p>　　圖1 二相六線制步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖中、為繞組的中心抽頭，、、、為四個(gè)繞組出線端。對各繞組施加通電脈沖，轉(zhuǎn)子會在電磁力的作用下向磁導(dǎo)率最大即趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于各相是有選擇性的通電且通電時(shí)間是有限的，對各

10、繞組在各拍下按某種既定的通電順序通電即可以使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)整對各繞組施加的脈沖頻率可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速大小，改變各繞組通電順序即可以調(diào)整其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。通過改變繞組通電順序組合可以改變電機(jī)運(yùn)行拍數(shù)。</p><p>　　二相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有二相四拍與二相八拍兩種運(yùn)行狀態(tài)，其中四拍又分為單四拍與雙四拍。本設(shè)計(jì)中四拍選擇雙四拍方式。</p><p>　　二相四拍正轉(zhuǎn)各繞組通電順序?yàn)椋?lt;/p>

11、;<p><b>　　單四拍：</b></p><p><b>　　雙四拍：。</b></p><p>　　二相四拍反轉(zhuǎn)各繞組通電順序?yàn)椋?lt;/p><p><b>　　單四拍：</b></p><p><b>　　雙四拍：</b></p

12、><p>　　二相八拍各繞組通電順序?yàn)椋?lt;/p><p><b>　　正轉(zhuǎn)：</b></p><p><b>　　反轉(zhuǎn)：</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行有半步與整步兩種，對于二相步進(jìn)電機(jī)四拍運(yùn)行時(shí)為半步，步距角為1.8度，八拍運(yùn)行時(shí)為半步運(yùn)行方式，步距角為0.9度。步距角越小控制精度越高。&l

13、t;/p><p>　　2 題意分析與方案論證</p><p><b>　　2.1 題意分析</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目要求采用雙極性控制設(shè)計(jì)一個(gè)二相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，要求具有對電機(jī)開關(guān)、正反向控制、拍數(shù)控制以及速度控制，并且系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)顯示電機(jī)運(yùn)行步數(shù)以及用發(fā)光二極管表征電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。可以設(shè)計(jì)一個(gè)以單片機(jī)為核心的微型計(jì)算

14、機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。通過按鍵輸入用戶對電機(jī)的控制要求，單片機(jī)讀取按鍵信息并進(jìn)過處理調(diào)用相應(yīng)的模塊輸出到驅(qū)動(dòng)芯片完成對電機(jī)的控制，同時(shí)調(diào)用單片機(jī)內(nèi)相應(yīng)程序采用動(dòng)態(tài)掃描的方式將運(yùn)行步數(shù)通過四位數(shù)碼管實(shí)時(shí)顯示。單片機(jī)輸出相應(yīng)的量實(shí)現(xiàn)對發(fā)光二極管的控制，顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案的確定 </p><p>　　2.2.1 控制部分</p><p>

15、　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成響應(yīng)的角位移或者線位移的數(shù)字控制電機(jī)，按照輸入脈沖指令旋轉(zhuǎn)，脈沖數(shù)決定旋轉(zhuǎn)位移的大小，脈沖頻率決定旋轉(zhuǎn)速度，并能在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速。其控制可以用硬件電路和以微型計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)兩種方式實(shí)現(xiàn)。由于步進(jìn)電機(jī)可以將輸入的數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移，所以很適合采用計(jì)算機(jī)控制。而且硬件方式每種電路實(shí)現(xiàn)的控制功能較為單一，這會導(dǎo)致改變控制功能時(shí)還要重新設(shè)計(jì)硬件電路，靈活性較差，應(yīng)用起來比較麻煩并且會增加成本

16、。而微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)怎么屬于軟硬件結(jié)合的控制方式，少量的硬件連接和軟件實(shí)現(xiàn)控制完成主要控制功能，靈活性很大，性價(jià)比高。所以本電路采用AT89C51單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。</p><p>　　單片機(jī)通過數(shù)據(jù)線進(jìn)行與驅(qū)動(dòng)電路的數(shù)據(jù)傳送，硬件連線只需連接信號傳輸線路即可，對電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)等各項(xiàng)控制要求通過軟件實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)通過按鍵接受用戶對電機(jī)的運(yùn)行要求，后通過自身程序調(diào)用對驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，使驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行相應(yīng)的繞組

17、通電操作以完成各種用戶要求。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的控制是由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖頻率實(shí)現(xiàn)的，可以調(diào)整單片機(jī)向發(fā)出的時(shí)鐘脈沖來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)這個(gè)原理可以采用延時(shí)和定時(shí)兩種方法改變響應(yīng)脈沖的方波，一到達(dá)調(diào)速的目的。不過由于延時(shí)方法一般通過軟件實(shí)現(xiàn)占用CPU時(shí)間長，同時(shí)不能再在運(yùn)行時(shí)處理其他工作，一般適合較簡單的控制過程。所以一般采用定時(shí)方式產(chǎn)生脈沖，定時(shí)方式采用中斷方式，只有特定時(shí)才占用CPU，可以明顯提高系統(tǒng)

18、響應(yīng)速度。同樣利用軟件可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的功能。</p><p>　　2.2.2 驅(qū)動(dòng)電路部分</p><p>　　用于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅(qū)動(dòng)，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(dòng)；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動(dòng)，就是把從CPU輸出的信號進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可

19、靠。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　任務(wù)要求驅(qū)動(dòng)采用雙極性（H橋）控制（不適用電機(jī)繞組中心抽頭），本設(shè)計(jì)采用芯片L298來控制電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。L298是雙H橋驅(qū)動(dòng)器,此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)需要的時(shí)間很少，降低裝配成本。關(guān)于脈沖分配以及對步進(jìn)電機(jī)的各種控制操作由軟件控制完成，實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)靈活均衡的控制。</p><p>　　2.2.3 數(shù)碼管部分</p>

20、<p>　　電路采用四位數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行步數(shù)，電路采用共陰極四位數(shù)碼管，數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)采用CD4511驅(qū)動(dòng)芯片，CD4511是專門驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管的芯片，它接受BCD碼的形式控制輸入，輸出驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管。</p><p><b>　　系統(tǒng)原理框圖如下：</b></p><p><b>　　圖2 系統(tǒng)原理框圖</b></p&

21、gt;<p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1 控制部分</b></p><p>　　3.1.1 芯片介紹</p><p>　　本次設(shè)計(jì)以CPU選用89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片．89C51的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且

22、完全兼容MCS5l系列單片機(jī)的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是

23、一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。</p><p>　　下圖為AT89C51管腳圖：</p><p>　　圖3 AT89C51管腳圖</p><p>　　單片機(jī)基本組成：8位中央處理器CPU，進(jìn)行運(yùn)算和邏輯控制；共256個(gè)內(nèi)部RAM單元，用于存放可讀寫數(shù)據(jù)；4K掩膜ROM，用于存放程序、原始數(shù)據(jù)和表格；兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)

24、定時(shí)或計(jì)數(shù)功能；4個(gè)8位的I/O口P0、P1、P2、P3；含有2個(gè)外部中斷、2個(gè)定時(shí)器中斷和一個(gè)串行中斷的中斷控制系統(tǒng)；可產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖序列，允許晶振頻率6MHZ和12MHZ的時(shí)鐘電路</p><p>　　引腳簡介：XTAL1、XTAL2：晶振輸入端。</p><p>　　RST： 復(fù)位引腳。</p><p>　　并行口：P0、P1、P2、P3。</p>

25、<p>　?。簽?時(shí)，訪問內(nèi)部程序存儲器。為0時(shí)，值訪問外部程序存儲器。</p><p>　　ALE：地址鎖存控制信號。</p><p>　?。和獠縍OM選通信號。</p><p>　　3.1.2 原理分析</p><p>　　本設(shè)計(jì)以AT89C51為核心組成控制系統(tǒng)，單片機(jī)通過XTAL1、XTAL2外接12MHZ的晶振構(gòu)成單片機(jī)

26、的工作頻率，由于系統(tǒng)不需外部ROM擴(kuò)展，進(jìn)行軟件操作時(shí)只需要用到內(nèi)部程序存儲器，所以管腳接直流電源。復(fù)位鍵不使用通過電容接地。外部ROM讀選通信號引腳和地址鎖存控制信號引腳用不到，懸空不接。五個(gè)引腳通過上拉電阻接按鍵開關(guān)，完成對用戶控制要求的輸入，與芯片L298的輸入分別相接，完成單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)各種控制的要求的實(shí)現(xiàn)。輸出到四位數(shù)碼管的位選引腳，完成對數(shù)碼管位選的控制，輸出到CD4511數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器的輸入端，完成對數(shù)碼管數(shù)字顯示的控制。

27、各并行口的輸出與鍵位開關(guān)狀態(tài)有關(guān)。AT89C51連線示意圖如下：</p><p>　　圖4 AT89C51接線示意圖</p><p>　　按鍵K0控制電機(jī)運(yùn)行雙四拍方式，按鍵K1控制電機(jī)運(yùn)行為八拍方式，按鍵K2控制電機(jī)的啟動(dòng)與停止，按鍵K3控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，按鍵K4控制電機(jī)運(yùn)行速度的快慢。單片機(jī)通過不斷的檢測口的電位判斷按鍵是否被按下，檢測值為1表示按鍵沒有被按下，檢測值為0怎么表示按鍵

28、被按下。當(dāng)K2未按下前其他按鍵無效，K2按下后，其他幾個(gè)鍵輸入有效，若無K0和K1鍵按下，單片機(jī)輸出低電平至P0.4，P0.5，綠燈亮表示此時(shí)電動(dòng)機(jī)為不轉(zhuǎn)狀態(tài)。K0鍵被按下時(shí)，單片機(jī)調(diào)用單四拍工作程序，從輸出對電機(jī)進(jìn)行控制，K1按下時(shí)，單片機(jī)調(diào)用八拍工作程序，將控制字輸出到。設(shè)定默認(rèn)K3沒有按下時(shí)電機(jī)運(yùn)行正轉(zhuǎn)，按下后反轉(zhuǎn)；默認(rèn)K4沒有按下時(shí)表示電機(jī)運(yùn)行速度慢，按下后電機(jī)轉(zhuǎn)速變快。當(dāng)K2按下并且K0或K1按下后，檢測到K3按下，則P0.5

29、輸出高電平，觸發(fā)三極管黃燈亮，表示電機(jī)反轉(zhuǎn)，并調(diào)用反轉(zhuǎn)子程序；若沒有檢測到K3被按下則P0.4輸出高電平，觸發(fā)三極管紅燈亮，表示電機(jī)正轉(zhuǎn)；若檢測到K4鍵被按下則調(diào)用高速運(yùn)行程序，若沒有檢測到按鍵按下則不作操作。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中都要實(shí)時(shí)檢測電機(jī)運(yùn)行步數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示出來。</p><p>　　3.2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分</p><p>　　3.2.1 L298芯片</p><

30、;p>　　L298為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相 和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn) TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此

31、芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號。L298管腳圖如圖3。</p><p>　　管腳說明：VCC：邏輯電源電壓，此引腳與地必須接100nF電容器。</p><p>　　VS：功率電源電壓，此引腳與地必須就100nF電容器。</p><p>　　IN1、IN2、IN3、IN4：輸入端，TTL電平兼容。</p><p>　　OUT1、

32、OUT2、OUT3、OUT4：輸出端，TTL電平兼容。</p><p>　　ENA：使能端，ENA控制OUT1、OUT2，低電平禁止輸出。</p><p>　　ENB：使能端，ENB控制OUT3、OUT4，低電平禁止輸出。</p><p>　　SENA、SENB：電流檢測端，不用時(shí)可以直接接地。</p><p>　　圖5 L298管腳圖<

33、;/p><p><b>　　3.2.2原理分析</b></p><p>　　電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分連接線路圖為：</p><p>　　圖6 驅(qū)動(dòng)部分連線圖</p><p>　　檢測管腳不用直接接地，對于電機(jī)的停止啟動(dòng)使用軟件編程實(shí)現(xiàn)，所以使能端ENA、ENB直接接高電平。VCC為邏輯供電電源，選擇+5V的直流電源，VS為功率電壓源，按

34、照步進(jìn)電機(jī)的型號具體選擇。接單片機(jī)的，接受單片發(fā)來的控制脈沖。分別接二相步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)繞組端子引線。L298接受來自單片機(jī)的脈沖，通過自身內(nèi)部邏輯電路實(shí)現(xiàn)對電機(jī)繞組通斷電選擇的控制。二相步進(jìn)電機(jī)的兩隊(duì)繞組通過與L298的端子相連接入L298內(nèi)部的H橋中，實(shí)現(xiàn)了對二相步進(jìn)電機(jī)的雙極性控制即H橋控制。</p><p><b>　　3.3數(shù)碼管部分</b></p><p>

35、　　3.3.1 硬件介紹</p><p>　　3.3.1.1 CD4511芯片</p><p>　　LED使用4511驅(qū)動(dòng)，CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED（數(shù)碼管）顯示器的 BCD碼—七段碼譯碼器。具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅(qū)動(dòng)LED顯示器。CD4511 是一片 CMOS BCD—鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，引腳排列如

36、圖5 所示。其中A、B、C、D為 BCD 碼輸入，A為最低位。LT為燈測試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰L

37、ED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀 。</p><p>　　圖7 CD4511管腳圖</p><p>　　3.3.1.2 共陰極數(shù)碼管</p><p>　　所謂共陰LED數(shù)碼管是指7段LED的陰極是連在一起的，在應(yīng)用中應(yīng)接地。限流電阻要根據(jù)電源電壓來選取，電源電壓5V時(shí)可使用300

38、Ω的限流電阻。 一位共陰極數(shù)碼管如圖6，四位共陰極數(shù)碼管如圖7所示，內(nèi)部機(jī)構(gòu)是將四個(gè)一位數(shù)碼管的段碼還有小數(shù)點(diǎn)位并起來，引出8跟線，四個(gè)數(shù)碼管的陰極分別引出，共4跟線。</p><p>　　圖8 一位共陰極數(shù)碼管接線示意圖</p><p>　　圖9 四位數(shù)碼管管腳圖</p><p>　　表1 共陰極數(shù)碼管段位通電狀態(tài)與顯示字符關(guān)系</p><p&

39、gt;　　3.3.2 原理分析</p><p>　　數(shù)碼管顯示部分接線圖：</p><p>　　圖10 數(shù)碼管部分線路圖</p><p>　　CD4511的分別接單片機(jī)的，單片機(jī)通過片內(nèi)程序?qū)崟r(shí)檢測步數(shù)，并通過相應(yīng)的處理得出要顯示的各位數(shù)，并同時(shí)給出四位數(shù)碼管的選擇信號。單片機(jī)將得到要顯示的BCD數(shù)發(fā)送給CD4511，然后CD4511將BCD數(shù)轉(zhuǎn)化成七段數(shù)碼管管腳的

40、七個(gè)電平的高低，同時(shí)單片機(jī)與四位數(shù)碼管的位選連接，給出相應(yīng)的位選信號，采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示出當(dāng)前運(yùn)行步數(shù)。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　4.1 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求對步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)停止、運(yùn)行拍數(shù)和運(yùn)行速度進(jìn)行控制。這些控制主要通過軟件進(jìn)行

41、實(shí)現(xiàn)。由按鍵輸入控制信號，單片機(jī)收到系統(tǒng)信號后調(diào)用相關(guān)的模塊實(shí)現(xiàn)按鍵對應(yīng)的操作。對于運(yùn)行拍數(shù)以及正反轉(zhuǎn)的控制可以調(diào)用子程序模塊實(shí)現(xiàn)這部分功能，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)的控制操作只需要編寫雙四拍正轉(zhuǎn)子程序，雙四拍反轉(zhuǎn)子程序，八拍正轉(zhuǎn)子程序，八拍反轉(zhuǎn)子程序。對于速度的控制通過改變脈沖頻率即改變定時(shí)器初值實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　對于數(shù)碼管部分采用動(dòng)態(tài)掃描的方式顯示實(shí)時(shí)運(yùn)行步數(shù)，需要設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示子程序。再次，本設(shè)計(jì)還使用定時(shí)器對

42、步進(jìn)電機(jī)的走步進(jìn)行精確地時(shí)間設(shè)設(shè)定，因此還需要編寫一個(gè)定時(shí)器中斷子程序。</p><p>　　整個(gè)程序由主程序和若干子程序組成，具體程序詳見附錄。</p><p>　　4.2 各子程序流程圖</p><p><b>　　數(shù)碼管顯示流程圖：</b></p><p>　　圖11 數(shù)碼管顯示步數(shù)流程圖</p>&

43、lt;p>　　步進(jìn)電機(jī)四拍模塊流程圖：</p><p>　　圖12 步進(jìn)電機(jī)四拍模塊流程圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)八拍正轉(zhuǎn)模塊流程圖：</p><p>　　圖13 步進(jìn)電機(jī)八拍正轉(zhuǎn)流程圖</p><p><b>　　系統(tǒng)總流程圖：</b></p><p>　　圖14 系統(tǒng)總流程圖<

44、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得</b></p><p>　　我的任務(wù)是設(shè)計(jì)二相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，之前對于步進(jìn)電機(jī)了解很少，通過這次的集中式學(xué)習(xí)，讓我對步進(jìn)電機(jī)有了基本的了解和簡單的應(yīng)用能力。同時(shí)本次課程設(shè)計(jì)是對這個(gè)學(xué)期學(xué)習(xí)的微機(jī)控制技術(shù)基礎(chǔ)知識的進(jìn)一步了解與鞏固，通過課程設(shè)計(jì)把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際。在這段時(shí)間里面我不僅鞏固了微控的相關(guān)知識也對步進(jìn)電機(jī)特別是二相步進(jìn)

45、電機(jī)有了較深的掌握，此外又進(jìn)一步熟練了對PROTEUS的應(yīng)用。特別是利用PROTUES進(jìn)行單片機(jī)程序的仿真，這是之前較少接觸的。PROTUES可以幫助我們解決很多繁復(fù)的問題，讓設(shè)計(jì)、仿真更加簡便。在做此設(shè)計(jì)時(shí)，我深深體會到做事與觀看是完全不同的，沒有付出努力，就什么也學(xué)不到，有時(shí)候我們聽老師講一些知識好像是懂了，在真正實(shí)踐的時(shí)候才會明白，要想把知識融會貫通必須付諸于行動(dòng)，否則一切都是枉然。可是，我們要是有一定的過程，一定的付出 ，自然就

46、會受到一定的成效。</p><p>　　在學(xué)習(xí)過程中，我也發(fā)現(xiàn)自己去學(xué)習(xí)一門新的知識也是一個(gè)很重要的能力，因?yàn)槿丝偸且M(jìn)步，不能總是拿著現(xiàn)有的資本固步自封，這就要求我們要好好的培養(yǎng)和鍛煉自學(xué)能力，這種能力一定會在今后的工作中起到舉足輕重的作用。我們應(yīng)該全面發(fā)展，應(yīng)該拓展自己的知識面，把所學(xué)的知識應(yīng)用到實(shí)際，這將對我們的生活學(xué)習(xí)起到很好的幫助作用。對自己所學(xué)習(xí)的知識應(yīng)該不斷加深理解，將知識融會貫通，這樣才能真正學(xué)

47、習(xí)到知識，在今后的學(xué)習(xí)生活當(dāng)中應(yīng)該更注重實(shí)踐能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 于海生等編著</p><p>　　.《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社</p><p><b>　　. 2007.</b></p><p>　

48、　[2] 陳立周.《單片機(jī)原理及其應(yīng)用》.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2007.</p><p>　　[3] 劉寶廷.《步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)》.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2006.</p><p>　　[4] 張義和、王敏男等編著.《例說51單片機(jī)（C語言版）》. 北京:人民郵電出版社. 2008.</p><p>　　[5] 王彤編著.《C語言在測量與控制中的應(yīng)用》.

49、 北京:機(jī)械工業(yè)出版社. 2009.</p><p>　　附錄一：二相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)總電路圖</p><p><b>　　附錄二：程序清單</b></p><p>　　#include<reg51.h></p><p>　　#define motor P3</p><p>　　#de

50、fine deng P2</p><p>　　#define led P0</p><p>　　#define kongzhi P1 </p><p>　　sbit led1=P2^0;</p><p>　　sbit led2=P2^1;</p><p>　　sbit led3=P2^2;</p><

51、;p>　　sbit led4=P2^3;</p><p>　　char table[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67}; //數(shù)碼管編碼</p><p>　　b1[]={0xf3,0xf6,0xfc,0xf9}; //雙四拍正轉(zhuǎn)</p><p

52、>　　b2[]={0xf9,0xfc,0xf6,0xf3}; //雙四拍反轉(zhuǎn)</p><p>　　c1[9]={0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8}; //八拍正轉(zhuǎn)</p><p>　　c2[]={0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9};

53、 //八拍反轉(zhuǎn)</p><p>　　unsigned char aa;</p><p>　　int i=0,j,qian,bai,shi,ge,temp,key,si_ba=1,qt=1,fx=0;</p><p>　　void chaxun(void);</p><p>　　void delay(int x);</p><

54、;p>　　void shumaguan(temp);</p><p>　　void sspzheng(void);</p><p>　　void sspfan(void);</p><p>　　void bpfan(void);</p><p>　　void bpzheng(void);</p><p>　　v

55、oid main(void) //主程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　i=0,j=0;</b></p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>　　TMOD

56、=0x11; //設(shè)置定時(shí)器工作方式</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256; //送初值</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256;</p><p>　　ET0=1; //開定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷&l

57、t;/p><p>　　TR0=1; //定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始工作</p><p>　　TH1=(65536-500)/256; //送初值</p><p>　　TL1=(65536-500)%256;</p><p>　　ET1=1;

58、 //開定時(shí)/計(jì)數(shù)器0中斷</p><p>　　TR1=1; //定時(shí)/計(jì)數(shù)器開始工作</p><p>　　EA=1; //開總中斷</p><p><b>　　temp=0;</b></p><p>&

59、lt;b>　　aa=0;</b></p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　chaxun();</b></p><p><b>　　if(aa>=1)</b&

60、gt;</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(qt)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　if((si_ba==0)&&(fx==0)) {sspzheng();P2=0x60;} </p

61、><p>　　if((si_ba==0)&&(fx==1)) {sspfan(); P2=0x30; }</p><p>　　if((si_ba==1)&&(fx==0)) {bpzheng();P2=0x60; }</p><p>　　if((si_ba==1)&&(fx==1)) {bpfan(); P2=0x30

62、; }</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2=0x50;</b></p><p>　　}//kongzhide

63、ng</p><p><b>　　aa=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer0() inter

64、rupt 1 //定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(65536-500)/256;</p><p>　　TL0=(65536-500)%256;</p><p><b>　　aa++;</b><

65、;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　void timer1() interrupt 3 //定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　shumaguan(temp);</p><

66、p>　　TH0=(65536-200)/256;</p><p>　　TL0=(65536-200)%256;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void chaxun(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　k

67、ey=P1&0x0f;</p><p>　　switch(key)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0x0e:si_ba=0;break; //四拍</p><p>　　case 0x0d:si_ba=1;break;

68、 //八拍</p><p>　　case 0x0b: if(qt==0) qt=1;else qt=0; break; //啟動(dòng)、停止</p><p>　　case 0x07:if(fx==0) fx=1;else fx=0;break; //正反</p><p><b>　　}</b></p>

69、<p>　　while((P1&0x0f)!=0x0f);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void delay(int x) //延時(shí)子程序延時(shí)約0.5Xms</p><p><b>　　{</b></p>&

70、lt;p><b>　　int i,j;</b></p><p>　　for(i=0;i<x;i++)</p><p>　　for(j=1;j<=40;j++);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　void shumaguan(temp)

71、 //數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　led1=1;</b></p><p><b>　　led2=1;</b></p><p><b>　　led3=1;</b><

72、/p><p><b>　　led4=1;</b></p><p>　　qian=temp/1000; //取千位</p><p>　　bai=temp%1000/100; //取百位</p><p>　　shi=temp%100/10;

73、 //取十位</p><p>　　ge=temp%10; //取個(gè)位</p><p>　　led4=0; //個(gè)位數(shù)碼管亮</p><p>　　led=table[ge];</p><p>　　delay(40);</p><p&

74、gt;<b>　　led4=1;</b></p><p>　　led3=0; //十位數(shù)碼管亮</p><p>　　led=table[shi];</p><p>　　delay(100);</p><p><b>　　led3=1;</b></p>

75、;<p>　　led2=0; //百位數(shù)碼管亮</p><p>　　led=table[bai]; </p><p>　　delay(40);</p><p><b>　　led2=1;</b></p><p>　　led1=0;

76、 //千位數(shù)碼管亮</p><p>　　led=table[qian]; </p><p>　　delay(40);</p><p><b>　　led1=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sspzheng(voi

77、d) //雙四拍正轉(zhuǎn)子程序</p><p>　　{ temp++;</p><p>　　motor=(b2[i]<<4)+0x0f;</p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==4)</b></p&g

78、t;<p><b>　　{i=0;}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void sspfan(void) //雙四拍反轉(zhuǎn)子程序</p><p>　　{ temp++;</p><p>　　motor=(b1[i

79、]<<4)+0x0f;</p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==4)</b></p><p><b>　　{i=0;}</b></p><p><b>　　}</b></p><

80、p>　　void bpzheng(void) //八拍正轉(zhuǎn)子程序</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　temp++;</b></p><p>　　motor=(c2[i]<<4)+0x0f;</p><p>&l

81、t;b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==8)</b></p><p><b>　　{i=0;}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void bpfan(void)

82、 //八拍反轉(zhuǎn)子程序</p><p>　　{ temp++;</p><p>　　motor=(c1[i]<<4)+0x0f;</p><p><b>　　i++;</b></p><p><b>　　if(i==8)</b></p><p>　　{i