步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、摘 要 隨著數(shù)字電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)的應(yīng)用也已深入到了社會(huì)領(lǐng)域的各個(gè)方面。為此選本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為：基于P89C668單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)，P89C668單片機(jī)屬于Philips的增強(qiáng)型8051系列。本設(shè)計(jì)是利用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過鍵掃描，程序的控制來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的起、停，正、反轉(zhuǎn)，加、減速的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。本次設(shè)計(jì)應(yīng)用到的開發(fā)工具是：Protel DXP2004和uVision2，本系統(tǒng)是應(yīng)用匯編語言進(jìn)行控制的。正文中首先簡(jiǎn)單描述了課題背景，開發(fā)環(huán)境和需要完成的功能；接著介紹了系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，其中包括硬件選型和開發(fā)工具兩部分，論述了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所應(yīng)用的各種設(shè)備的功能

2、及其工作過程，此部分為系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)做作準(zhǔn)備；最后詳細(xì)介紹了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，附有相應(yīng)的電路圖，并給出了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)總圖。在正文中還簡(jiǎn)單描述了增強(qiáng)型8051單片機(jī)的電路接口的硬件調(diào)試。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，步進(jìn)電機(jī)，8051ABSTRACTAlong with the digital computer widespread application, the monolithic integrated circuit application also thoroughly arrived social domain each aspect, For this anthology graduation

3、project topic is: Based on the P89C668 Single chip Microcomputer. Stepping Motor movement control system research and development, the P89C668 Single chip Microcomputer belongs to Philips the enhancement 8051 series. This design is controls a Stepping Motor revolution using Single chip Microcomputer

4、, through the key scanning, the procedure control realizes Stepping Motor stops, the reverse, adds the state of motion which, decelerates, This design applies the development kit is Proter DXP2004 andVision2, this system carries on the control using the assembly language.In the main text first simpl

5、y described the topic background, the function which the development environment and needs to complete; Then introduced the system plan design, including the hardware shaping and its the work process which this graduation project applies, this part for system hardware design, attaches the correspond

6、ing circuit diagram, and has produced the system hardware design assembly drawing. Also simply described the enhancement 8051 Single chip Microcomputer electric circuit connections hardware debugging in the main text.Keyword: Single chip Microcomputer, Stepping Motor, 8051前 言本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是基于P89C668的步進(jìn)電機(jī)

7、運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段，對(duì)三極管，二極管，電阻，電容，發(fā)光二極管，P89C系列單片機(jī)，光電隔離器，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器等元器件有了比較好的了解，并擬定了相應(yīng)的總系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 在本次設(shè)計(jì)過程中，掌握了基本的集成電路的基本分類方法和功能查找方法，以及工作特性，掌握了實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的基本使用方法，掌握了固件開發(fā)集成環(huán)境Vision的基本使用方法，對(duì)Protel DXP2004的使用有了很好的掌握，學(xué)會(huì)了實(shí)驗(yàn)開發(fā)板的在線調(diào)試方法等，本設(shè)計(jì)可分為硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)主要的部分。其中，硬件部分，是對(duì)單片機(jī)做選型和處理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用。對(duì)8031和P89C668兩種單片機(jī)做了分析比較，確定了使用：P89C66

8、8單片機(jī)。軟件部分結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和自己的實(shí)際情況，用匯編語言完成軟件部分的程序設(shè)計(jì)，并結(jié)合硬件進(jìn)行了調(diào)試。 設(shè)計(jì)本身就是一項(xiàng)辛苦又有趣，而且可以調(diào)動(dòng)積極性的活動(dòng)。通過這次設(shè)計(jì)，使我學(xué)到了很多新的知識(shí)，使我把以前學(xué)習(xí)的有關(guān)電子、控制以及單片機(jī)等課程的知識(shí)加以綜合的運(yùn)用。這次設(shè)計(jì)讓我認(rèn)識(shí)很深。第一章 緒論1.1 課題背景 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種能完成增量運(yùn)動(dòng)的電磁機(jī)械，它將輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)軸的輸出角度。在開環(huán)方式下，步進(jìn)電機(jī)的輸出步數(shù)總是和輸入指令的脈沖數(shù)相等，每個(gè)脈沖都使電機(jī)轉(zhuǎn)軸前進(jìn)一個(gè)步進(jìn)角，并依靠它特有的定位轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)軸準(zhǔn)確地鎖定在相應(yīng)的步距位置。但是，在開環(huán)控制方式下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的

9、速度控制有著較大難度：在高速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)易丟失輸入脈沖，造成失步；在低速時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)有較大波動(dòng)，運(yùn)行不平穩(wěn)；特別是當(dāng)電機(jī)負(fù)載變化時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)更大，調(diào)整更不容易。當(dāng)輸入脈沖頻率很低時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子就處于步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)， 由于步進(jìn)電機(jī)具備快速啟動(dòng)和停止的能力，它的步距角和轉(zhuǎn)速僅與脈沖頻率有關(guān)而不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件的影響，在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累正是因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被廣泛地用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件同時(shí)隨著近年來大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及各種單片機(jī)的迅速發(fā)展和普及，利用單片機(jī)與集成電路來控制步進(jìn)電機(jī)不但靈活、方便、易于實(shí)現(xiàn)，而且它還具

10、有成本低的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要的元件，而單片機(jī)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也是一個(gè)需要解決的十分重要的元件?，F(xiàn)在對(duì)單片機(jī)的發(fā)展情況作相應(yīng)的介紹： 1976年，首例4位8048微控制器問世，1980年，首例8位MCS一51微控制器問世，掀起第一次嵌入式浪潮，各個(gè)微電子公司競(jìng)相研制自己的微控制器。20年來傳統(tǒng)微控制器的更新，歸納如下幾個(gè)方面： 1微控制器的CPU仍以CISC(復(fù)雜指令集系統(tǒng))為主，但向RISC(簡(jiǎn)單指令集系統(tǒng))演化。 2提升指令執(zhí)行速度 提高8位的振蕩器頻率或減少每機(jī)器周期包含的振蕩周期數(shù)，都可以提高指令的執(zhí)行速度，如Philips公司把12MHz的805l從每機(jī)

11、器周期所含振蕩器周期數(shù)由12改為6，獲得2倍速，因此，提升8位微控制器工作頻率已經(jīng)受到普遍的重視。 3集成大容量片上FLASH存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)ISP、IAP 近幾年，8位微控制器競(jìng)相采用FLASH存儲(chǔ)器，已成趨勢(shì)，因?yàn)樗擅芏雀摺r(jià)格便宜、技術(shù)先進(jìn)、可以取代PROM、EPROM、0TP和EEPROM等。Philips公司推出的兼容于8051的P89C668單片機(jī)是具有32KB64KB FLASH的芯片，由于片上集成了1KB的引導(dǎo)和擦除燒錄用ROM固件，所以能夠更好地支持ISP和IAP，順便指出，P89C668還增加了片上RAM，最多到8KB。 4普遍使用混合信號(hào)集成技術(shù) 用CMOS工藝將數(shù)字和模

12、擬電路集成于一個(gè)片上的技術(shù)已經(jīng)成熟，有力的削減了片外的附加器件，提高了性能并縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間。 5增加可聯(lián)網(wǎng)的外設(shè)接口 目前，大量的獨(dú)立鍵盤，小型掌上電腦也使用了MCS一51系列的83C51。因此要求將內(nèi)嵌8位微控制器地設(shè)備接入Internet地呼聲漸高。 6追求低電壓、低功率、低價(jià)位、PLC(少腿芯片) 降低工作電壓無疑可以成平方地降低功率，所以開始出現(xiàn)多電壓供電的微控制器，CPU部分工作于15V25V，而I0口工作于33V5V。為實(shí)現(xiàn)低功耗，應(yīng)盡可能將片外器件集成于一個(gè)片上，這樣便于一同暫停，一同休眠或部分運(yùn)行。 當(dāng)代(即第二代)嵌入式微控制器，主流情況如下： 1DSP與MPU相結(jié)合，協(xié)

13、助解決網(wǎng)絡(luò)與多媒體所需實(shí)時(shí)處理的高速運(yùn)算問題，DSP進(jìn)入今日嵌入式的芯核，與MPU構(gòu)成芯核的左右腦。 2今日嵌入式芯核的MPU多是RISC結(jié)構(gòu)，取其特有的高速度，低能耗，小尺寸，低價(jià)位的特點(diǎn)。 332位的RISCDSP，雙核結(jié)構(gòu)成為今日嵌入式芯片的主流形式。新一輪32位嵌入式應(yīng)用的興起，8位微處理器和32位微處理器相輔相成結(jié)合，構(gòu)成了五彩斑斕的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)。同時(shí)，也說明了805l系列單片機(jī)的軟硬件機(jī)構(gòu)至今仍有生命力，借助于操作系統(tǒng)的威力，805l系列單片機(jī)仍可以繼續(xù)在嵌入式系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用。8位微控制器因其價(jià)廉，指令短，易于開發(fā)使用，加上嵌入式C語言的普及，片上FLASH存儲(chǔ)的采用和多種多樣

14、的集成，將持續(xù)受到普遍的歡迎。當(dāng)今，8051系列單片機(jī)已經(jīng)是一個(gè)在特性上與其他系列有較大的差異，由不同廠家生產(chǎn)，多種型號(hào)芯片組成的單片機(jī)大家庭，805l系列的各種芯片超過了400種。Philips是最早獲得MCS-5l技術(shù)授權(quán)的公司，也是后繼發(fā)展805l產(chǎn)品最多、最系統(tǒng)的公司。該公司的805l增強(qiáng)核集中反應(yīng)了最新技術(shù)對(duì)MCS-51核的全面提升。在此基礎(chǔ)上集中生產(chǎn)了3個(gè)基礎(chǔ)系列的主干產(chǎn)品，即：P89C51x252X54X258X2與P89C60X261x2系列(完全以8051增強(qiáng)核為基礎(chǔ))；P89CRA2RB2RCRD2(增強(qiáng)+PCA)和P89C660662664668(8051增強(qiáng)核+PCA+

15、I2C)。Philips公司單片機(jī)功能多，品種齊全，其中的增強(qiáng)型8051系列功能更為強(qiáng)大，因此本課題擬采用該公司的P89C668單片機(jī)作為控制芯片。1.2 課題研究意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，是大學(xué)生能力培養(yǎng)的重要手段。是對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)的一次綜合性考查，是大學(xué)生進(jìn)入社會(huì)前的一次提前練兵，對(duì)大學(xué)生未來的生活和工作起到非常重要的作用。 本次的設(shè)計(jì)課題是基于P89C668單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)。包括系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，開發(fā)工具開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用，系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)四大部分。系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)包括總體方案設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)部分的方案設(shè)計(jì)；本次設(shè)計(jì)用到的開發(fā)工具是Protel DXP和V

16、ision2；系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括鍵盤和顯示電路的硬件設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)；系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括鍵盤和顯示電路的軟件設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的軟件設(shè)計(jì)等內(nèi)容。具體的詳細(xì)內(nèi)容在以后的各章節(jié)中會(huì)一一詳細(xì)介紹。 在設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備階段，做了大量的準(zhǔn)備工作，認(rèn)真學(xué)習(xí)了二極管，三極管的作用，性能，極性的辯識(shí)；電阻的標(biāo)識(shí)與辯識(shí)方法；電容的標(biāo)識(shí)與辯識(shí)方法，電容極性的判斷；對(duì)集成電路的基本分類，功能和不同集成電路的工作特性有了比較全面的了解。對(duì)萬用表的使用有了更好的掌握；對(duì)Philips的8051系列單片機(jī)有了比較全面的了解，其中對(duì)P89(；668單片機(jī)有了全面的掌握，為我們的設(shè)計(jì)工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也是

17、這次設(shè)計(jì)的重要元件之一，因此對(duì)它的工作原理和工作特性有了比較全面的掌握。在本次設(shè)計(jì)中，我們利用Protel DXP2004和 Vision2分別完成硬件電路圖的繪制和程序的調(diào)試工作。本設(shè)計(jì)還用到LED發(fā)光二極管，光電隔離器TLP521-4，驅(qū)動(dòng)器ULN2003A等元器件。1.3 論文完成任務(wù) 本設(shè)計(jì)主要完成利用P89C668單片機(jī)通過軟件和按鍵掃描來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起停、加減速、以及正反轉(zhuǎn)控制。并附以發(fā)光二極管來顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 本設(shè)計(jì)首先進(jìn)行了系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，包括硬件選型和開發(fā)工具兩大部分。硬件選型中主要介紹了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)特點(diǎn)，工作原理；P89C668單片機(jī)的基本性能，特點(diǎn)和重點(diǎn)

18、功能描述。開發(fā)工具主要介紹了Vision的功能和Protel DXF2004的功能，使用方法。接著也就是第三章，是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)：系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，均給出了各功能電路原理圖。主要包括ISP功能電路設(shè)計(jì)，鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)總圖。第四章是系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，介紹了各功能模塊的作用，給出了系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)框圖和流程圖。在正文的后面帶有附錄，里面附有中英文對(duì)照和系統(tǒng)軟件的程序代碼。第二章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1 概述隨著工業(yè)水平的提高，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈，人民需求的巨大變化，各行各業(yè)對(duì)其自己產(chǎn)品質(zhì)量的要求也更加嚴(yán)格，提高生產(chǎn)效率，擴(kuò)大產(chǎn)品原材料的來源，降低生產(chǎn)成本也是生產(chǎn)廠

19、家非常重視的方面。而生產(chǎn)效率的提高，就必須在改進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備上來實(shí)現(xiàn)。對(duì)于制造行業(yè)來說更是如此，于是基于P89C668單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研發(fā)就成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。2.2硬件的選型 本設(shè)計(jì)硬件選型包括步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選型和P89C668單片機(jī)的選型，現(xiàn)對(duì)它們的特點(diǎn)和功能分別描述如下。2.2.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介 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)的需求量與同俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)又稱電脈沖馬達(dá)，它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。其特點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子的角位移的大小及轉(zhuǎn)速

20、分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入脈沖同步，因此可以通過改變輸入電脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速：由于其轉(zhuǎn)軸的輸出的角位移量與輸入的脈沖數(shù)成正比，于是可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，而且很容易用微機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制。因此，廣泛應(yīng)用于眾多的領(lǐng)域中并得以不斷的發(fā)展，并實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和自動(dòng)化。 隨著混合式步進(jìn)電機(jī)的產(chǎn)生和應(yīng)用，其輸出功率和力矩不斷增加，成本與價(jià)格卻不斷降低，為步進(jìn)電機(jī)的推廣應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，在機(jī)械、冶金、電力、電子、儀表、輕工，以至醫(yī)療、印刷等行業(yè)都有使用。例如：計(jì)算機(jī)的外設(shè)、辦公自動(dòng)化

21、中的打印機(jī)、傳真機(jī)的送紙機(jī)構(gòu)、數(shù)控機(jī)床，記數(shù)指示裝置，閥門控制，紡織機(jī)，等均有應(yīng)用。一般都用在工作難度較高，工作條件較差，或要求速度快、精度高的場(chǎng)合。隨著大功率器件品質(zhì)的提高，步進(jìn)系統(tǒng)正在穩(wěn)步進(jìn)入普通功率甚至大功率的工業(yè)領(lǐng)域。 二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有轉(zhuǎn)矩大，慣性小，響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)。另外還有以下特點(diǎn)： 1步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素(如電源電壓的波動(dòng)、電流的大小不波形的變化、溫度動(dòng))的影響，只要在他們的大小未引起步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作； 2步進(jìn)電機(jī)的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會(huì)出現(xiàn)累計(jì)誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，其累計(jì)誤差為“零”，不會(huì)長(zhǎng)

22、期積累，因此輸出的轉(zhuǎn)角或位移精度高； 3控制性能好。在起動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)時(shí)不易“丟步”。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)通常不用反饋就能對(duì)位移或速度進(jìn)行精確控制，因此被廣泛應(yīng)用于開環(huán)結(jié)構(gòu)(有時(shí)也在閉環(huán)機(jī)電控制系統(tǒng)中應(yīng)用)的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，并可靠地獲得較高的位置精度。 4采用直接數(shù)字控制性能好。步進(jìn)電機(jī)是根據(jù)脈沖個(gè)數(shù)決定旋轉(zhuǎn)角度的，單片機(jī)只需記住脈沖個(gè)數(shù)就能計(jì)算出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而計(jì)算出被控對(duì)象的行進(jìn)距離。省去了路程檢測(cè)模塊，從而簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。出于可以用數(shù)字信號(hào)直接控制，因此很容易與微型機(jī)算計(jì)相連接實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。步進(jìn)電機(jī)的特征：優(yōu) 點(diǎn)缺 點(diǎn)不需要反饋控制，電路簡(jiǎn)單效率低容易與微型機(jī)算計(jì)連接容易引起失

23、步停止時(shí)有保持轉(zhuǎn)矩有時(shí)發(fā)生震蕩現(xiàn)象維護(hù)方便，價(jià)格便宜5步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有白鎖能力(變磁阻式)和保持轉(zhuǎn)距(永磁式)。6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)念H向應(yīng)快，易于起停、證反轉(zhuǎn)及變速。 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速情況下仍能保證獲得很大轉(zhuǎn)矩，因此一般利用不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取響應(yīng)的措施。 三、步進(jìn)電機(jī)的工作原理分析 步進(jìn)電機(jī)主要是有定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子的主要結(jié)構(gòu)是繞組，三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)分別有3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)繞組，其他依此類推。繞組按一定的通電順序工作，這個(gè)通電順序稱

24、為“相序”。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號(hào)作用下有規(guī)律的通電、斷電工作時(shí)，轉(zhuǎn)子周圍就會(huì)有一個(gè)按此規(guī)律變化的電磁場(chǎng)，因此一個(gè)按規(guī)律變化的電磁力就會(huì)作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)動(dòng)到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉(zhuǎn)子按一定的步距角轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)由控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生，其基本控制方式如下： 1相序控制方式 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行，通常我們是把通電換相這一過程稱為脈沖分配?，F(xiàn)以四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例分析四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式： 四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式有三種：四相單四拍，四相雙四拍

25、，四相單雙八拍。“單”、“雙”、“拍”的意思是：“單”指每次切換前后只有一相繞組通電，“雙”指的是每次有兩相繞組通電：而從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)就叫作一“拍”。(1) 四相單四拍步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，其實(shí)就是電磁鐵的工作原理。又環(huán)形分配器送來的脈沖信號(hào)，對(duì)定子繞組輪流通電，設(shè)先對(duì)A相繞組通電，B、C、D三相都不通電。由于磁通具有力圖沿磁阻最小路徑通過的特點(diǎn)，因此在A極附近的轉(zhuǎn)子就只受到徑向力的作用而無切線力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被鎖定在這個(gè)位置上。此時(shí)B、C、D三相的定子齒則和轉(zhuǎn)子齒在不同的方向各錯(cuò)丌360。(k*m*z)的角度，其中k表示通電方式，當(dāng)為單拍時(shí)取k=1，雙拍時(shí)取k=2；m

26、為定子繞組的相數(shù)；z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。隨后A相斷電，B相控制繞組通電，則轉(zhuǎn)子就和B相定予齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)360。(k*m*z)的角度。然后使B相斷電，C相通電，同理轉(zhuǎn)子又沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)360。(k*m*z)的角度。轉(zhuǎn)子就按照ABCDA的旋轉(zhuǎn)順序運(yùn)動(dòng)下去。(2) 四相雙四拍工作方式原理 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照ABBCCDDAAB的順序通電，則就成了四相雙四拍工作方式。其工作原理與四相單四拍相同，此處不進(jìn)行詳細(xì)說明。 (3) 四相單雙八拍工作方式原理 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照ABBCCDDAAB的順序通電時(shí)，則就成了四相單雙八拍工作方式。其工作原理為：當(dāng)A和B通電時(shí)轉(zhuǎn)子穩(wěn)定位置將會(huì)停留在A、B兩定子磁極

27、對(duì)稱的中心位置上。因?yàn)槊恳慌?，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。依次順序通電，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沿一定的方向旋轉(zhuǎn)。 2轉(zhuǎn)向控制方式 如果按給定的工作方式正向順序通電換相，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就F轉(zhuǎn)；如果按相反的順序通電換相，則電動(dòng)機(jī)就反轉(zhuǎn)。例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)先前的工作方式為ABCDA此時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。若改為ADCBA時(shí)，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向與原來相反，即，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的通電控制脈沖，必須嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求完成的工作方式進(jìn)行順序控制。 四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 要使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出足夠的轉(zhuǎn)矩，就必須采用功率驅(qū)動(dòng)器對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率驅(qū)動(dòng)電路有多種，可以用晶體管驅(qū)動(dòng)電源，

28、高頻晶閘管驅(qū)動(dòng)電源等；驅(qū)動(dòng)電源可以是單電壓驅(qū)動(dòng)、高低電壓驅(qū)動(dòng)、高頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)、以及細(xì)分驅(qū)動(dòng)等。 下面介紹幾種典型驅(qū)動(dòng)電路： 1單電壓驅(qū)動(dòng)電路，它是驅(qū)動(dòng)電路的一種，其工作原理是：當(dāng)輸入的信號(hào)為低電平時(shí)，一級(jí)放大三極管的發(fā)射級(jí)的電壓為負(fù)，此時(shí)功率管截止。當(dāng)輸入的為高電平時(shí)，一級(jí)放大三極管的發(fā)射級(jí)的電壓為正，此時(shí)功率管飽和導(dǎo)通，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)相的繞組中有電流。只要某相為邏輯高電平，相應(yīng)的相便導(dǎo)通。在這種驅(qū)動(dòng)電路中為了防止電機(jī)過流及改善驅(qū)動(dòng)特性，需要串接限流電阻。由于步進(jìn)電機(jī)鎖步時(shí)，限流電阻要消耗掉大量的功率，因此限流電阻要有較大的功率容量，并且開關(guān)管也要有較高的帶載能力。此種驅(qū)動(dòng)電路中的電阻較多，功

29、率消耗大，電源的效率低。 2高低電壓驅(qū)動(dòng)電路，為了改善步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的頻率響應(yīng)，改善激磁電流的波形，一種方法是提高電流上升時(shí)間段的激磁電壓，當(dāng)電流上升到一定值后，再將激磁電壓減為額定值。即在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)移步時(shí)，加額定或超過額定值的電壓，以便在較大的電流驅(qū)動(dòng)下，使電機(jī)快速移步；而在鎖步時(shí)，則加低于額定值的電壓，只讓電機(jī)繞組流過鎖步所需的電流值。這樣，既可以減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機(jī)的運(yùn)行速度，但這種驅(qū)動(dòng)方式的電路要復(fù)雜一些。驅(qū)動(dòng)脈沖的分配可以使用硬件方法，即用脈沖分配器實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，脈沖分配器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、芯片化。步進(jìn)電機(jī)控制(包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配)也可以使用軟件方法，即用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，這樣

30、既簡(jiǎn)化了電路，也降低了成本。使用單片機(jī)以軟件方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，不但可以通過編程方法，在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、往返轉(zhuǎn)動(dòng)的角度以及轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。因此，常把單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電路稱之為可編程步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器。采用高低電壓驅(qū)動(dòng)電源，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組不需要串電阻，電源功率損耗較小。 3斬波型驅(qū)動(dòng)電路，這種電路采用單一高壓電源供電，以加快電流上升速度，并通過對(duì)繞組電流的檢測(cè)，控制功放管的開和關(guān)，使電流在控制脈沖持續(xù)期間始終在規(guī)定值上下，來使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作。2.2.2 單片機(jī)選型 如今單片機(jī)種類的繁多為選用帶來很大不方便，根據(jù)本畢

31、業(yè)設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，有兩種類型(8031和增強(qiáng)型8051)比較適合。因此，有必要對(duì)他們作簡(jiǎn)要介紹，以選擇其一?，F(xiàn)對(duì)8031作簡(jiǎn)要介紹。 一、803l單片機(jī)介紹 8031單片機(jī)是MCS-5l系列單片機(jī)的一種基本產(chǎn)品，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單描述，如下： 8031單片機(jī)有一個(gè)8位的CPU，一個(gè)128字節(jié)RAM，21個(gè)特殊功能寄存器，4個(gè)8位并行I0端口，1個(gè)全雙工異步串行端口，2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器，5個(gè)具有優(yōu)先級(jí)別的中斷源。 在803l外接一片程序存儲(chǔ)器后，就構(gòu)成了一個(gè)具有完整功能的微機(jī)應(yīng)用電路。 在軟件方面，當(dāng)8031的晶振頻率為12MHZ時(shí)，指令周期為1s，絕大多數(shù)指令執(zhí)行時(shí)間為12s，最長(zhǎng)4s。 大部

32、分指令為1字節(jié)或2字節(jié)，最長(zhǎng)3字節(jié)。 此外，8031所具有的乘除法指令，多種形式的位操作類指令和邏輯運(yùn)算指令也是獨(dú)具特色的。 8031單片機(jī)有4個(gè)存儲(chǔ)器空間，分別安排4種不同功用的存儲(chǔ)器： (1)內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，集成于片內(nèi)，統(tǒng)一編址。 (2)特殊功能存儲(chǔ)器，集成于片內(nèi)，統(tǒng)一編址。 (3)程序存儲(chǔ)器，安排在片外，單獨(dú)編址。 (4)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，安排在片外，單獨(dú)編址。 二、P89C668單片機(jī) 1描述 P89C660662664668單片機(jī)內(nèi)帶6KB32KB64KB64KB Flash存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器既可并行編程，也可以串行在系統(tǒng)編程(ISP)。 在實(shí)際的成型產(chǎn)品中，可通過ISP升級(jí)用戶程序。

33、在Boot ROM程序中，可通過一個(gè)默認(rèn)的串行下載器(UART)對(duì)Flash存儲(chǔ)器作ISP編程，而在Flash代碼區(qū)中并不需要有調(diào)用下載器的代碼，用戶程序可通過調(diào)用在BootROM中的標(biāo)準(zhǔn)子程對(duì)Flash存儲(chǔ)器擦寫和再編程即(IAP)。 該器件在6個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行一條指令，是傳統(tǒng)的80C51的兩倍。一個(gè)0TP結(jié)構(gòu)位讓用戶選擇傳統(tǒng)的12個(gè)時(shí)鐘周期。其指令集和80C51相同。它有四個(gè)8位I0口，三個(gè)16位定時(shí)器事件計(jì)數(shù)器，多中斷源，四個(gè)優(yōu)選級(jí)，可嵌套中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)增強(qiáng)型UART和片內(nèi)振蕩器以及時(shí)序電路。 P89C660662664668新增特性使其成為一個(gè)功能強(qiáng)大的單片機(jī)，為某些應(yīng)用提供 FWM，

34、高速的I0和加減計(jì)數(shù)，如汽車控制。 2特點(diǎn) (1)使用80C51中央處理單元，具有片內(nèi)可ISP和IAP編程的Flash存儲(chǔ)器，BootROM包括底層的Flash編程子程序用于經(jīng)過UART下載，可IAP編程，可用兼容87C51硬件接口的并行編程器編程。 (2)每個(gè)機(jī)器周期6個(gè)時(shí)鐘周期操作標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)機(jī)器周期12個(gè)時(shí)鐘周期操作可選,在每個(gè)機(jī)器周期6個(gè)時(shí)鐘周期下速度高達(dá)20MHz相當(dāng)于40MHz性能在每個(gè)機(jī)器周期12個(gè)時(shí)鐘周期下速度高達(dá)33MHz。 (3)完全靜態(tài)操作，RAM可外部擴(kuò)展到64K字節(jié)，4個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，8個(gè)中斷源，4個(gè)8位IO口。 (4)全雙工增強(qiáng)型UAIH包括楨錯(cuò)誤檢測(cè)和自動(dòng)地址識(shí)別。

35、(5)功耗模式控制，包括時(shí)鐘可被中止和繼續(xù)，空閑模式，掉電模式。 (6)可編程的時(shí)鐘輸出，兩個(gè)DPTR寄存器，端口異步復(fù)位1，低EMI禁止AIE，PC串行接口。 (7)可編程的計(jì)數(shù)器陣列PCA，包括PWM和捕捉比較兩部分，非常適合IPMI應(yīng)用。 綜合以上可知，選擇增強(qiáng)型8051(P89C668)單片機(jī)較適合。現(xiàn)對(duì)P89C668單片機(jī)的重點(diǎn)功能描述如下。 3P89C668重點(diǎn)功能描述 定時(shí)器計(jì)數(shù)器O和1： 2個(gè)16位定時(shí)器計(jì)數(shù)器：定時(shí)器0和定時(shí)器1。兩者可配置成定時(shí)器或事件計(jì)數(shù)器。用作定時(shí)器功能時(shí)，每經(jīng)過一個(gè)機(jī)器周期，寄存器加l。因此，可以將一個(gè)機(jī)器周期看作計(jì)數(shù)周期。由于一個(gè)機(jī)器周期由6個(gè)振蕩周

36、期組成，所以，定時(shí)器的計(jì)數(shù)率為16振蕩頻率。 用作計(jì)數(shù)器功能時(shí)，每當(dāng)外部計(jì)數(shù)管腳，T0或T1，發(fā)生一次1到O的跳變，寄存器加1。此功能中，外部輸入腳每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次。 當(dāng)在一個(gè)周期內(nèi)采樣為高而下一個(gè)周期內(nèi)采樣為低時(shí)，計(jì)數(shù)值增加1。新的計(jì)數(shù)值在檢測(cè)到跳變的周期的下一周期出現(xiàn)在寄存器中。由于識(shí)別1到0的跳變，要占用2個(gè)機(jī)器周期(12個(gè)振蕩周期)，因此最大計(jì)數(shù)速率為112振蕩頻率。外部輸入信號(hào)的占空比不受限制，但為了保證給定電平能在改變之前被檢測(cè)到，外部輸入信號(hào)的狀態(tài)至少要保持一個(gè)完整的機(jī)器周期。除了定時(shí)器或計(jì)數(shù)器的選擇外，定時(shí)器0和定時(shí)器1還有4種工作模式可供選擇。 定時(shí)器和計(jì)數(shù)器功能通過特

37、殊功能寄存器TMOD的C/T位米選擇。兩個(gè)定時(shí)器計(jì)數(shù)器都有4種工作模式，由TMOD的兩位(M1，M0)進(jìn)行選擇。 三、ISP功能介紹 系統(tǒng)內(nèi)編程(ISPIn System Programming)功能是P89C668增強(qiáng)型8051單片機(jī)的特色之一。ISP是指電路板上的具有該功能的單片機(jī)（例如：P89C668）可以編程寫入最終用戶程序代碼，而不需要從電路板上取下該器件。同時(shí)，已經(jīng)編程的單片機(jī)也可以用：ISP方式進(jìn)行擦除并可以實(shí)現(xiàn)再次編程。 在ISP模式下得電時(shí)，可以進(jìn)行ISP操作，在ISP模式下單片機(jī)通過串行端口與外部主機(jī)如PC機(jī)或終端通信。單片機(jī)從主機(jī)接收命令和數(shù)據(jù)用于擦除和再編程代碼存儲(chǔ)區(qū)等

38、等。當(dāng)ISP操作結(jié)束時(shí)，應(yīng)重新配置單片機(jī)這樣才能正常進(jìn)行下一次操作。 ISP的工作，是通過兩個(gè)特殊的寄存器：Boot Vector引導(dǎo)向量和Status Byte狀態(tài)字節(jié)的配置來實(shí)現(xiàn)的。系統(tǒng)復(fù)位失敗時(shí)MCLJ檢測(cè)Status Byte的內(nèi)容。如果Status Byte為0時(shí)，系統(tǒng)上電復(fù)位后執(zhí)行從地址0000h處開始，用戶應(yīng)用程序當(dāng)Status Byte的內(nèi)容大于0時(shí)，Boot Vector的值作為執(zhí)行程序的地址高位字節(jié)，低位字節(jié)為00H。工廠的缺省設(shè)置是Boot Vector等于0FCH，也就是說，Boot Vector內(nèi)容工廠掩模ROM的ISP Boot ROM的地址為0FC00H，用戶可以

39、修改Boot ROM的Boot Vector內(nèi)容。注意：當(dāng)擦除Status Byte或Boot Vector，兩個(gè)同時(shí)也被擦除。在擦除和修改Status Byte后必須對(duì)Boot Vector再編程。 在復(fù)位失敗時(shí)，boot loader在下列情況下也會(huì)被執(zhí)行： 保持PSEN為低電平 EA管腳電壓大于VIH P2.6和P2.7是高電平或是懸浮 上電復(fù)位時(shí)ALE為高電或懸浮，非零的情況相同，這樣可以使系統(tǒng)正常執(zhí)行最終用戶程序，也可手工迫使系統(tǒng)進(jìn)入ISP操作。ISP的特性是可以使閃速EPROM通過串行端口進(jìn)行編程。 ISP允許使用較寬范圍的波特率，而與振蕩頻率無關(guān)，因此可以通過檢測(cè)接收一個(gè)字符的時(shí)

40、問來實(shí)現(xiàn)。ISP操作時(shí)，需要傳送一個(gè)初始字符(大寫字母U)到P89C668，以確定波特率。ISP固件能在接收到字符后自動(dòng)回應(yīng)。 表示數(shù)據(jù)記錄，“0l”表示文件結(jié)束標(biāo)志。在ISP應(yīng)用中，還用到其它的記錄類型表明命令或數(shù)據(jù)。 當(dāng)P89C668接收到一個(gè)記錄，記錄中的信息則在內(nèi)部貯存起來，并且完成校驗(yàn)和的計(jì)算。接收到整個(gè)記錄之后，才執(zhí)行表示記錄類型的操作。 對(duì)于數(shù)據(jù)類型的記錄(記錄類型為00)則要進(jìn)行一個(gè)額外檢測(cè)。當(dāng)記錄中的校驗(yàn)和與計(jì)算中的校驗(yàn)和相符，而且記錄中所有字節(jié)都被成功編程的情況下，單片機(jī)才發(fā)送字符。2.3 開發(fā)工具2Visio.3.1 n2一、Vision2簡(jiǎn)介 Keil C51Visio

41、n2集成開發(fā)環(huán)境是Keil SoftwareIncKeil Elektronik GmbH開發(fā)的基于80C51內(nèi)核的微處理器軟件開發(fā)平臺(tái)，內(nèi)嵌多種符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)工具，可以完成從工程建立到管理、編譯、鏈接、目標(biāo)代碼的生成、軟件仿真、硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其是C編譯工具在生產(chǎn)代碼的準(zhǔn)確性和效率方面達(dá)到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項(xiàng)，在開發(fā)大型項(xiàng)目時(shí)非常理想。Vision2支持所有的Keil 80C51的主要工具軟件，包括C51編譯器、宏匯編器定位器和目標(biāo)文件至Hex格式轉(zhuǎn)換器， Vision2可以自動(dòng)完成編譯、匯編、鏈接程序等操作。 二、vision2的功能 1.vision2

42、 for Windows：是一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境，它將項(xiàng)目管理、源代碼編輯和程序調(diào)試等組合在一個(gè)功能強(qiáng)大的環(huán)境中： 2.C51國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化C交叉編譯器：從C源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊： 3.A51宏匯編器：從80C51匯編源代碼產(chǎn)生可重定位的目標(biāo)模塊： 4.BL51鏈接器定位器：組合由C51和A51產(chǎn)生的可重定位的目標(biāo)模塊，生成絕對(duì)目標(biāo)模塊： 5.vision2的軟件調(diào)試器：vision2軟件調(diào)試器能十分理想地進(jìn)行快速、可靠的程序調(diào)試。調(diào)試器包括一個(gè)高速模擬器，可以使用它模擬整個(gè)80C51系統(tǒng)，包括片上外圍器件和外部硬件。當(dāng)從器件數(shù)據(jù)庫選擇器件時(shí)，這個(gè)器件的屬性會(huì)被自動(dòng)配置： 6.vision2的

43、硬件調(diào)試器：vision2硬件調(diào)試器提供了幾種在實(shí)際目標(biāo)硬件上測(cè)試程序的方法。安裝MON51目標(biāo)鑒控器到目標(biāo)系統(tǒng)，并通過Monit0r-51接口下載程序，使用高級(jí)GDI接口，將visjon2調(diào)試器同類似于DP-51PR0單片機(jī)綜合仿真實(shí)驗(yàn)儀或者TKS系列仿真器的硬件系統(tǒng)相連接，通過vision2的人機(jī)交互環(huán)境指揮連接的硬件完成仿真操作： 7.LIB51庫管理器：從目標(biāo)模塊生成鏈接器可以使用的文件： 8.OH51目標(biāo)文件至HEX格式的轉(zhuǎn)換器：從絕對(duì)目標(biāo)模塊生成Intel Hex文件： 9.RTX-51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)：簡(jiǎn)化了復(fù)雜的實(shí)時(shí)應(yīng)用軟件項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。2.3.2 Protel DXP2004我們?cè)?/p>

44、做設(shè)計(jì)的過程中，需要繪制大量的圖紙，以電路設(shè)計(jì)為例；完成一個(gè)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，就必須先把自己的思想用特有的語言 圖形表達(dá)出來，就需要繪制出電原理圖、印刷板圖、元件排列圖、阻焊劑圖、工藝說明、明細(xì)表、元件表等圖紙資料。而手工繪制這些圖紙需要花費(fèi)大量的時(shí)間，并且要修改這些圖紙也十分的繁瑣，還很容易出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤，工作效率極其的低?，F(xiàn)在，我們可以將以上圖紙用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)管理，工作效率和質(zhì)量有了大幅度的提高。下面來分別談?wù)揚(yáng)rotel DXP 2004的優(yōu)點(diǎn)和功能和一般使用方法。 Protel DXP 2004的優(yōu)點(diǎn)和功能： 1.非常容易修改，尤其式印刷版圖。 2.設(shè)計(jì)好印刷版圖后，可以自動(dòng)生產(chǎn)元

45、件排列圖，焊接劑圖。 3.設(shè)計(jì)好的印刷板圖可以與電原理圖進(jìn)行自動(dòng)校對(duì)，它會(huì)在檢查報(bào)告中注明那些元件之間連接有錯(cuò)誤，線條之間的問距是否小于你所要求的距離。然后你就可以根據(jù)檢查報(bào)告來修改印刷板圖，使用這項(xiàng)功能比人工校對(duì)可提高效率一百多倍。 4.隨時(shí)可以通過打印機(jī)得到理想的圖紙。5.設(shè)計(jì)完電路后就需要制作其他的設(shè)計(jì)文檔。如：工藝說明、明細(xì)表、元件表等。我們雖然也可以用WPS等工具將其打印出來，但不能滿足規(guī)范化的文檔要求。因?yàn)樵谂灧痘奈臋n當(dāng)中，有擬制、審核、工藝、描圖、校對(duì)等小欄目。它們的位置、字體、大小各有異同。而且還有許許多多的表格線，線條有粗有細(xì)。用WPS等軟件要想一模一樣地打印出來是小可能的

46、。兇為它們的表格線是用漢字制表線，一條表線需要占據(jù)一個(gè)漢字的高度和寬度，而且不允許插入圖形和連接數(shù)據(jù)庫，排版功能也十分有限。第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)3.1概述本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)硬件總體上分為三大塊：通信接口和ISP功能電路設(shè)計(jì)；鍵盤與顯示電路設(shè)計(jì)；驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)；其中驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的核心，而其他的兩個(gè)部分是為驅(qū)動(dòng)電路部分服務(wù)的。它們的結(jié)構(gòu)框圖如下所示：圖31硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖3.2 通信接口和ISP功能電路設(shè)計(jì) 由于單片機(jī)中的程序有可能需要改寫和控制單片機(jī)，為了方便改寫和控制，本設(shè)計(jì)選用通信接口和ISP功能電路來實(shí)現(xiàn)。 ISP模式下，不需要特定的振蕩頻率產(chǎn)生波特率或編程脈沖時(shí)序，用戶需要提

47、供給P89C668產(chǎn)生恰當(dāng)時(shí)序的信息。 P89C668的在系統(tǒng)內(nèi)編程是通過標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串口來完成的，它是一種內(nèi)嵌的在線可編程，只需要增加少量的電路板面積和元件。因此只要微機(jī)配備了RS-232C串口，就可以直接通過下載電纜來完成程序的下載，使用非常方便。因此具備ISP功能的單片機(jī)系統(tǒng)和普通單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在別的方面沒什么區(qū)別，只是在RS-232C串口的設(shè)計(jì)上做一下小的變動(dòng)即可，ISP，用到了5個(gè)管腳：TXD，RXD，Vss，Vcc和Vpp，對(duì)于P89C668來說，Vpp=5V，其硬件原理電路圖見附錄二中的圖3.1所示。 一、電路原理和器件選擇 在這里列出圖中的主要器件名稱及其在電路中的主要

48、功能： P89C668：?jiǎn)纹瑱C(jī)，控制發(fā)光二極管的輸入，產(chǎn)生一定時(shí)間的延時(shí)。 MAX232：?jiǎn)纹瑱C(jī)串口的電平轉(zhuǎn)換芯片，它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)也是達(dá)林頓的，專門用來驅(qū)動(dòng)繼電器的芯片，其內(nèi)含有反電動(dòng)勢(shì)的二極管。 1.接口信號(hào) MAX232是異步串行通訊中應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)總線，它包括了按位串行傳輸?shù)碾姎夂蜋C(jī)械方面的規(guī)定，適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之問的接口，其中DTE主要包括計(jì)算機(jī)和各種端機(jī)，而DCE的典型代表是調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。 2.電氣特性 MAX232標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定：對(duì)于數(shù)據(jù)，邏輯“0”的電平高于-3V，邏輯“1”的電平低于+3V；對(duì)于

49、控制信號(hào)，接通狀態(tài)(0N)即信號(hào)有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)(OFF)即信號(hào)無效的電平低于-3v因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在+3V到15V之間。 ULN2003的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓約為36V。用戶輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可以直接驅(qū)動(dòng)繼電器或固體繼電器(SSR)。 外接控制器件，也可直接驅(qū)動(dòng)低壓燈泡。 OSC晶振，本次設(shè)計(jì)中選擇的是12MHz的立式晶振。 LEDlLED4：發(fā)光二極管，用來顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。 RIR3：限流電阻，防止發(fā)光二極管過流燒毀。阻值330 歐。 二、地址分配和連接 在此僅列出

50、設(shè)計(jì)中單片機(jī)與各個(gè)模塊管腳的連接。 TxD：MAX232的11引腳，MAX232的TTL電平輸入引腳，連接單片機(jī)的TXD，TTL串口輸入信號(hào)。 RxD:MAX232的12引腳，MAX232的TTL電平輸出引腳，連接單片機(jī)的RXD，T TL串口輸入信號(hào)。SEGIN:MAX232的14引腳，MAX232的RS-232電平輸出引腳，連接RS-232的RXD，RS-232的串口輸入信號(hào)。3.3鍵盤和顯示電路設(shè)計(jì) 鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備，操作人員可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通訊，按鍵是一種常開型開關(guān)，平時(shí)(常態(tài))按鍵的兩個(gè)觸點(diǎn)處于斷開狀態(tài)，當(dāng)鍵按下時(shí)才閉合(短路)

51、。 按鍵的閉合穩(wěn)定時(shí)間的長(zhǎng)短由操作人員的按鍵動(dòng)作決定，一般為零點(diǎn)幾秒至數(shù)秒，常常出現(xiàn)鍵抖動(dòng)的情況，在此不予討論。 在鍵盤掃描的控制方式，在單片機(jī)系統(tǒng)中，為了節(jié)省硬件，通常采用行列矩陣式非編碼鍵盤，單片機(jī)對(duì)它的控制通常有以下幾種方式： 1.程序控制掃描方式，即利用程序連續(xù)地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 2.定時(shí)器掃描方式，即單片機(jī)定時(shí)地對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 3.中斷掃描方式，即鍵按下引起中斷后，單片機(jī)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。 發(fā)光二極管常用作單片機(jī)最常用、最簡(jiǎn)單的輸出設(shè)備，可以用來顯示單片機(jī)或執(zhí)行元件的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行狀態(tài)等，設(shè)計(jì)中采用二極管來顯示各種不同情況下相應(yīng)的運(yùn)行和控制狀態(tài)，例如：電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，ISP使能狀

52、態(tài)等等，這樣可為使用者提供醒目的感官提示。請(qǐng)參見附錄二中的圖32鍵盤和顯示電路原理圖。 鍵盤和顯示硬件電路的設(shè)計(jì)主要功能是：通過按鍵(S1S4)來控制顯示器件發(fā)光二極管的狀態(tài)。 1電路原理和器件選擇 在這里列出和本設(shè)計(jì)相關(guān)的關(guān)鍵部分的器件名稱及其在電路中的主要功能。 P89C668：?jiǎn)纹瑱C(jī)，控制鍵盤的電平輸出。 LED0LED3：發(fā)光二極管，用于顯示鍵盤的輸入狀態(tài)。ULN2003A：該芯片包含多個(gè)高電壓的實(shí)用型達(dá)林頓管，還封裝了一系列的電阻器，內(nèi)部電路圖如圖33所示。圖3.3 ULN2003A內(nèi)部結(jié)構(gòu)s1s4：S1、S2是兩個(gè)帶有自鎖功能的按鈕，SlS3、S4是兩個(gè)點(diǎn)動(dòng)開關(guān)。 2.地址分配和連

53、接 只列出和本設(shè)計(jì)電路相關(guān)的、關(guān)鍵部分的單片機(jī)。各個(gè)功能管腳的連接和相關(guān)的地址分配。 P1.4P1.7：與獨(dú)立的鍵盤的輸出管腳相連，控制和檢測(cè)鍵盤的輸入。 P1.0P1.3：接上拉電排阻，控制獨(dú)立鍵盤的掃描線處于高電平。 S1S4：S1是與P1.4相連控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)停止按鈕，當(dāng)P1.4為高電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，并且發(fā)光二極管點(diǎn)亮；S2是與P1.5相連用來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，當(dāng)P1.5為高電平時(shí)，發(fā)光二極管循環(huán)閃爍和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；S3與P1.6用來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加速，同時(shí)二極管指示，當(dāng)P1.6為低電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)加速轉(zhuǎn)動(dòng)；S4是與P1.7相連用來控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的減速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)P1

54、.7為低電平時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)。3.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)速度進(jìn)行控制；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，也可以對(duì)電機(jī)定位。 典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由三部分組成： 1.步進(jìn)控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。 2.驅(qū)動(dòng)器，把單片機(jī)輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。 3.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。是執(zhí)行元件，用于帶動(dòng)其他的工作元件來完成所需要的功能。 上述的三部分在我們?cè)O(shè)計(jì)的過程中都集成到了芯片之中，是由芯片來進(jìn)行控制的，ISP可以直接下載。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖見附錄3.4圖。設(shè)計(jì)的過程中用到了TLP5214芯片。 電路原理和器件選擇 在這早列出和本電路有關(guān)的、關(guān)鍵部分的器件名稱及其在電路中的主要功能： P89C668：?jiǎn)纹瑱C(jī)，通過ULN2003對(duì)光電耦合器進(jìn)行控制。ULN2003A：使單片機(jī)串口的電平轉(zhuǎn)換芯片。TLP5214：光電耦合器。它將微