畢業(yè)設計（論文）基于AT89C51單片機實現(xiàn)對四相四拍步進電機的轉速進行開環(huán)控制

1、 陜西理工學院畢業(yè)設計第 1 頁 共 44 頁目錄1 1 引言引言 .311 選題背景意義.312 研究內容 .42 2 步進電機概述步進電機概述 .52.1 步進電機的分類.52.2步進電機的工作原理及控制技術.62.3 步進電機的主要技術指標 .82.3.1 步進電機的基本參數(shù).82.3.2 動態(tài)指標及術語.82.4 步進電機的工作特點 .92.5 步進電機的控制方法 .93 3 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計 .113.1 系統(tǒng)設計方案 .113.2 系統(tǒng)的組成和對應功能的簡述 .113.2.1 單片機簡介.113.2.2 單片機中斷.143.2.3 中斷控制的專用寄存器.143.2.4 中斷

2、響應過程.173.3 單片機最小系統(tǒng)設計 .183.4 控制電路的設計.19 陜西理工學院畢業(yè)設計第 2 頁 共 44 頁3.5 驅動電路設計.193.6 數(shù)碼管顯示電路.203.6.1 數(shù)碼管顯示方式.203.6.2 led 數(shù)碼管.214 4 系統(tǒng)軟件設計及調試系統(tǒng)軟件設計及調試 .234.1 軟件設計 .234.2 仿真軟件proteus特點.254.3 isis 智能原理圖輸入系統(tǒng).264.4 proteus 6 professional 界面簡介.264.5 操作簡介 .275 5 調試調試 .285.1 keil軟件簡介.285.2 調試 .286 結束語結束語 .32致謝致謝 .

3、33參考文獻參考文獻 .34英文翻譯資料英文翻譯資料 .35中文翻譯資料中文翻譯資料 .38附錄附錄 a a 總體原理圖總體原理圖 .41附錄附錄 b b 系統(tǒng)軟件程序系統(tǒng)軟件程序 .42 陜西理工學院畢業(yè)設計第 3 頁 共 44 頁1 1 引言引言1 11 1 選題背景意義選題背景意義步進電機最早是在 1920 年由英國人所開發(fā)。1950 年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經過不斷改良，使得今日步進電機已廣泛運用在需要高定位精度、高分解性能、高響應性、信賴性等靈活控制性高的機械系統(tǒng)中。在生產過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步

4、進電機的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。步進電機是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進電機可以直接用數(shù)字信號驅動，使用非常方便。一般電動機都是連續(xù)轉動的，而步進電動機則有定位和運轉兩種基本狀態(tài)，當有脈沖輸入時步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號，它就轉過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸

5、入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機控制。步進電機還具有快速啟動、精確步進和定位等特點，因而在數(shù)控機床，繪圖儀，打印機以及光學儀器中得到廣泛的應用。步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機。傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉換裝置，在人類的生產和生活進入電氣化過程中起著關鍵的作用。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。步進電機已成為除直流電機和交流電機以外的第三類電動機。傳統(tǒng)電動

6、機作為機電能量轉換裝置，在人類的生活和生產進入電氣化過程中起這關機的作用?？墒窃谌祟惿鐣M入電氣化時代的今天，傳統(tǒng)電動機已不能滿足工業(yè)自動化和辦公自動化等各種運動控制系統(tǒng)的要求。發(fā)展了一系列新的具有控制功能的電動機系統(tǒng)，其中較有自己的特點，且應用十分廣泛的就是步進電機。步進電機的發(fā)展與計算機工業(yè)密切相關。自從步進電機在計算機外圍設備上取代小型電動機以后，使其設備的性能提高，很快的促進了步進電機的發(fā)展。另一方面，微型計算機和數(shù)字控制技術的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進電機推廣應用到其他領域，比如電加工機床，小功率機械加工機床，測量儀器，光學和醫(yī)學儀器以及包裝機械等。步進電機是將電脈沖信號轉

7、變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開懷控制元件。在非超載的情況稀奇啊，點擊的轉速，停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一現(xiàn)行關系的存在加上步進電機只有周期性的誤差而無積累誤差等特點，使得在速度，位置等控制領域用步進電機控制變得非常簡單。步進電機的調速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現(xiàn)步進電機的調速。因為步進電機每給一個脈沖就轉動一個固定的角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步距角從而改變電機的轉速，實現(xiàn)步進電機的調速。在本設計方案中采用at89c51 型單片機內部的定

8、時器改變 cp 脈沖的頻率從而實現(xiàn)對步進電機的轉速控制，實現(xiàn)電機調速與正反轉的功能。本課題通過單片機對步進電機的轉速進行精確控制，滿足了現(xiàn)代化工業(yè)對步進電機的高要求。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 4 頁 共 44 頁1 12 2 研究內容研究內容在一般的步進電機工作中，其電源均采用單極性直流電，通過對步進電機的各項繞組按恰當?shù)臅r序方式通電，就可使其執(zhí)行步進轉動。當某一相繞組通電時響應的兩個磁極就分別形成繞組通電時的兩個磁極就分別形成極產生磁場，并與轉子形成磁路。在磁場的作用下，轉子將轉動一定的角度，使轉子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前走一步。轉子的角位移大小及輸入的脈沖數(shù)與頻率成正比，并在時間

9、上與輸入的脈沖同步。只要能真確的控制輸入的電脈沖，頻率以及惦記各相繞組通電相序，即可得到所需要的轉角，轉速及轉向，通過單片機很容易實現(xiàn)對步進電機的轉速進行控制。本設計采用 at89c51 單片機實現(xiàn)對四相四拍步進電機的轉速進行開環(huán)控制，由單片機產生的脈沖信號經過 uln2083 芯片進行驅動，在該步進電機的控制中，電機可以實現(xiàn)正反轉，可以加速，減速，其中電機的轉速分為七個級別。在顯示電路中用單片機的 p0 口和 p2 口分別顯示電機的正反轉和電極的轉速級別。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 5 頁 共 44 頁2 2 步進電機概述步進電機概述2.12.1 步進電機的分類步進電機的分類步進電機分為三大類

10、：(1)反應式步進電機（variable reluctance，簡稱 vr）反應式步進電機的轉子是由軟磁材料制成的，轉子中沒有繞組。它的結構簡單，成本距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應式步進電機有單段式和多段式兩種。(2)永磁式步進電機（permanent magnet），簡稱 pm 永磁式步進電機的轉子是用永磁材料制成的，轉子本身就是一個磁源。轉子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步進角比較大，它輸出轉矩大，動態(tài)性能好，消耗功率?。ㄏ啾确磻剑?，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電。(3)混合式步進電機（hybrid，簡稱 hb） 混合式步進電機綜合了反應式和永磁式兩者的優(yōu)點。混合式與傳

11、統(tǒng)的反應式相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。這種電動機最初是作為一種低速驅動用的交流同步機設計的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在工業(yè)領域中得到廣泛應用。2.22.2步進電機的工作原理及控制技術步進電機的工作原理及控制技術步進電機是一種將點脈沖信號轉換為角位移或線位移的執(zhí)行元件，步進電機的輸入是脈

12、沖序列，輸出量則為相應的增量位移或步進運動。正常情況下，它每轉一周具有固定的步數(shù)；做連續(xù)運動時，其旋轉轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電機能直接接受數(shù)字量的控制，所以特別適宜采用微機進行控制。步進電機是一種用電脈沖進行控制 ,將電脈沖信號轉換成相位移的電機 ,其機械位移和轉速分別與輸入電機繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機運轉的速度.當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉是以固定的角度

13、一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設備步進電機控制驅動器，控制器可以發(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，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自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經過功率放大器的放大加到步進電機的各相輸入端，以驅動步進電機的轉動，環(huán)形分配器主要有兩大類：一類是用計算機軟件設計的方法實行環(huán)形分配器的功能，通常稱為軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構成的環(huán)形分配器，通常稱為硬件環(huán)形分配器。

14、功率放大器主要對環(huán)形分配器的較小輸出信號進行放大，以達到驅動步進電機的目的，步進電機的基本控制包括轉向控制和速度控制兩個方面。具體控制如下：(1) 換相順序的控制通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進電機在單三拍的工作方式下，其各相通電順序為 a-b-c-a，通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制 a,b,c 相的通段。三相雙三拍通電順序為 ab-bc-ca-ab,三相六拍的通電順序為 a-ab-b-c-ca-a. 陜西理工學院畢業(yè)設計第 6 頁 共 44 頁(2)步進電機的換向控制如果給定工作方式正序換相通電，步進電機的勵磁方式為三相六拍，即aabbbcccaa。如果按照反相通電換相

15、，即 a-ac-c-cb-b-ba-a。則電機就反轉。其他方式情況類似。總之步進電機的通電順序決定了電機的方向控制。(3)步進電機的速度控制如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它就再轉一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機的轉速就越快。調整送給步進電機的脈沖頻率，就可以對步進電機進行的調速。(4)步進電機的起?？刂撇竭M電機由于其電氣特性，運轉是會有步進感。為了使電機轉動平滑，可以減小步進電機的步進角，跳過電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機的停轉是，為了防止因慣性我而使電機軸產生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產生鎖定磁力矩，鎖定步進電機的轉軸，使得步進電機的轉軸不能自由轉動。(5)步進

16、電機的加減速控制在步進電機的控制系統(tǒng)中，通電實驗發(fā)現(xiàn)，如果信號變化太快，步進電機由于慣性跟不上電信號的變化，這時就會產生堵轉和失步現(xiàn)象。所有步進電機的啟動時，必須有加速過程，在停止時波形有減速過程。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲線，步進電機整個降速過程頻率變化規(guī)律是整個加速過程頻率變化規(guī)律的逆程。選定的曲線比較符合步進電機升降速的運行規(guī)律，能充分利用步進電機的有效轉矩，快速響應性好，縮短了升降速的時間，并可防止失步和過沖現(xiàn)象。在一個實際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負載的情況來選擇步進電機。步進電機能響應而不失步的最高頻率稱為“ 啟動頻率” ，于此類似“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關斷，步進電機不沖過目標

17、位置的最高步進頻率。點擊的啟動頻率，停止頻率和輸出轉矩都要和負載的轉動慣量相適應，有了這些數(shù)據(jù)，才能有效地對電機進行加減速控制，加速過程有突然施加的脈沖頻率 f0.步進電機的最高啟動頻率（突跳頻率）一般為 0.1khz 到 34khz，而最高運行頻率則可以達到 n*102khz，以超過最高啟動頻率的頻率直接啟動，會產生堵轉和失步的現(xiàn)象。 一般的應用中，經過大量的實踐和反復驗證，頻率如直接按直線上升或下降，控制效果就可以滿足常規(guī)的應用要求。用 plc 實現(xiàn)步進電機的加減速控制，實踐上就是控制發(fā)脈沖的頻率。加速時，使脈沖頻率增高，減速時相反。如果使用定時器來控制點擊的速度，加減速控制就是不斷改變定

18、時中斷的設定值。速度從 v1v2 變化，如果是線性增加，則按給定的斜率加減速：如果是突變，則按階梯加速處理。在此過程中要處理好兩個問題：一個是速度轉換時間應盡量短。為了縮短速度轉換的時間，可以采用建立數(shù)據(jù)表的方法。結合各曲線段的頻率和各段間的階梯頻率，就可以建立一個連續(xù)的數(shù)據(jù)表，通過在不同的階段調用相應的定時初值，就可以控制電機的運行。定時初值的計算是在定時中斷外實現(xiàn)的，并不占用中斷時間，保證電機的高速運行。另一個是保證控制速度的精確性。要從一個速度準確達到另一個速度，就要建立一個校驗機制，以防超過或者達到所需速度。(6)步進電機的換向控制步進電機換向時，一定要在電機減速停止或降到突跳頻率范圍

19、之內再換向，以免產生較大的沖擊而損壞電機。換向信號一定要在前一個方向的最后一個脈沖結束以及下一個方向的第一個脈沖前 陜西理工學院畢業(yè)設計第 7 頁 共 44 頁出發(fā)。對于脈沖的設計主要要求其有一定的脈沖寬度，脈沖序列的均勻及高低電平方式。在某一高速下的正，反向切換實質包括了降速-換向-加速三個過程。2.32.3 步進電機的主要技術指標步進電機的主要技術指標2.3.1 步進電機的基本參數(shù)步進電機的基本參數(shù)(1)空載啟動頻率即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該

20、有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。(2)電機固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 86byg250a 型電機給出的值為 0.9/1.8（表示半步工作時為 0.9、整步工作時為1.8），這個步距角可以稱之為電機 固有步距角， 它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。(3)步進電機的相數(shù)是指電機內部的線圈組數(shù)，目前常用的有兩相，三相，四相，五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為 0.9/1.8、三相的為 0.75/1.5、五相的為0.

21、36/0.72。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。(4)保持轉矩（holdingtorque）：是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力 矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說 2n.m 的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 2n.m 的步進電機。2.3.2 動態(tài)指標及術語

22、動態(tài)指標及術語(1)步距角精度： 步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同， 四拍運行時應在 5%之內，八拍運行時應在 15%以內。(2)失步：電機運轉是運轉的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。(3)失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。 (4)最大空載起動頻率： 電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。(5)最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。 (6)運行矩頻特性：電

23、機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 8 頁 共 44 頁(7)電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(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），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定而動態(tài)力矩卻不

24、然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)流）平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。2.42.4 步進電機的工作特點步進電機的工作特點(1)一般步進電機的精度為步進角的 3-5%，且不累積。(2)步進電機外表允許的溫度高。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 80-90 度完全正常。(3)步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將

25、形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。(4)步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。(5)步進電機的轉速還可以用步距角來表示即 n=f/6 *步距角。2.52.5 步進電機的控制方法步進

26、電機的控制方法步進電機控制雖然是一個比較精確的，步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點，在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的 cp 脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。一種是延時，一種是定時。延時方法是在每次換向之后調用一個延時子程序，待延時結束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復始就可發(fā)出一定頻率的 cp 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間和，就是 cp 脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行。但占用 cpu 時間長，不能在運行時處理其他工作。因此

27、只適合較簡單的控制過程。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 cp 脈沖的周期。當定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù)，當定時器溢出時，定時器產生中斷，系統(tǒng)轉去執(zhí)行定時中斷子程序。在某些應用中，需要更多的可靠性、安全性或產品質量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇.以下是一些實現(xiàn)步進電機閉環(huán)控制的方法：(1) 步進確認，這是最簡單的位移控制，使用一個低值的光學編碼器計算步進移動的數(shù)量。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比較，驗證步進電機移動到預計的位置。(2) 反電動勢, 一種無傳感器的檢測方法，使用步進電機的反電動勢

28、（electromotiveforce，emf）信號，測量和控制速度。當反電動勢電壓降至監(jiān)測探測水平時，閉環(huán)控制轉為開環(huán)控制，完成最終的位移移動。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 9 頁 共 44 頁(3) 全伺服控制，指全時間的使用反饋設備，用于步進電機-編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進電機位移和轉矩。其它的方法包括各種不同的反電動勢控制電機參數(shù)測量和軟件技術，一些制造企業(yè)都會使用這些方法。這里，步進驅動監(jiān)控和測量電機線圈，使用電壓額電流信息提高步進電機控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動的速度，產生更多的可用的轉矩輸出，降低轉矩的機械振動損耗。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步

29、速度的損耗。傳統(tǒng)步進電機控制通常采用反饋設備和非傳感方法，是有效的實現(xiàn)帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動應用的方法。大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng)，一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個低成本的方案。 事實上，步進系統(tǒng)可提高位移控制的的性能，且不需要反饋。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 10 頁 共 44 頁3 3 系統(tǒng)硬件設計系統(tǒng)硬件設計3.13.1 系統(tǒng)設計方案系統(tǒng)設計方案本設計采用單片機 at89c51 來作為整個步進電機控制系統(tǒng)的運動控制核心部件，采用了電機驅動芯片 uln2083 及外圍電路構成了整個系統(tǒng)的驅動步部分。系統(tǒng)的具體功能和要求如下：1) 單片機最小系統(tǒng)的設計：2) 控制電路的

30、設計；3) 驅動電路的設計；4) 顯示電路的設計；5) 能實現(xiàn)步進電機的轉速調節(jié)，最低轉速為 25 轉每分，最高轉速為 75 轉每分；6) 步進電機的正反轉和轉速等級由數(shù)碼管顯示；3.23.2 系統(tǒng)的組成和對應功能的簡述系統(tǒng)的組成和對應功能的簡述整個系統(tǒng)的組成包括單片機最小系統(tǒng)，電機驅動模塊，數(shù)碼管顯示，復位模塊，電源是時鐘模塊等。具體系統(tǒng)框圖如下；復位電路電源時鐘電路步進電機uln2083 驅動電路顯示電路單片機核心控制單元圖 3.13.2.1 單片機簡介單片機簡介本次設計以 cpu 選用 89c5l 作為步進電機的控制芯片89c51 的結構簡單并可以在編程器實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上使

31、用方便等優(yōu)點，而且完全兼容 mcs5l 系列單片機的所有功能。at89c51 是一種帶 4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory）的低電壓，高性能 cmos8 位微處理器，俗稱單片機。該器件采用atmel 高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的 mcs-51 指令集和輸出管腳相兼容。at89c51 主要特性：1). 4k 字節(jié)可編程閃爍存儲器 2).壽命：1000 寫/擦循環(huán)3).數(shù)據(jù)保留時間：10 年 陜西理工學院畢業(yè)設計第 11 頁 共 44 頁4).全靜態(tài)工作：0hz-24hz

32、5).三級程序存儲器鎖定6). 128*8 位內部 ram7). 32 可編程 i/o 線8).兩個 16 位定時器/計數(shù)器9). 5 個中斷源 10).可編程串行通道11).低功耗的閑置和掉電模式 由于將多功能 8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，atmel 的 at89c51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案單片機的引腳功能:vcc:電源電壓gnd：地p0 口：p0 口是一組 8 位漏極開路雙向 i/o 口，即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口時，每一個管腳都能夠驅動 8 個 ttl 電路。當“1”被寫入 p0 口時，每個管腳都能夠作為高阻抗輸

33、入端。p0口還能夠在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，轉換地址和數(shù)據(jù)總線復用，并在這時激活內部的上拉電阻。p0 口在閃爍編程時，p0 口接收指令，在程序校驗時，輸出指令，需要接電阻。p1 口：p1 口一個帶內部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p1 的輸出緩沖級可驅動 4 個 ttl 電路。對端口寫“1”，通過內部的電阻把端口拉到高電平，此時可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時輸出一個電流。閃爍編程時和程序校驗時，p1 口接收低 8 位地址。p2 口：p2 口是一個內部帶有上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口，p2 的輸出緩沖級可驅動 4 個 ttl 電路。對端口寫“1”，通

34、過內部的電阻把端口拉到高電平，此時，可作為輸入口。因為內部有電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流。在訪問外部程序存儲器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時，p2 口線上的內容在整個運行期間不變。閃爍編程或校驗時，p2 口接收高位地址和其它控制信號。p3 口：p3 口是一組帶有內部電阻的 8 位雙向 i/o 口，p3 口輸出緩沖故可驅動 4 個 ttl 電路。對 p3 口寫如“1”時，它們被內部電阻拉到高電平并可作為輸入端時，被外部拉低的 p3 口將用電阻輸出電流。p3 口除了作為一般的 i/o 口外，更重要的用途是它的

35、第二功能，如下表 3.1 所示：表 3.1 p3 口第二功能端口引腳 第二功能p3.0 rxdp3.1 txdp3.2 int0p3.3 int1p3.4 t0p3.5 t1p3.6 wrp3.7 rd 陜西理工學院畢業(yè)設計第 12 頁 共 44 頁p3 口還接收一些用于閃爍存儲器編程和程序校驗的控制信號。rst：復位輸入。當震蕩器工作時，ret 引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平將使單片機復位ale/prog：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，ale 輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ale 以時鐘震蕩頻率的 1/16 輸出固定的正脈沖信號，因此它可對輸出時鐘或用于

36、定時目的。要注意的是：每當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時將跳過一個 ale 脈沖時，閃爍存儲器編程時，這個引腳還用于輸入編程脈沖。如果必要，可對特殊寄存器區(qū)中的 8eh 單元的 d0 位置禁止 ale 操作。這個位置后只有一條 movx 和 movc 指令 ale 才會被應用。此外，這個引腳會微弱拉高，單片機執(zhí)行外部程序時，應設置 ale 無效。psen：程序儲存允許輸出是外部程序存儲器的讀選通信號，當 at89c51 由外部程序存儲器讀取指令時，每個機器周期兩次 psen 有效，即輸出兩個脈沖。在此期間，當訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 psen 信號不出現(xiàn)。ea/vpp：外部訪問允許。欲使中央處

37、理器僅訪問外部程序存儲器，ea 端必須保持低電平。需要注意的是：如果加密位 lbi 被編程，復位時內部會鎖存 ea 端狀態(tài)。如 ea 端為高電平，cpu 則執(zhí)行內部程序存儲器中的指令。閃爍存儲器編程時，該引腳加上+12v 的編程允許電壓 vpp，當然這必須是該器件是使用 12v 編程電壓 vpp。xtal1：震蕩器反相放大器及內部時鐘發(fā)生器的輸入端。xtal2：震蕩器反相放大器的輸出端。時鐘震蕩器at89c51 中有一個用于構成內部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 xtal1 和 xtal2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起構成自然震蕩器。

38、外接石英晶體及電容 c1，c2 接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)震蕩電路。對外接電容 c1，c2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響震蕩頻率的高低、震蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pf10pf，而如果使用陶瓷振蕩器建議選擇 40pf10pf。用戶也可以采用外部時鐘。采用外部時鐘的電路如圖示。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 xtal1 端，即內部時鐘發(fā)生器的輸入端，xtal2 則懸空。由于外部時鐘信號是通過一個 2 分頻觸發(fā)器后作為內部時鐘信號的，所以對外部時鐘信號的占空比沒有特殊要求，但最小高電平持續(xù)時間和最大的低電平持續(xù)時間

39、應符合產品技術條件的要求。圖 3.2 內部振蕩電路 陜西理工學院畢業(yè)設計第 13 頁 共 44 頁圖 3.3 外部振蕩電路3.2.2 單片機中斷單片機中斷mcs-51 單片機的中斷源共有兩類，它們分別是：外部中斷和內部中斷外部中斷源 外部中斷 0（ ）：來自 p3.2 引腳，采集到低電平或者下降沿時，產生中斷請求。外部中斷 1（ ）：來自 p3.3 引腳，采集到低電平或者下降沿時，產生中斷請求。內部中斷源 定時器計數(shù)器 0（ t0 ）：定時功能時，計數(shù)脈沖來自片內；計數(shù)功能時，計數(shù)脈沖來自片外 p3.4 引腳。發(fā)生溢出時，產生中斷請求。 定時器計數(shù)器 1（ t1 ）：定時功能時，計數(shù)脈沖來自片

40、內；計數(shù)功能時，計數(shù)脈沖來自片外 p3.5 引腳。發(fā)生溢出時，產生中斷請求。 串行口：為完成串行數(shù)據(jù)傳送而設置。單片機完成接受或發(fā)送一組數(shù)據(jù)時，產生中斷請求。3.2.33.2.3 中斷控制的專用寄存器中斷控制的專用寄存器 mcs-51 單片機為用戶提供了四個專用寄存器，來控制單片機的中斷系統(tǒng)。 (1) 定時器控制寄存器（tcon） 該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計數(shù)溢出。進行字節(jié)操作時，寄存器地址為88h。按位操作時，各位的地址為 88h8fh。寄存器的內容及位地址表 3.2 如下： 表 3.2 定時寄存器內容位地址 8fh 8eh 8dh 8ch 8bh 8ah 89h 88h 位

41、符號 tf1 tr1 tf0 tr0 ie1 it1 ie0 it0 it0 和 it1外部中斷請求觸發(fā)方式控制位it0 （it1）1 脈沖觸發(fā)方式，下降沿有效 陜西理工學院畢業(yè)設計第 14 頁 共 44 頁it0 （it1）0 電平觸發(fā)方式，低電平有效 ie0 和 ie1外中斷請求標志位 當 cpu 采樣到 （或 ）端出現(xiàn)有效中斷請求時，ie0（ie1）位由硬件置“1” 。當中斷響應完成轉向中斷服務程序時，由硬件把 ie （或 ie ）清零。 tr0 和 tr1定時器運行控制位tr0 （tr1 ）0 定時器/計數(shù)器不工作tr0 （tr1 ）1 定時器/計數(shù)器開始工作 tf0和 tf1計數(shù)溢出

42、標志位當計數(shù)器產生計數(shù)溢出時，相應的溢出標志位由硬件置“1” 。當轉向中斷服務時，再由硬件自動清“0” 。計數(shù)溢出標志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時，作中斷請求標志位來使用；采用查詢方式時，作查詢狀態(tài)位來使用。 (2) 串行口控制寄存器（scon） 進行字節(jié)操作時，寄存器地址為 98h。按位操作時，各位的地址為 98h9fh。寄存器的內容及位地址表 3.3 如下： 表 3.3 串行口控制寄存器（scon）位地址 9fh 9eh 9dh 9ch 9bh 9ah 99h 98h 位符號 sm0 sm1 sm2 ren tb8 rb8 ti ri其中與中斷有關的控制位共 2 位： ti串行口發(fā)送

43、中斷請求標志位當發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1” ；在轉向中斷服務程序后，用軟件清“0” 。 ri串行口接收中斷請求標志位 當接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1” ；在轉向中斷服務程序后，用軟件清“0” 。串行中斷請求由 ti 和 ri 的邏輯或得到。就是說，無論是發(fā)送標志還是接收標志，都會產生串行中斷請求。 (3) 中斷允許控制寄存器（ie） 進行字節(jié)操作時，寄存器地址為 0a8h。按位操作時，各位的地址為 0a8h0afh。寄存器的內容及位地址表 3.4 如下： 表 3.4 中斷允許控制位地址 oafh oaeh 0adh 0ach 0abh 0aah 0a9h 0a8h 位符號 ea

44、 / / es et1 ex1 et0 ex0 其中與中斷有關的控制位共 6 位： ea中斷允許總控制位ea0 中斷總禁止，禁止所有中斷 ea1 中斷總允許，總允許后中斷的禁止或允許由 陜西理工學院畢業(yè)設計第 15 頁 共 44 頁各中斷源的中斷允許控制位進行設置。 ex0和 ex1外部中斷允許控制位ex0（ex1）0 禁止外部中斷ex0（ex1）1 允許外部中斷 et0和 et1定時器/計數(shù)器中斷允許控制位et0（et1）0 禁止定時器/計數(shù)器中斷et0（et1）0 允許定時器/計數(shù)器中斷 es串行中斷允許控制位es=0 禁止串行中斷es=1 允許串行中斷可見，mcs-51 單片機通過中斷允

45、許控制寄存器對中斷的允許（開放）實行兩級控制。即以ea 位作為總控制位，以各中斷源的中斷允許位作為分控制位。當總控制位為禁止時，關閉整個中斷系統(tǒng)，不管分控制為狀態(tài)如何，整個中斷系統(tǒng)為禁止狀態(tài)；當總控制位為允許時，開放中斷系統(tǒng)，這時才能由各分控制位設置各自中斷的允許與禁止。mcs-51 單片機復位后（ie）00h，因此中斷系統(tǒng)處于禁止狀態(tài)。單片機在中斷響應后不會自動關閉中斷。因此在轉中斷服務程序后，應根據(jù)需要使用有關指令禁止中斷，即以軟件方式關閉中斷。(4) 中斷優(yōu)先級控制寄存器（ip） mcs-51 單片機的中斷優(yōu)先級控制比較簡單，因為系統(tǒng)只定義了高、低 2 個優(yōu)先級。高優(yōu)先級用“1”表示，低

46、優(yōu)先級用“0”表示。各中斷源的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器（ip）進行設定。ip寄存器地址 0b8h，位地址為 0bfh0b8h。寄存器的內容及位地址表 3.5 如下：表 3.5 中斷優(yōu)先級控制位地址 obfh obeh 0bdh 0bch 0bbh 0bah 0b9h 0b8h 位符號 / / / ps pt1 px1 pt0 px0 其中： px0外部中斷 0 優(yōu)先級設定位；pt0定時中斷 0 優(yōu)先級設定位；px1外部中斷 1 優(yōu)先級設定位；pt1定時中斷 1 優(yōu)先級設定位；ps串行中斷優(yōu)先級設定位。以上各位設置為“0”時，則相應的中斷源為低優(yōu)先級；設置為“1”時，則相應的中斷源為高優(yōu)先級。優(yōu)

47、先級的控制原則是： 陜西理工學院畢業(yè)設計第 16 頁 共 44 頁 低優(yōu)先級中斷請求不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務；但高優(yōu)先級中斷請求可以打斷低優(yōu)先級的中斷服務，從而實現(xiàn)中斷嵌套。 如果一個中斷請求已被響應，則同級的其它中斷服務將被禁止。即同級不能嵌套。 如果同級的多個中斷同時出現(xiàn)，則按 cpu 查詢次序確定哪個中斷請求被響應。其查詢次序為：外部中斷 0定時中斷外部中斷定時中斷串行中斷。3.2.43.2.4 中斷響應過程中斷響應過程中斷響應過程為，中斷源發(fā)出中斷請求對中斷請求進行響應執(zhí)行中斷服務程序返回主程序。這個過程可分為三個階段來完成。 (1) 中斷采樣 對于外部中斷請求，中斷請求信號來自于單

48、片機外部，計算機要想知道有沒有中斷請求發(fā)生，必須對信號進行采樣。 電平觸發(fā)方式的外中斷請求（it0/it10）采樣到高電平時，表明沒有中斷請求，ie0或 ie1繼續(xù)為“0” 。采樣到低電平時，ie0/ie1由硬件自動置“1” ，表明有外中斷請求發(fā)生。 脈沖觸發(fā)式的外中斷請求（it0/it11）在相鄰的機器周期采樣到的電平由高電平變?yōu)榈碗娖綍r，則 ie0/ie1由硬件自動置“1” ，否則為“0” 。(2) 中斷查詢 由 cpu 測試 tcon 和 scon 中的各個中斷標志位的狀態(tài)，確定有那個中斷源發(fā)生請求，查詢時按優(yōu)先級順序進行查詢，即先查詢高優(yōu)先級再查詢低優(yōu)先級。如果同級，按以下順序查詢：

49、s如果查詢到有標志位為“1” ，表明有中斷請求發(fā)生，接著就從相鄰的下一機器周期開始進行中斷響應。 (3) 中斷響應 當 cpu 查詢到中斷請求時，由硬件自動產生一條 lcall 指令，lcall 指令執(zhí)行時，首先將pc 內容壓入堆棧進行斷點保護，再把中斷入口地址裝入 pc，使程序轉向相應的中斷區(qū)入口地址。lcall 指令的形式如下：lcall addr16 ；addr16：中斷入口地址入口地址已由系統(tǒng)設定，如下： 表 3.6 中斷響應中斷源 入口地址int0 0003ht0 000bh int1 0013ht1 001bhs 0023h 陜西理工學院畢業(yè)設計第 17 頁 共 44 頁從表中可以

50、看出，每個中斷區(qū)只有 8 個單元，很難安排下一個中斷程序，一般是在中斷入口地址處加一條跳轉指令，跳轉到用戶的服務程序入口。編寫中斷服務程序的格式一般如下：org 0000hsjmp mainorg 0003hajmp 1njerrvpmain： here： sjmp here 1njerrvp： ；中斷響應程序reti并不是所有的請求都被響應，當遇到下列情況之一時不響應這些中斷請求： （1）cpu 正在處理一個同級或者高級的中斷服務 （2）當前指令還沒有執(zhí)行完畢 （3）當前指令是 ret、reti 或者是訪問 ip、ie 的指令，執(zhí)行完這些指令后，還必須再執(zhí)行一條指令，才響應中斷請求。注意：m

51、cs-51 單片機對中斷查詢結果不作記憶，當有新的查詢結果出現(xiàn)時，因為以上原因而被拖延的查詢結果將不復存在，其中斷請求也就不能再被響應了。3.33.3 單片機最小系統(tǒng)設計單片機最小系統(tǒng)設計最小系統(tǒng)一般包括：單片機，復位電路，晶振電路。復位電路：使用了獨立式鍵盤，單片機的 p1 口鍵盤的接口。該設計要求只需 4 個鍵盤對步進電機的狀態(tài)進行控制，但考慮到對控制功能的擴展，使用 6 路獨立式鍵盤。復位電路采用手動復位，所謂手動復位是指通過接通一按鈕開關，使單片機進入復位狀態(tài)，晶振電路用 30pf 的電容和 12m晶體振蕩器組成為整個電路提供時鐘頻率。晶振電路：8051 單片機的時鐘信號通常用兩種電路

52、形式得到：內部振蕩方式和外部中斷方式。在引腳 xtal1 和 xtal2 外部接晶振電路器（簡稱晶振）或陶瓷晶振器，就構成了內部晶振方式。由于單片機內部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。內部振蕩方式的外部電路如圖所示。其電容一般在 530pf，晶振頻率的典型值為 12mhz，采用 6mhz 的情況比較多。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路使用較多。 陜西理工學院畢業(yè)設計第 18 頁 共 44 頁圖 3.4 最小系統(tǒng)設計電路3.43.4 控制電路的設計控制電路的設計根據(jù)系統(tǒng)的要求，控制輸入部分設置了啟動控制，換向控制，加速控制和減速控制按鈕，分

53、別sw1,sw2,s2,s3,控制電路如圖所示。通過 sw1,sw2 狀態(tài)來實現(xiàn)點擊的啟動和換向功能。當sw1，sw2 狀態(tài)變化時，內部程序檢測 p1.0 和 p1.1 的狀態(tài)來調用相應的啟動和換向程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電機的啟動和正反轉控制根據(jù)步進電機的工作原理可以知道，步進電機轉速的控制主要是通過控制通入電機的脈沖信號頻率，從而控制電機的轉速。對于單片機而言，主要的方法有：軟件延時和定時中斷在此電路中電機的加減速主要是通過 s2，s3 的斷開和閉合，從而控制外部中斷根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進電機的輸出脈沖頻率，從而改變電機的轉速。具體控制

54、電路如下圖: 圖 3.5 控制電路 陜西理工學院畢業(yè)設計第 19 頁 共 44 頁3.5 驅動電路設計驅動電路設計通過 uln2083 構成比較多的驅動電路，電路圖如下所示。通過單片機的 p1.0p1.3 輸出脈沖到uln2083 的 1b4b 口，經過信號放大后從 1c4c 分別輸出到點擊的 a，b，c，d 相。圖 3.6 驅動電路3.6 數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示電路3.6.1 數(shù)碼管顯示方式數(shù)碼管顯示方式（1）靜態(tài)顯示方式靜態(tài)顯示，是由微型計算機一次輸出顯示模型后，就能保持顯示結果，直到下次發(fā)送新的顯示數(shù)據(jù)為止。這種顯示占用機時少，顯示可靠，因而在工業(yè)過程控制中得到了廣泛應用。這種顯示方式

55、的不足在于使用元件多，且線路也比較復雜。但是，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，目前已經研制出具有多種功能的顯示器件，例如鎖存器、譯碼器、驅動器、顯示器四位一體的顯示器件，用起來比較方便。占用的硬件資源多，成本高，只適合顯示位數(shù)較少的場合。數(shù)碼管靜態(tài)顯示電路在實際應用中很少采用。（2）動態(tài)顯示方式動態(tài)顯示，就是微型計算機定時地對顯示器進行后期掃描。在這種方式中，顯示器件分時工作每次只能有一個器件顯示。但由于人的視覺沒有反應過來，所以，仍感覺所有的器件都在顯示，如 陜西理工學院畢業(yè)設計第 20 頁 共 44 頁許多單片機的開發(fā)系統(tǒng)及仿真器上的 4 位顯示器即采用這類顯示方式。此種顯示的優(yōu)點是使用硬件少，

56、因而價格低，線路簡單。但它占用機時長，只要微型計算機不執(zhí)行顯示程序，就立馬停止顯示。由此可見，這種顯示將使計算機的開銷增大，所以，在以工業(yè)控制為主的控制系統(tǒng)中應用較少。3.6.2 led 數(shù)碼管數(shù)碼管led(發(fā)光二極管)數(shù)碼管是單片機應用系統(tǒng)中常用的輸出設備，用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息 led 數(shù)碼管內部有八個發(fā)光二極管，這些發(fā)光二極管組成一個帶小數(shù)點的 8 型，數(shù)碼管的筆段名稱依次為：a ,b,c,d,e,f,g,dp,有對應的引腳和他們相連。在內部有兩種接法，一種是將所有二極管的負極連在一起作為公共端，稱為共陰型數(shù)碼管；另外一種是將所有數(shù)碼管的正極連在一起，稱為共陽型數(shù)碼管。公共端引

57、腳的名稱為 com,又成為數(shù)碼管的位。常見 led 數(shù)碼管如圖 5.7 所示。圖 3.7 常見 led 數(shù)碼管數(shù)碼管的公共端一般接地或電源，或者是通過控制電路控制它接地或電源，比較簡單。數(shù)碼管要顯示不同的字符是通過控制加在段上的信息實現(xiàn)的，在單片機的應用電路里是用一個 8 位的 i/o去控制，一般按下表 5.1 中的方式對應。表 3.7 led 數(shù)碼管編碼方式d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0dp g f e d c b a 8 位的二進制的可以組成數(shù)碼管顯示的字符信息，其中用“1”或者“0”表示筆段的亮或滅，可以用 00111111b 表示，這種用二進制數(shù)據(jù)表示的字符顯示信息稱為

58、數(shù)碼管的字符段碼。從下面表中可以看出共陽型，共陰型數(shù)碼管字符碼之間互為取反的關系，這與它們的結構關系是一致的，因此只要掌握了共陽型數(shù)碼管的字符碼編制，就可以推出共陰型的字段碼。在實際應用中，也有其他形式的引腳排列順序，編碼時需要根據(jù) pcb 板的設計來確定對應關系，編碼時筆段信息不變，只有與二進制數(shù)位的對應關系改變。 在該步進電機的控制器中，電機可以正反轉，可以加速，減速。其中電機轉速等級分為七級，為了方便知道電機的運行狀態(tài)和電機的轉速等級，這里設計了電機的轉速和電機的工作狀態(tài)的顯示電路。在顯示電路中，主要是利用了單片機的 p0 口和 p2 口。采用兩個共陽數(shù)碼管作顯示。第一個數(shù)碼管接的 a，

59、b，c，d，e，f，g，h 分別接 p0.0p0.7 口，用于顯示電機的正反轉狀態(tài)，正轉時顯 陜西理工學院畢業(yè)設計第 21 頁 共 44 頁示1,反轉時顯示一，不轉時顯示0。第二個數(shù)碼管的 a，b，c，d，e，f，g，h 分別接p2.0p2.7 口，用于顯示電機的轉速級別，一共七級，即從 17 轉速依次遞增，0表示轉速為零。電路如圖所示：圖 3.8 顯示電路 陜西理工學院畢業(yè)設計第 22 頁 共 44 頁4 4 系統(tǒng)軟件設計及調試系統(tǒng)軟件設計及調試4.1 軟件設計軟件設計通過分析可以看出，實現(xiàn)系統(tǒng)功能可以采用多種方法，由于隨時有可能輸入加速，減速信號和方向信號，因而采用中斷方式效率最高，這樣總

60、共要完成 4 個部分的工作才能滿足課題要求，即主程序，定時器中斷部分，外部中斷 0 和外部中斷 1 部分，其中主程序的主要功能是系統(tǒng)初始參數(shù)的設置及啟動開關的檢測，若啟動開關合上則系統(tǒng)開始工作，反之系統(tǒng)停止工作；定時器部分控制脈沖頻率，它決定了步進電機轉速的快慢；兩個外部中斷程序要做的工作就是為了完成改變速度這一功能，下面分析主程序和定時中斷程序及外部中斷程序。 (1) 主程序設計:主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設置，系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關狀態(tài)的檢測判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設置內容較多，該系統(tǒng)中，需要初始化定時器，外部中斷；對 p1 口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲區(qū)送初值