步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

摘要步進(jìn)電機(jī)是一種由脈沖控制轉(zhuǎn)速的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，控制精確度高，是日常使用的定位和驅(qū)動(dòng)的工具?？刂坪貌竭M(jìn)電機(jī)，可以提高定位的精確性，對(duì)日常生產(chǎn)有較大的研究意義和應(yīng)用前景。本文采用51單片機(jī)作為主控芯片，L297為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298N為步進(jìn)電機(jī)控制芯片，設(shè)計(jì)了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。首先介紹了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和控制原理，然后對(duì)單片機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片做介紹。然后編寫控制系統(tǒng)軟件。最后采用Proteus進(jìn)行仿真，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)，控制系統(tǒng)

AbstractSteppermotoriscontrolledbypulseactuators.Itiseasytodriveandhavehighcontrolaccuracy,andisatoolfordailyuseofpositioninganddriver.Makinggoodcontrolofsteppingmotor,canimprovetheaccuracyofpositioning,sothestudyofdailyproductionhasgreatsignificanceandapplicationprospect.The51singlechipmicrocomputerisusedasmaincontrolchip,L297andL298Nareusedforsteppermotorcontrolchip,asteppingmotorcontrolsystemisdesigned.Firstlyintroducestherotationofthesteppermotorandcontrolprinciple,andthenintroducesMCUanddriverchip.Thenwritecontrolsystemsoftware.FinallyusesProteussimulation,andanalyzetheresults.Keywords:stepmotor,single-chipmicrocomputer,controlsystem

目錄摘要 1Abstract 2目錄 3第一章緒論 51.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 51.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 61.3步進(jìn)電機(jī)研究的國(guó)內(nèi)外狀況 6第二章51單片機(jī)原理 82.151單片機(jī)發(fā)展 82.251單片機(jī)介紹 82.3單片機(jī)最小系統(tǒng) 9第三章步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 113.1L297步進(jìn)電機(jī)控制器 113.2L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 133.3顯示電路設(shè)計(jì) 143.3.1LM016L液晶模塊 143.4按鈕 163.5電源電路 16第4章軟件設(shè)計(jì) 174.1主程序設(shè)計(jì) 174.2速度運(yùn)算子程序 184.3顯示子程序 18第五章Proteus仿真 205.1Proteus簡(jiǎn)介 205.2Proteus仿真 20結(jié)論 25參考文獻(xiàn) 26致謝 28

第一章緒論1.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)是一種由脈沖控制轉(zhuǎn)速的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它由轉(zhuǎn)子和定子組成。定子是由硅鋼片疊成，裝上繞組。轉(zhuǎn)子也是由硅鋼片疊成，做成突級(jí)結(jié)構(gòu)。常用的三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的定子有6個(gè)磁極，轉(zhuǎn)子有4個(gè)突齒。其工作的原理是電磁工作原理。當(dāng)ABC相分別導(dǎo)電時(shí)，轉(zhuǎn)子的凸齒與相應(yīng)的相的繞組相對(duì)，這樣來(lái)控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。只要改變繞組的通電順序就能改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)順序。繞組的通電方式有：?jiǎn)稳摹⒘暮碗p三拍等。其中單三拍是指每次只有一相通電，雙是兩相通電，拍是指通電的次數(shù)。拍數(shù)越少步距角越大，否則越小。輸入的脈沖數(shù)越多，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度就越多。同時(shí)，輸入頻率越高，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速就越快。同時(shí)，通過(guò)控制脈沖數(shù)量，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)的位置，因此還能使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行定位。步進(jìn)電機(jī)具有以下特點(diǎn)控制簡(jiǎn)便步進(jìn)電機(jī)可以根據(jù)輸入脈沖的數(shù)量控制旋轉(zhuǎn)的角度，因此控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度十分方便；還可以通過(guò)控制脈沖的頻率控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而對(duì)于數(shù)字控制，對(duì)數(shù)量和頻率的控制十分便利，因此步進(jìn)電機(jī)的控制十分簡(jiǎn)單?？梢蚤_環(huán)控制由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速誤差不會(huì)累計(jì)，因此只要步進(jìn)電機(jī)能正常工作，就只需要調(diào)節(jié)脈沖來(lái)控制速度即可達(dá)到一定的精度。壽命長(zhǎng)不用電刷，壽命取決于軸承。步進(jìn)電機(jī)當(dāng)然也有缺點(diǎn)：不適宜帶慣性負(fù)載驅(qū)動(dòng)需要使用脈沖，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路有要求。轉(zhuǎn)速上升的同時(shí)，轉(zhuǎn)矩下降步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)和停止時(shí)容易失步，在脈沖頻率過(guò)高、負(fù)載過(guò)大時(shí)也會(huì)。1.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的性能與驅(qū)動(dòng)器的性能有很大關(guān)系。驅(qū)動(dòng)器給步進(jìn)電機(jī)的各相繞組提供一定規(guī)律的脈沖，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)改變脈沖的規(guī)律便可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)和控制器的參數(shù)設(shè)計(jì)好后，系統(tǒng)的性能就取決于驅(qū)動(dòng)器，因此驅(qū)動(dòng)器的性能對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)十分重要。驅(qū)動(dòng)方式主要分為：?jiǎn)坞妷候?qū)動(dòng)，高低壓驅(qū)動(dòng)，斬波恒流驅(qū)動(dòng)，調(diào)頻驅(qū)動(dòng)等。單電壓驅(qū)動(dòng)：這種驅(qū)動(dòng)方式的最大特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單。它是通過(guò)在電路中串聯(lián)電阻來(lái)改善電路時(shí)間常數(shù)。但是這種方法會(huì)產(chǎn)生大量的功耗，不利于節(jié)能。適用于小功率的要求不高的電機(jī)。高低壓驅(qū)動(dòng)：電機(jī)每相繞組導(dǎo)通時(shí),首先施加高電壓,使電流快速上升,當(dāng)電流上升到額定值時(shí),將高電壓切斷,回路電流以低電壓電源維持?jǐn)夭ê懔黩?qū)動(dòng):為了彌補(bǔ)高低壓驅(qū)動(dòng)電路中電流波形的下凹，提高輸出轉(zhuǎn)矩，人們研制出斬波電路，采用斬波技術(shù)使繞組電流在額定值上下成鋸齒形波動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng):特點(diǎn)是施加在電機(jī)繞組的電壓隨工作頻率的變化作相應(yīng)的改變，步進(jìn)電機(jī)在低頻時(shí)工作在低壓狀態(tài)，減少能量的注入，從而抑制振蕩1.3步進(jìn)電機(jī)研究的國(guó)內(nèi)外狀況目前在數(shù)控生產(chǎn)等定位領(lǐng)域，步進(jìn)電機(jī)得到了大量的應(yīng)用。如何改進(jìn)步進(jìn)的電機(jī)的控制方法，提高控制精度成為很多國(guó)家的研究方向。目前，我國(guó)在步進(jìn)電機(jī)的精確控制方面和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的距離。發(fā)達(dá)國(guó)家利用自己在步進(jìn)電機(jī)精確控制上面的優(yōu)勢(shì)，不斷開拓全球市場(chǎng)，因此國(guó)內(nèi)的控制企業(yè)受到的沖擊比較大。要掌控自己的市場(chǎng)，就需要投入更多的人力物力到步進(jìn)電機(jī)的精確控制的研究上面。1983年，LINL實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證的精密機(jī)床的定位精度就已經(jīng)達(dá)到0.025um的水平。日本也在這方面投入了大量的人力物力，進(jìn)行精密機(jī)床的研制。各國(guó)在這方面的尖端技術(shù)都是保密的，并且技術(shù)還都沒(méi)有對(duì)我國(guó)開放。而開放這種技術(shù)是我國(guó)十分需要的。因此我們國(guó)家只能依靠自己，自力更生，投入大量資金進(jìn)行研發(fā)，在這方面進(jìn)行突破。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的研究主要集中在驅(qū)動(dòng)方式和電路設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。其中驅(qū)動(dòng)方式往斬波恒流、SPWM方向發(fā)展，能夠提供控制精度。而驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方面，很多采用了單片機(jī)加驅(qū)動(dòng)芯片，或者是DSP加驅(qū)動(dòng)芯片的電路設(shè)計(jì)方式。

第二章51單片機(jī)原理2.151單片機(jī)發(fā)展8051單片機(jī)誕生于20世紀(jì)80年代，由Intel公司開發(fā)。Intel公司成立于1968年，是世界上最大的PC中央處理器生產(chǎn)廠商，世界五百?gòu)?qiáng)企業(yè)。8051自誕生之后，不斷地改進(jìn)，很多公司均推出了以其為核心的單片機(jī)，這些公司有美國(guó)的Atmel,臺(tái)灣的Winond，德國(guó)的siemens，日本的Fujutsu、OKI，他們生產(chǎn)的單片機(jī)集成了A/D、PWM、高速I/O等外設(shè)，但是其內(nèi)核依然是8051，且相互間可以指令兼容。這樣給全球各地的客戶帶了更廣闊的的選擇空間，也給技術(shù)開發(fā)人員的科研工作帶來(lái)了便利。8051分為片內(nèi)ROM和無(wú)片內(nèi)ROM兩種類型。無(wú)片內(nèi)ROM的單片機(jī)需要在外部加上EPROM才能正常工作。帶片內(nèi)ROM的分為EPROM、FLASH和掩膜ROM。還有一些是帶有OTP的芯片。片內(nèi)EPROM和片內(nèi)Flash多用于開發(fā)樣機(jī)，等技術(shù)成熟，要進(jìn)行生產(chǎn)后，會(huì)改為采用帶掩膜片內(nèi)ROM的單片機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)。8051采用哈佛結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和程序存儲(chǔ)器在邏輯上是相同的地址空間，但是物理空間確是不同的，訪問(wèn)時(shí)，采用不同的指令和尋址方式。片內(nèi)具有32個(gè)通用寄存器，可以用于中斷和子程序。另外，其RAM中還有一個(gè)位尋址區(qū)，專門用于各種開關(guān)控制問(wèn)題，可以對(duì)每一位進(jìn)行控制。8051內(nèi)部包括一個(gè)CPU，ROM、RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)。RAM用來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，ROM存儲(chǔ)程序，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器可以用來(lái)定時(shí)或是計(jì)算事件的數(shù)目，中斷系統(tǒng)處理中斷事件。這些內(nèi)部的結(jié)構(gòu)都是通過(guò)總線連接?？偩€用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)、地址和控制信號(hào)。2.251單片機(jī)介紹運(yùn)算器由邏輯單元、累加器、暫存寄存器和程序狀態(tài)字寄存器構(gòu)成。邏輯單元ALU主要任務(wù)是完成二級(jí)制數(shù)據(jù)的運(yùn)算，其結(jié)果會(huì)對(duì)PSW產(chǎn)生影響。運(yùn)算器中最繁忙的是累加器ACC，因?yàn)锳CC輸出很多會(huì)成為ALU輸入，而ALU的輸出又會(huì)送到ACC。PSW是8位寄存器，用于存放運(yùn)算結(jié)果。控制器包括定時(shí)控制邏輯、指令寄存器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)指針，堆棧指針、地址寄存器和地址緩沖器。它的任務(wù)是對(duì)指令進(jìn)行譯碼并發(fā)出內(nèi)部和外部的控制信號(hào)。程序計(jì)數(shù)器用于存放下一個(gè)要運(yùn)行的指令的地址。堆棧指針用于指示堆棧的起始地址。指令譯碼器，對(duì)進(jìn)入其中的指令進(jìn)行譯碼，CPU根據(jù)這些代碼確定輸出的控制信號(hào)。數(shù)據(jù)指針寄存器，它是16位寄存器，分為高位字節(jié)和低位字節(jié)，用來(lái)訪問(wèn)外部的RAM和ROM。其引腳和功能如下VCC（40）：電源+5V。

2．VSS（20）：接地，也就是GND。

3．XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。

單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào)才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需在XTL2上加外部時(shí)鐘信號(hào)。PSEN（29）：片外ROM選通信號(hào)，低電平有效.

5．ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。

6．RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇端。

8．P0口（39-32）：雙向I/O口。9．P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。

10．P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。11．P3口（10-17）：多用途口。I/O就是英文IN/OUT的縮寫，（就是輸入/輸出的意思），這32個(gè)I/O口就是留給我們作連接外圍電路用的。

2.3單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)是指這樣配置后的單片機(jī)能夠正常工作，且其使用的元器件是最少的。單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)、電源電路、時(shí)鐘振蕩電路和復(fù)位電路構(gòu)成。電源電路給單片機(jī)提供可靠的電源，由于單片機(jī)使用的是5V電，所以電源應(yīng)該能將外部電源轉(zhuǎn)換為5V電壓。晶振電路是給單片機(jī)提供基本的時(shí)序，這個(gè)時(shí)序是單片機(jī)中各個(gè)部分統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作、不發(fā)生混亂的保證。晶振的速度決定了單片機(jī)工作的速度，單片機(jī)中執(zhí)行一條代碼的時(shí)間為一個(gè)機(jī)器周期，它包含了6個(gè)狀態(tài)周期，而一個(gè)狀態(tài)周期包含2個(gè)振蕩周期，即執(zhí)行一條代碼需要12個(gè)周期。一般購(gòu)買產(chǎn)品的時(shí)候大家都會(huì)選擇速度最快的電子產(chǎn)品，認(rèn)為速度越快越好，但是單片機(jī)工作時(shí)，越高的工作頻率也意味越高的損耗，因此選擇晶振頻率時(shí)，以完成需要的功能為前提，選擇最小的頻率。復(fù)位電路的作用是給單片機(jī)回到一個(gè)初始狀態(tài)，這樣其中的寄存器等設(shè)備均有一個(gè)確定的起始狀態(tài)，另外有時(shí)候程序?qū)懙牟缓?，單片機(jī)程序跑飛的時(shí)候，也需要復(fù)位，使程序從頭開始執(zhí)行。復(fù)位電路分為上電復(fù)位和外部復(fù)位兩種。

第三章步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)3.1L297步進(jìn)電機(jī)控制器L297是步進(jìn)電機(jī)專用控制器，能產(chǎn)生4相控制信號(hào)，可用于計(jì)算機(jī)控制的兩相雙極和四相單相步進(jìn)電機(jī)。其實(shí)物圖如圖所示。能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進(jìn)電機(jī)。這個(gè)芯片使用了SGS公司的AD兼容I2L技術(shù)。它的引腳圖如圖所示各個(gè)引腳的功能和說(shuō)明如下：1腳(SYNC)——斬波器輸出端。如多個(gè)297同步控制，所有的SYNC端都要連在一起，共用一套振蕩元件。如果使用外部時(shí)鐘源，則時(shí)鐘信號(hào)接到此引腳上。[2]

2腳(GND)——接地端。3腳(HOME)——集電極開路輸出端。當(dāng)L297在初始狀態(tài)(ABCD=0101)時(shí)，此端有指示。當(dāng)此引腳有效時(shí)，晶體管開路。4腳(A)——A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。5腳(INH1)——控制A相和B相的驅(qū)動(dòng)極。當(dāng)此引腳為低電平時(shí)，A相、B相驅(qū)動(dòng)控制被禁止；當(dāng)線圈級(jí)斷電時(shí)，雙極性橋用這個(gè)信號(hào)使負(fù)載電源快速衰減。若CONTROL端輸入是低電平時(shí)，用斬波器調(diào)節(jié)負(fù)載電流。6腳(B)——B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。7腳(C)——C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。8腳(INH2)——控制C相和D相的驅(qū)動(dòng)級(jí)。作用同INH1相同。9腳(D)——D相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。10腳(ENABLE)——L297的使能輸入端。當(dāng)它為低電平時(shí)，INH1，INH2，A，B，C，D都為低電平。當(dāng)系統(tǒng)被復(fù)位時(shí)用來(lái)阻止電機(jī)驅(qū)動(dòng)。11腳(CONTROL)——斬波器功能控制端。低電平時(shí)使INH1和INH2起作用，高電平時(shí)使A，B，C，D起作用。12腳(Vcc)——+5V電源輸入端。13腳(SENS2)——C相、D相繞組電流檢測(cè)電壓反饋輸入端。14腳(SENS1)——A相、B相繞組電流檢測(cè)電壓反饋輸入端。15腳(Vref)——斬波器基準(zhǔn)電壓輸入端。加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值。16腳(OSC)——斬波器頻率輸入端。一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)接至此引角以決定斬波器頻率，在多個(gè)L297同步工作時(shí)其中一個(gè)接到RC網(wǎng)絡(luò)，其余的此引角接地，各個(gè)器件的腳I(SYNC)應(yīng)連接到一起這樣可雜波的引入問(wèn)題如圖5所示。17腳(CW/CCW)—方向控制端。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向由繞組的連接方法決定。當(dāng)改變此引腳的電平狀態(tài)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。18腳(CLOCK)——步進(jìn)時(shí)鐘輸入端。該引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)步進(jìn)電機(jī)向前步進(jìn)一個(gè)增量，該步進(jìn)是在信號(hào)的上升沿產(chǎn)生。19腳(HALF/FULL)——半步、全步方式選擇端。此引腳輸入高電平時(shí)為半步方式(四相八拍)，低電平時(shí)為全步方式。如選擇全步方式時(shí)變換器在奇數(shù)狀態(tài)，會(huì)得到單相工作方式(單四拍)。20腳(RESET)——復(fù)位輸入端。此引腳輸入負(fù)脈沖時(shí)，變換器恢復(fù)初始狀態(tài)(ABCD=0101)。L297芯片中有兩個(gè)PWM產(chǎn)生器，其共有一個(gè)脈沖振蕩器。PWM產(chǎn)生器由一個(gè)比較器、一個(gè)觸發(fā)器和一個(gè)電阻組成。最后輸出恒定速率的PWM波形。其可以產(chǎn)生3種方式的驅(qū)動(dòng)脈沖：?jiǎn)嗡呐?，雙四拍和四相八拍。其控制十分簡(jiǎn)單，只需要控制方向引腳（17腳）的電平就能控制輸出不同方向的控制脈沖。而時(shí)鐘腳（18腳），控制輸入這個(gè)腳的脈沖頻率，就能控制芯片輸出脈沖信號(hào)的頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。3.2L298N電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N是一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，邏輯部分5v供電，接受5vTTL電平。其最高可以支持46V的供電電壓。最大的輸出驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)4A。還具有低的飽和電壓，溫度過(guò)高時(shí)能夠保護(hù)。是一種高電壓，大電流的雙全橋設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)芯片。他可以驅(qū)動(dòng)感性的負(fù)載如步進(jìn)電機(jī)。其引腳圖如圖所示。IN1-4是輸入端口，OUT1-4是輸出端口，ENA和ENB是使能端口。

3.3顯示電路設(shè)計(jì)顯示電路采用液晶顯示器。對(duì)于液晶顯示屏，大家應(yīng)該都是很熟悉的。早在1968年，美國(guó)的RCA公司就發(fā)現(xiàn)液晶分子根據(jù)電壓改變排列的特性，研發(fā)了世界第一臺(tái)液晶顯示器。后來(lái)，液晶顯示器逐漸用在了計(jì)算器、電子表、手機(jī)、MP3、醫(yī)用儀器上面。實(shí)際上液晶的發(fā)現(xiàn)比真空管還早，不過(guò)商用遲。雖然液晶顯示器是由RCA公司發(fā)明，不過(guò)后來(lái)是由日本的兩家顯示器巨頭索尼和夏普公司發(fā)揚(yáng)光大的。液晶顯示器本身不發(fā)光，需要外界光照射在其上面才能顯示，是被動(dòng)顯示器。其結(jié)構(gòu)包括上偏振片，上電極板，電極，下電極板，下偏振片、反射板。其顯示原理是：光線通過(guò)偏振片進(jìn)入電極，碰到反射板再反射，通過(guò)電極扭曲成不同形狀，控制反射的光，達(dá)到不同的反射效果。分類：1按照電光效應(yīng)分：可以分為點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)類、電流效應(yīng)類和電熱效應(yīng)類。2按照顯示內(nèi)容分：字段式，點(diǎn)陣字符式，點(diǎn)陣圖等.點(diǎn)陣字符式內(nèi)置192個(gè)字符，有數(shù)字、字母和標(biāo)點(diǎn)等。顯示的行數(shù)有1、2、4行。每行可以顯示8個(gè)、16個(gè)、20個(gè)等字符。3按照采光方式分：帶背光源的顯示器、不帶背光源的顯示器。3.3.1LM016L液晶模塊 LM016L采用了HD44780控制器。其與單片機(jī)通信既能采用4位，也能采用8位。HD44780控制器由兩個(gè)8位寄存器、指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）、忙標(biāo)志（BF）、顯示數(shù)據(jù)RAM（DDRAM）、字符發(fā)生器ROM（CGROM）、字符發(fā)生器RAM（CGRAM）、地址計(jì)數(shù)器（AC）。IR用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出；DR用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動(dòng)寫入顯示數(shù)據(jù)RAM和字符發(fā)生器ROM，或者暫存從顯示數(shù)據(jù)RAM和字符發(fā)生器ROM讀出的數(shù)據(jù)。BF為1時(shí)，液晶模塊處于內(nèi)部處理模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)。顯示數(shù)據(jù)RAM用來(lái)存儲(chǔ)顯示的字符，能存儲(chǔ)80個(gè)字符碼。字符發(fā)生器ROM由8位字符碼生成5*7點(diǎn)陣字符160種和5*10點(diǎn)陣字符32種。字符發(fā)生器ROM是為用戶編寫特殊字符留用的，它的容量?jī)H64字節(jié)?？梢宰远x8個(gè)5*7點(diǎn)陣字符或者4個(gè)5*10點(diǎn)陣字符。LM016L引腳：VSS接0V，VDD接5V。RSH/L，H為數(shù)據(jù)信號(hào)，L為指令信號(hào)。RWH/L，H為讀數(shù)據(jù)，L為寫數(shù)據(jù)。E高電平為使能信號(hào)。DB0-7為數(shù)據(jù)線。對(duì)LM016L的控制指令有：清除顯示、地址歸位、輸入模式設(shè)定、顯示開/關(guān)控制、功能設(shè)定、設(shè)定CGRAM的地址、設(shè)定DDRAM的地址、寫DDRAM/CGRAM、讀忙標(biāo)志和地址以及從DDRAM和CGRAM中讀數(shù)據(jù)。

3.4按鈕 按鈕時(shí)用來(lái)發(fā)指令或者開關(guān)電路的設(shè)備。其工作原理是（以常開按鈕為例）：按鈕按下前，電路斷開，按鈕按下后，電路接通。按照需要，一個(gè)按鈕可以有很多個(gè)觸頭。按鈕都用途很多，如日常的開關(guān)燈、開關(guān)電子設(shè)備、車床的啟動(dòng)停止，吊車的啟動(dòng)和停止等等。 按鈕一共由按鍵、動(dòng)作觸頭、復(fù)位彈簧、按鍵盒4個(gè)部分組成。在電氣圖中，用SB表示。3.5電源電路本設(shè)計(jì)并沒(méi)有采用電源模塊給單片機(jī)供電，因?yàn)榉€(wěn)壓電源模塊一般都要幾十元，提高了制作成本。而USB插口已經(jīng)普及，且其除了數(shù)據(jù)傳輸功能外，還具有提供單元的功能，其電源是5V，剛好適用于單片機(jī)。USB口有很多形狀，現(xiàn)在用的主要是A型USB和B型USB。尤其是A型USB正在進(jìn)一步替代B型USB。供電電路如圖圖4-6USB電路圖USB線通過(guò)USB接口，將5V電傳到板子上，給單片機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和LCD等設(shè)備供電。

第4章軟件設(shè)計(jì)完成硬件電路的搭建后，需要進(jìn)行程序的編寫，只有硬件與軟件聯(lián)調(diào)合適才能實(shí)現(xiàn)需要的功能。本章將進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。4.1主程序設(shè)計(jì)主程序主要是進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)部分的初始化和調(diào)用各個(gè)子程序。主程序流程圖如圖所示。圖 主程序流程圖程序開頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)行定時(shí)器的設(shè)置，用于電機(jī)速度的控制。然后調(diào)用速度計(jì)算子程序，電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于電機(jī)的原來(lái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和按下加速按鈕或是減速按鈕。電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片引腳高電平信號(hào)，同時(shí)給相應(yīng)的頻率的驅(qū)動(dòng)脈沖，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。顯示子程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)狀態(tài)的液晶顯示。4.2速度運(yùn)算子程序在此子程序中，單片機(jī)會(huì)進(jìn)行四個(gè)電機(jī)控制按鈕的引腳的電平，根據(jù)按下的信號(hào)，進(jìn)行電機(jī)正和反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)速的控制。 程序首先檢測(cè)4個(gè)按鈕的電平狀態(tài)，當(dāng)加速、減速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)按鈕按下時(shí)，分別進(jìn)行相關(guān)操作。然后根據(jù)現(xiàn)在的轉(zhuǎn)速，給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片正反轉(zhuǎn)電平信號(hào)，和目前速度對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)頻率信號(hào)。4.3顯示子程序該子程序中主要進(jìn)行顯示模塊的初始化，然后給液晶模塊發(fā)送顯示的位置和顯示的信息。首先檢測(cè)LCD是否繁忙，忙則繼續(xù)檢測(cè)。否則發(fā)送顯示坐標(biāo)，然后把在速度計(jì)算子程序中得到的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)動(dòng)速度發(fā)送給LCD。方向和速度值均采用查表方式得到顯示。

第五章Proteus仿真5.1Proteus簡(jiǎn)介 Proteus軟件是英國(guó)LabCenterElectronics公司開發(fā)的EDA軟件。這款軟件融合了單片機(jī)仿真、PCB電路設(shè)計(jì)到虛擬模型仿真的整個(gè)設(shè)計(jì)體系，使用十分方便。這款軟件在國(guó)內(nèi)由廣州風(fēng)標(biāo)電子公司代理，在國(guó)內(nèi)的推廣時(shí)間較短，但是由于其功能的強(qiáng)大和完備，已經(jīng)獲得了廣大單片機(jī)愛好者的青睞，廣受好評(píng)。 該軟件支持很多處理器型號(hào)，如8051、HC11，AVR等。2010年還加入了DSP系列，使其功能更加完備。5.2Proteus仿真 本設(shè)計(jì)采用了AT89C51單片機(jī)作為控制核心，該單片機(jī)型號(hào)在Proteus庫(kù)里，因此可以使用其進(jìn)行仿真。 首先是對(duì)電路有個(gè)大概的構(gòu)圖。然后按照思路，將需要的元器件拖入軟件的工作區(qū)。畫圖時(shí)應(yīng)該從單片機(jī)最小系統(tǒng)開始畫，先把它的復(fù)位電路和晶振振蕩電路等畫好。圖5-1復(fù)位與晶振電路圖本設(shè)計(jì)將P3.2、P3.3、P3.4、P3.5四個(gè)引腳作為電動(dòng)機(jī)的控制按鈕，分別為加速、減速、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)按鈕。這幾個(gè)引腳通過(guò)電阻接VCC，平時(shí)為高電平，當(dāng)按鈕按下時(shí)，為低電平。對(duì)于顯示模塊，數(shù)據(jù)引腳與單片機(jī)的P1腳相連，控制端RS、RW和E分別與單片機(jī)加的P2.0、P2.1、P2.2相連。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L297接線如圖所示。使能端ENABLE上拉。正反轉(zhuǎn)端口接單片機(jī)的P00，時(shí)鐘端口接單片機(jī)的P01。輸出端口接電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298的數(shù)據(jù)輸入端口IN1-4。當(dāng)正反轉(zhuǎn)引腳（17腳）收到不同的信號(hào)時(shí)，其輸出端ABCD輸出不同順序的驅(qū)動(dòng)信號(hào)給電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，使步進(jìn)電機(jī)按照不同的方向旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)控制器L297接線如圖所示。輸入信號(hào)IN1-4分別接電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298N的ABCD輸出引腳。5V電源給芯片供電，12V電源是給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。輸出OUT1-4分別與步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)引腳相連。整個(gè)電路搭建好后，雙擊圖中的單片機(jī)，在其中導(dǎo)入好的程序的HEX文件。然后就能進(jìn)行仿真了。仿真控制開關(guān)在左下角。圖仿真按鈕圖仿真開始時(shí)，速度初始值為120。初始轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)檎颍–W）。當(dāng)按下加速按鈕后電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，同時(shí)LCD顯示速度為125，每次按鍵，速度值以5為單位加減。再次按下加速鍵后，速度為130.按下減速鍵，速度減少5，為125按下反向按鈕，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變，同時(shí)LCD顯示轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)為反向旋轉(zhuǎn)（CCW）。

結(jié)論 本設(shè)計(jì)采用了51單片機(jī)作為主控芯片，L297和L298N作為電機(jī)控制芯片，LM016作為轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)和速度顯示器，設(shè)計(jì)了一個(gè)電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，加速和減速的功能。通過(guò)Proteus仿真驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的正確性。

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