輸出設(shè)備使用培訓(xùn)課件

第9章輸出設(shè)備

10.1發(fā)光二極管的應(yīng)用

常用的LED發(fā)光二極管應(yīng)用電路有四種，即直流驅(qū)動(dòng)電路、交流驅(qū)動(dòng)電路、脈沖驅(qū)動(dòng)電路、變色發(fā)光驅(qū)動(dòng)電路。使用LED作指示電路時(shí)，應(yīng)該串接限流電阻，該電阻的阻值大小應(yīng)根據(jù)不同的使用電壓和LED所需工作電流來選擇。LED參數(shù)的意義：（1）允許功耗：允許加于LED兩端正向直流電壓與流過它的電流之積的最大值。（2）最大正向直流電流：允許加的最大的正向直流電流。超過此值會(huì)損壞二極管。（3）最大反向電壓：所允許加的最大反向電壓。超過此值，LED發(fā)光二極管可能被擊穿損壞。（4）工作環(huán)境：LED發(fā)光二極管可正常工作的環(huán)境溫度范圍。低于或高于此溫度范圍，LED發(fā)光二極管將不能正常工作，效率大大降低。19.2發(fā)光二極管應(yīng)用實(shí)例

9.2.1設(shè)計(jì)要求用一個(gè)開關(guān)控制LED滅亮圖9.2.1點(diǎn)亮LED電路圖9.3流水燈應(yīng)用實(shí)例在做流水燈實(shí)例時(shí)，我們要考慮LED點(diǎn)亮的時(shí)間，亮的時(shí)間太長會(huì)影響整個(gè)過程的速度，但亮的時(shí)間過短，則我們眼睛觀察不到。所以，點(diǎn)亮LED的延時(shí)時(shí)間是制作流水燈的關(guān)鍵。延時(shí)的方法主要有兩種：程序延時(shí)和定時(shí)中斷。在很多情況下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器經(jīng)常被用作其他用途，這時(shí)候就只能用程序延時(shí)。9.3.1設(shè)計(jì)要求

如電路圖9.3.1所示，P1口上連接8個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)P1口管腳輸出低電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮。要求：循環(huán)移位點(diǎn)亮8位發(fā)光二極管，延時(shí)方式采樣程序延時(shí)。圖9.3.1流水燈原理電路圖9.4數(shù)碼管應(yīng)用

數(shù)碼管是單片機(jī)控制系統(tǒng)中最常見的外部元件，常用來指示系統(tǒng)采集值、系統(tǒng)存儲(chǔ)值或運(yùn)行的結(jié)果。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。9.4.1數(shù)碼管概述

數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)圖9.4.2共陽八段數(shù)碼管

圖10.4.3共陰八段數(shù)碼管9.4.2數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式

①靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指數(shù)碼管的每一個(gè)段選線（a~dp）都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用譯碼鎖存器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)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。②動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)是單片機(jī)應(yīng)用中最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)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(gè)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。9.5數(shù)碼管靜態(tài)顯示應(yīng)用實(shí)例

9.5.1設(shè)計(jì)要求如電路圖10.5.1所示，用一個(gè)共陽數(shù)碼管，循環(huán)顯示數(shù)值“0~F”，顯示變換時(shí)間為1s，由P1口輸出要顯示的數(shù)值。圖9.5.1數(shù)碼管顯示電路圖9.6數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示應(yīng)用實(shí)例

9.6.1設(shè)計(jì)要求用C編程，在一個(gè)8位8段數(shù)碼管上動(dòng)態(tài)顯示“76543210”，P2口做數(shù)碼管的位選通控制用，P1口做段碼輸出用。要求：人眼觀察到的每位數(shù)碼管都為靜態(tài)形式，不能出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。圖9.6.1共陰數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示電路圖9.7SMC1602液晶顯示器的應(yīng)用

1、液晶概述液晶（LiquidCrystal）是一種高分子材料，因?yàn)槠涮厥獾奈锢?、化學(xué)、光學(xué)特性，20世紀(jì)中葉開始廣泛應(yīng)用在輕薄型顯示器上。液晶顯示器（LiquidCrystalDisplay，LCD）主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。LCD通常按照顯示字符的行數(shù)和列數(shù)或液晶點(diǎn)陣的行、列數(shù)來命名，如1602表示每行顯示16個(gè)字符，共顯示2行，還有0801、0802、1601等為字符型液晶，只能顯示ASCII字符，如數(shù)字、大小字母和符號(hào)。還有圖形液晶如12864，由128行64列組成的點(diǎn)陣。每一個(gè)點(diǎn)都可以控制亮滅，從而可以顯示圖形或漢字。2、SMC1602的介紹1602液晶為5V電壓驅(qū)動(dòng)，帶背光，可兩行顯示，每行16個(gè)字符，不能顯示漢字，內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫。其顯示有兩種形式，一是在液晶的任意位置顯示字符；另一個(gè)是滾動(dòng)顯示一串字符。3、接口信號(hào)說明編號(hào)符號(hào)引腳編號(hào)符號(hào)引腳1Vss電源地9D2I/O口2Vdd電源正極10D3I/O口3VL對(duì)比度調(diào)節(jié)11D4I/O口4RS數(shù)據(jù)/命令12D5I/O口5R/W讀/寫13D6I/O口6E使能14D7I/O口7D0I/O口15BLA背光+8D1I/O口16BLLK背光-4、基本操作時(shí)序讀狀態(tài)輸入：RS=L,R/W=H,E=H 輸出:D0~D7=狀態(tài)字。讀數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=H,E=H 輸出:D0~D7=數(shù)據(jù)。寫指令輸入：RS=L,R/W=L,E=H,D0~D7=指令碼,E=H 輸出:無寫數(shù)據(jù)輸入：RS=H,R/W=L,E=H,D0~D7=數(shù)據(jù),E=H 輸出:無5、RAM地址映射圖控制器內(nèi)部有80個(gè)字節(jié)的RAM緩沖區(qū)，分2行，向00H—0FH，40H—4FH放數(shù)據(jù)可顯示，寫到10H-27H、50H-67H時(shí)，被隱藏，使用移屏指令移入可顯示區(qū)域顯示。6、狀態(tài)字說明STA0-STA6：當(dāng)前地址指針的數(shù)值STA7：忙碌位STA7=1忙碌

STA7=0空閑只有空閑時(shí)，才能對(duì)1602進(jìn)行讀寫操作STA7STA6STA5STA4STA3STA2STA1STA0注意：原則上每次對(duì)控制器進(jìn)行讀寫操作之前都必須進(jìn)行讀寫檢測(cè)，以確保STA7=0。但實(shí)際上，由于單片機(jī)的操作速度慢于液晶控制的反應(yīng)速度，因此可以不進(jìn)行讀寫檢測(cè)（或只進(jìn)行較短的延時(shí)即可）。7、數(shù)據(jù)指針設(shè)置

控制器內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù)地址指針，用戶可以通過它訪問內(nèi)部的全部80個(gè)字節(jié)的RAM。指令碼為：0x80+地址碼（00H-27H，40H-67H）8、其他設(shè)置指令碼功能01H顯示清屏，指針清0，所有顯示清002H顯示回車9、初始化設(shè)置（1）顯示模式設(shè)置指令碼0x38功能00111000設(shè)置16*2顯示，5*7點(diǎn)陣（2）顯示開/關(guān)及光標(biāo)設(shè)置指令碼功能00001DCBD=1開顯示D=0關(guān)顯示C=1顯示光標(biāo)C=0隱藏光標(biāo)B=1光標(biāo)閃爍B=0光標(biāo)不閃爍000001NSN=1地址指針自動(dòng)加1，N=0地址指針自動(dòng)減1S=1寫一個(gè)字符時(shí)，整屏左移（N=1）或右移（N=0）S=0寫一個(gè)字符時(shí)，整屏不動(dòng)00010000光標(biāo)左移00010100光標(biāo)右移00011000整屏右移，光標(biāo)跟隨移動(dòng)00011100整屏左移，光標(biāo)跟隨移動(dòng)10、讀寫操作時(shí)序1602讀操作時(shí)序如圖9.7.4所示。1602寫操作時(shí)序如圖9.7.5所示。9.81602應(yīng)用實(shí)例

9.8.1設(shè)計(jì)要求使用LCD1602顯示兩行字符。第一行顯示：ILOVEMCS，第二行顯示：NEUQ，設(shè)置兩個(gè)按鍵控制LCD的顯示和清屏。圖9.8.1LCD1602顯示連接電路9.9SMG12864液晶顯示器的應(yīng)用

12864是一種圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，可完成圖形顯示，也可以顯示8×4個(gè)（16×16點(diǎn)陣）漢字。12864內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理12864的基本操作時(shí)序12864的讀時(shí)序圖如圖9.9.3所示。12864的寫時(shí)序圖圖9.9.4所示。9.1012864應(yīng)用實(shí)例

9.10.1設(shè)計(jì)要求用16824滾動(dòng)顯示一行文字“東秦電子創(chuàng)新基地”。圖9.10.112864連接原理圖9.11直流電機(jī)控制

1、直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)（1）調(diào)速范圍廣，且容易平滑調(diào)節(jié)（2）過載、起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。（3）易于控制，可靠性強(qiáng)（4）調(diào)速時(shí)的能量損耗小。所以，調(diào)速要求高的場(chǎng)所，如軋鋼機(jī)、輪船推進(jìn)器、電車、電氣鐵道索引、高爐送料、造紙、紡織、吊車、挖掘機(jī)等方面，直流電機(jī)均得到廣泛的應(yīng)用。2、直流電機(jī)的構(gòu)造分為兩部分：定子與轉(zhuǎn)子。定子包括：主磁極、機(jī)座、換向極、電刷裝置等。轉(zhuǎn)子包括：電樞鐵芯、電樞繞組、換向器、軸和風(fēng)扇等3、直流電機(jī)的工作原理直流電動(dòng)機(jī)的工作原理大致應(yīng)用了“通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的作用”的原理，勵(lì)磁線圈兩個(gè)端線通有相反方向的電流，使整個(gè)線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。圖9.11.1直流電機(jī)工作原理圖4.直流電機(jī)的參數(shù)轉(zhuǎn)矩---電機(jī)旋轉(zhuǎn)的力矩kg.m或N.m轉(zhuǎn)矩系數(shù)：一般表示每安培點(diǎn)樞電路所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小摩擦轉(zhuǎn)矩：電刷，轉(zhuǎn)軸，換向單元摩擦轉(zhuǎn)矩?fù)p失啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)速：r/min（轉(zhuǎn)/分）電樞電阻，電樞電感，電氣時(shí)間常數(shù)，機(jī)械時(shí)間常數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，反電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，功率密度5、電機(jī)的三種調(diào)速方法改變磁通改變電壓改變轉(zhuǎn)子繞組回路電阻9.12直流電機(jī)控制實(shí)例

9.12.1設(shè)計(jì)要求如電路圖10.12.1所示，使用DAC0832將單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓，通過調(diào)節(jié)單片機(jī)P2口輸出的數(shù)值來改變加在直流電動(dòng)機(jī)兩端的電壓，以此來控制直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電壓表實(shí)時(shí)顯示直流電動(dòng)機(jī)兩端當(dāng)前的電壓。要求：使用DAC0832的直通方式進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換便可，且至少用一個(gè)按鍵來控制輸出電壓的大小（用中斷方式來完成電壓的改變）。圖9.12.1直流電動(dòng)機(jī)連接電路圖

9.13步進(jìn)電機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況的下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)送一個(gè)脈沖信號(hào)，則電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。由于此線性關(guān)系，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等，使其在速度、位置等控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。9.13步進(jìn)電機(jī)控制

步進(jìn)電機(jī)按其勵(lì)磁方式分類，可分為反應(yīng)式、感應(yīng)子式和永磁式。其中反應(yīng)式比較普遍，結(jié)構(gòu)也比較簡單，所以在工程上應(yīng)用較多。步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及實(shí)物如圖9.13.1所示。1、步進(jìn)電機(jī)的控制原理三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理，如圖9.13.2所示。A相通電，B、C相不通電時(shí)，由于勵(lì)磁磁通力圖沿磁阻最小路徑通過，因此對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁引力，轉(zhuǎn)子齒1與A對(duì)齊B相通電，C、A相不通電時(shí)，齒2與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過1/6πC相通電，A、B相不通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再次逆時(shí)針轉(zhuǎn)過1/6π然后，A、B、C、A……連續(xù)間隔通電，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)連續(xù)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)如按C、B、A、C、B……順序通電，則會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的定子繞組每改變一次通電狀態(tài)，就叫“一拍”，通電狀態(tài)循環(huán)改變一周所包含的狀態(tài)數(shù)稱為“拍數(shù)”（N），轉(zhuǎn)子的齒數(shù)用Zr表示，轉(zhuǎn)子的齒與齒之間的角度稱為“齒距角”θt；轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為“步距角”θb；則θt=360/Zr,θb=360/(Zr*N)三相步進(jìn)電機(jī)的通電方式有3種:三相單三拍:A->B->C->……C->B->A->……三相雙三拍:AB->BC->CA->……AC->CB->BA->……三相六拍:A->AB->B->BC->C->CA->……A->AC->C->CB->B->BA->……由此可知:步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)速由導(dǎo)電次數(shù)(脈沖數(shù))和脈沖頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,而方向由導(dǎo)電順序決定.轉(zhuǎn)速問題步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與供電電壓關(guān)系不大,只與各相繞組的通電和斷電的頻率有關(guān).電機(jī)的轉(zhuǎn)速單位(r/min)n=(60*f)/(Zr*N)Zr為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)是固定的,N為拍數(shù),確定后也是固定的,那么n只與脈沖的f有關(guān)系.9.14步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)例

9.14.1設(shè)計(jì)要求采用定時(shí)中斷方式來控制步進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)速，定時(shí)單位時(shí)長為1ms。要求：把步進(jìn)機(jī)的速度設(shè)置在1、2、3、4四個(gè)檔位內(nèi)，1檔速度最快，依次遞減。要求能夠控制步進(jìn)電機(jī)的停、轉(zhuǎn)和方向，并同時(shí)顯示步進(jìn)機(jī)的當(dāng)前檔位。圖10.14.1四相步進(jìn)機(jī)連接電路圖9.15頻率測(cè)量控制實(shí)例

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，經(jīng)常要對(duì)一個(gè)連續(xù)的脈沖波頻率進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于轉(zhuǎn)速、位移、速度、流量等物理量的測(cè)量，一般也是由傳感器轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)，采用測(cè)量頻率的手段實(shí)現(xiàn)使用單片機(jī)測(cè)量頻率或周期，通常是利用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器來完成，測(cè)量的基本方法和原理主要有：測(cè)頻法：在限定的時(shí)間內(nèi)（如1s）檢測(cè)脈沖的個(gè)數(shù)測(cè)周法：測(cè)量采樣N個(gè)脈沖所用的時(shí)間9.15.1設(shè)計(jì)要求用測(cè)頻法設(shè)計(jì)一個(gè)頻率測(cè)量儀。要求：將單片機(jī)的T0、T1分別作計(jì)數(shù)器、定時(shí)器使用。圖9.15.1頻率測(cè)量儀原理圖9.16PWM調(diào)制控制

脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，它最初是在無線電技術(shù)中用于信號(hào)的調(diào)制，后來在電機(jī)調(diào)速中得到了很好的應(yīng)用，形成了獨(dú)特的PWM控制技術(shù)。PWM技術(shù)廣泛應(yīng)用于測(cè)量、通信、功率控制與變換等許多領(lǐng)域。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。1、PWM（脈沖寬度調(diào)制PulseWidthModulation）原理脈沖寬度調(diào)制波通常由一列占空比不同的矩形脈沖構(gòu)成，其占空比與信號(hào)的瞬時(shí)采樣值成比例。圖9.16.1所示為脈沖寬度調(diào)制系統(tǒng)的原理框圖。

占空比：高電平時(shí)間與周期的比值t1/Tt2/T等等2、PWM的生成方法PWM的生成方法很多，目前在大部分單片機(jī)中都包含了PWM控制器，但在學(xué)習(xí)單片機(jī)課程和進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)時(shí)，常用到的單片機(jī)是AT89系列的單片機(jī)，這一系列的單片機(jī)中沒有PWM控制器，如果要輸出PWM信號(hào)，就要麻煩一些。我們可以用一些能產(chǎn)生脈沖的芯片來產(chǎn)生PWM信號(hào)，如555定時(shí)器；也可以用單片機(jī)的延時(shí)原理或定時(shí)器來產(chǎn)生PWM。下面就給大家演示一個(gè)用AT89系列單片機(jī)的延時(shí)程序產(chǎn)生PWM信號(hào)的方法。9.17PWM控制電機(jī)應(yīng)用實(shí)例

9.17.1設(shè)計(jì)要求設(shè)系統(tǒng)晶振為12MHz，產(chǎn)生脈沖頻率為1Hz，占空比可調(diào)范圍：0~100%，以10%步進(jìn)。要求：允許延時(shí)有誤差，但誤差不能過大。圖9.17.1PWM電路連接原理圖9.18小結(jié)

本章內(nèi)容雖然比較多，但是知識(shí)點(diǎn)都比較簡單，