4乘4矩陣鍵盤輸入數(shù)碼管顯示四位數(shù)

1、綜合課程設(shè)計三相步進電機控制器電路的設(shè)計學(xué)生姓名指導(dǎo)教師課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計說明步進電機是工業(yè)過程控制及儀表控制中的主控元件之一， 作為執(zhí)行元件其特 點為能夠快速起啟停、 精度高且能直接接收數(shù)字量， 由于這些特點使其在定位場 合得到了廣泛的應(yīng)用。設(shè)計一個三相步進電機控制器，使其能夠控制步進電機的工作狀態(tài)，如步進 電機正、反轉(zhuǎn)，步進電機的工作方式等。用鍵盤設(shè)定步進電機的工作頻率，工作方式，并用數(shù)碼管顯示設(shè)定值，可以 通過按鍵來更換顯示內(nèi)容。 用示波器觀測三相的輸出波形， 并用數(shù)碼管顯示電路 的工作狀態(tài)。二、技術(shù)指標(biāo)步進電機的工作頻率為： <10kHz三、設(shè)計要求1進行方案論證，提出一個合

2、理的設(shè)計方案并進行理論設(shè)計；2對所設(shè)計的方案部分進行調(diào)試；3在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。4設(shè)計測量調(diào)試電路。四、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。五、推薦參考資料1謝自美電子線路設(shè)計實驗測試.M武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000 年2. 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . M 北京：高等教育出版社， 2006年3. 童詩白、華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . M 北京：高等教育出版社， 2006年4.付家才. 電子實驗與實踐 . M 北京：高等教育出版社， 2004年5沙占友、李學(xué)芝著 .中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術(shù) . M 北京：人民郵電出版社， 199

3、3年六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績評定表評語、建議或需要說明的問題：指導(dǎo)教師簽字：日期：成績沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計一、概述本次畢設(shè)的題目是：三相步進電機控制電路的設(shè)計。本次畢設(shè)使用80C51單片機作為主控芯片，利用 ULN2003A集成電路作為三相步進電機的驅(qū)動電路， 采用單極性驅(qū)動方式，使三相步進電機能在（1）三相單三拍，（2）三相雙三拍，（3）三相六拍三種工作方式下正常工作；能實現(xiàn)的功能有 ：啟動/停止控制、方 向控制；速度控制；用LED數(shù)碼管顯示工作方式。鍵盤輸入工作頻率。本次課程 設(shè)計采用80C51單片機作為主控芯片，程序采用 C語言來編寫，驅(qū)動電路

4、采用 ULN2003A集成電路，顯示采用 7SEG-MPX4-CC卩四位共陰數(shù)碼管，P0接段碼， 并用8只1K歐左右電阻上拉。P2的4位10 口接位選碼。正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示1。 反轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示2.不轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示0.采用Proteus軟件進行仿真。在Keil uVsuon3編程環(huán)境下編程和編譯生成 HEX文件，導(dǎo)入到80C51單片機，實現(xiàn)對各 個模塊的控制，實現(xiàn)我們所需要的功能。本次課程是對畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)設(shè)計， 即實現(xiàn)4x4鍵盤輸入，數(shù)碼管顯示輸入 數(shù)字的設(shè)計。二、方案論證1步進電機驅(qū)動方案選擇方案1 :使用功率三極管等電子器件搭建成功率驅(qū)動電路來驅(qū)動電機的運 行。這種方案的驅(qū)動電路的優(yōu)點是使

5、用電子器件聯(lián)接，電路比較簡單，但容易受干擾，信號不夠穩(wěn)定，缺點是器件較大而不便電路的集成，使用時很不方便，聯(lián) 接時容易出錯誤。方案2:使用專門的電機驅(qū)動芯片 ULN2003A來驅(qū)動電機運行。驅(qū)動芯片的 優(yōu)點是便于電路的集成，且驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動信號很穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境的 干擾，因而設(shè)計的三相步進電機控制系統(tǒng)性能更好。通過對兩種方案的比較，我選擇方案 2使用ULN2003AS機驅(qū)動芯片來作為 驅(qū)動。2數(shù)碼管顯示方案選擇方案1：把所需要顯示的數(shù)據(jù)通過專用的七段顯示譯碼器 （例如7448）的轉(zhuǎn) 換輸出給LED顯示屏。優(yōu)點是輸出比較簡單，可以簡化程序，但增加了芯片的費 用，電路也比較復(fù)雜。方案2:通

6、過程序把所要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為七段顯示的數(shù)據(jù)，直接通過單片機接口來顯示，其優(yōu)點是簡化了電路，但增加了軟件編寫的負(fù)擔(dān)。通過對兩種方案進行比較，我選擇通過軟件編寫來輸出顯示信號，即單片機 直接和顯示器相連。3控制狀態(tài)的讀取方案1:把按鍵接到單片機的中斷口，若有按鍵按下，單片機接收到中斷信號，再通過軟件編寫的中斷程序來執(zhí)行中斷，優(yōu)點是接線簡單，簡化了電路，但 軟件編寫較為復(fù)雜，不易掌握。方案2:不使用中斷，直接把開關(guān)分別接在單片機的接口上，通過查詢端口 信號來動作。通過對方案的比較，我選擇通過中斷來讀取端口信號。三、控制系統(tǒng)的工作原理1三相步進電機控制工作原理(1) 步進電機的工作原理圖1步進電機三相接線

7、圖如圖1所示，U1、VI、W1接電源，分別有三個開關(guān)控制，U2 V2、W2分別 接地。如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大 (即最小磁阻位置)位置轉(zhuǎn)動，即向趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。(2) 步進電機的工作方式三相步進電機可以在三相單拍，三相雙拍和三相六拍三種工作過方式下工 作。在三相單三拍工作方式運行時，通電順序為：A-B-C-A;三相雙三拍工作方式 運行時，通電順序為：AB-BC-CA-AB三相六拍工作方式運行時，通電順序為： A-AB-B-BC-C-CA-A，因此要輸出相應(yīng)的控制字進行控制。步進電機的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)。若步進電機的勵

8、磁方式為 三相六拍,即A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電換相，即則電機就反轉(zhuǎn)。其他 方式情況類似。(4) 步進電機的啟?？刂撇竭M電機由于其電氣特性，運轉(zhuǎn)時會有步進感，即振動感。為了使電機轉(zhuǎn)動平滑，減小振動，可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，可以減小步進電機的步進角，提高 電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉(zhuǎn)時，為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑， 則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進電機的轉(zhuǎn)軸，使步進電 機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。(5) 步進電機的速度控制脈沖的頻率越高，電動機運轉(zhuǎn)的速度越快，否則，速度就越慢。因而通過延 時程序控制輸出脈沖的頻率，就可以實現(xiàn)對步

9、進電機速度的控制。2控制系統(tǒng)的設(shè)計思路此次我所設(shè)計的是一個三相步進電機控制系統(tǒng)，主要由單片機80C51, 3相步進電機，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計而成。可以通過開關(guān)來控制系 統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，用開關(guān)來控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起， 同樣由開關(guān)來選擇工作模式。運轉(zhuǎn)時，用7段數(shù)碼管來顯示工作狀態(tài)。最后根據(jù) 思路所設(shè)計出來的硬件圖設(shè)計相適應(yīng)的軟件。3控制系統(tǒng)的整體框圖圖2為系統(tǒng)總體設(shè)計整體框圖，單片機80C51, ULN2003A驅(qū)動芯片，三相步 進電機，7段LED數(shù)碼管等一些電路模塊組成。圖2系統(tǒng)的整體框圖4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計設(shè)計一個單片機三相步進電機控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下

10、功能：（1）用4x4鍵盤輸入步進電機的工作頻率及工作狀態(tài)，如單三拍、雙三拍、三 相六拍。（2） 正轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示1,反轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示2,不轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示0；（3）用數(shù)碼管顯示工作狀態(tài)。四、電路設(shè)計1. 單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)由晶振、瓷片電容、電解電容、電阻、開關(guān)及電源組成。單片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容的大小直接影響單片機的復(fù)位時間，一般采用1030uF, 51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短；單片機最小系統(tǒng)晶 振可以采用6MHz或者11.0592MHz，在正常工作的情況下可以采用更高頻率的 晶振；51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越 大處理速度越快

11、，單片機最小系統(tǒng)起振電容一般采用 1533pF，并且電容離晶振 越近越好，晶振離單片機越近越好。>XTAl IML2RSTPO O/ADO FO.1 /AD1 FO.2/AD2 P0.3JW3PH 4/A-J4PO.S/AD5 Pi：i.G/ADC FO.7/AD7帆比»33¥P10 P11P12F 3P14P1SP1 £P1 7FSEN ALE EZ"J0/A8P2.1 me r2.2/A10PZ.4/A12P2.S/A13P2.SJA14 r2.7/A16一冇F'l . P-1 .1P1 .2FM .3Fl .4PI ,5P1 .BP-

12、1 7F3 .njRXD P3.1JTXD P3.2/INTQ P3.3/INT1P3,4/TO F3,5rrnP3.6/WRPS 7辰hATU3C51圖3單片機最小系統(tǒng)2.4x4矩陣鍵盤電路首先，對P1賦值使P仁0x11，然后令第一行即P17等于零，如果第一行有按鍵按下，則P0至P3的值會發(fā)生變化：如果第一個按鍵按下，則P10等于0；如果第二個按鍵按下，則P11等于0;如果第三個按鍵按下，則 P12等于0;如 果第四個按鍵按下，則P13等于0。按此規(guī)律，直至四行掃描完畢。土 HiL?7pi?a書-1:P1+T7-P1J0專曲P1.IR.1JT：>P12P3 2(nT啲P3 3MTTP3

13、ATD制占陽如151JSP3.OPI.?4帥為C.,rxTfr 41CCXZL±-fCZL0fl 01右-1°-5&11_a*圖4矩陣鍵盤3.數(shù)碼管顯示電路四位7段數(shù)碼管，位選端接P2 口，段選端通過排阻連接到接 P0 口，掃描5沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計函數(shù)掃描，使數(shù)碼管不斷顯示輸入數(shù)據(jù)RP2h(tSPAGK-31234PO.tWADOP0.VAD1PC.2/AD2P0.3/AD3P0.4/AD4M.5/AD5P0.S7ADBR0.7/AD7P2.O/A8P2.1/A9 P2.3/Ain P? 3/A11P? 4/A12 P2.5MVI3P2.6TA1439&#

14、163;p貂D1孫&2ME陽35E34.33.632 P?22-iL.2D3圖5數(shù)碼管顯示電路五、軟件設(shè)計1主程序流程圖主函數(shù)進行鍵盤掃描，將按鍵值給顯示函數(shù)，顯示函數(shù)對按鍵值進行處理。沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計圖6主函數(shù)流程圖2顯示函數(shù)流程圖23圖7顯示模塊的程序框圖六、性能的測試1、輸入、顯示一位數(shù)字RP2圖8顯示一位數(shù)字2、輸入、顯示兩位數(shù)字EAL31310P* 1 FU ri jF« * FU ri$ Pi?WfAkB rfi. iLKii iiQsia 【電五* rPT>*5H IqEE1-.尹g1/PJi-1-二；gg -Lrz."!二 F：Jr

15、l3 FZjO.1 rFSJAIf4* iirtKfH4i- : bajfrn ra*rfl nsT' rsjfjTI ?3f nc圖9顯示兩位數(shù)字3、輸入、顯示三位數(shù)字AU2!A AL XT .".i-t阿ET4 L li LfTKiPl.i/H umra.r-pn IfiU-l psafiws'U-A1 >.丄 ADAjlfiPDubU>.rT3S*F3 I*, rifeniil FXfdiH U p riBH ua I'j. «!» PM MMz3圖10 顯示三位數(shù)字4、輸入、顯示四位數(shù)字R171-t-QIVv- LU I

16、I- » T1 rCLAC'2 *1 ¥- I 1 <> I I -I rcrU7/KD7圖11顯示四位數(shù)字七、結(jié)論鍵盤輸入0到9的任意數(shù)字，數(shù)碼管顯示；再次輸入任意數(shù)字，前一位數(shù) 字向前移位，作為十位數(shù)字，后輸入數(shù)字，作為個位數(shù)字；按此規(guī)律，可以輸入 任意一位、兩位、三位或四位數(shù)字。八、性價比本設(shè)計用簡單的常用的器件以及易編寫的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了要求功能。51單片機價格便宜甚至實驗室即可提供；共陰數(shù)碼管相較液晶顯示，不盡價格便宜， 而且簡單、易實現(xiàn)，4x4鍵盤既是簡單的按鍵開關(guān)；電容、電阻等價格幾乎不計，所有這些器件實驗室都能提供，成本只有幾十元。性價比偏

17、高。九、課設(shè)體會經(jīng)過一個月的努力和付出，完成了本次課程設(shè)計，通過本次課程設(shè)計提高了 我的設(shè)計方案和分析問題的能力，加深了對理論知識的理解，做到了理論知識與 實踐的聯(lián)系。學(xué)會了 Proteus這個仿真軟件的運用，積累進行課程設(shè)計的經(jīng)驗。其次，通過本次課程設(shè)計，大大提高了自己的動手能力和設(shè)計能力，加深對Proteus軟件功能的理解，學(xué)會用這個軟件設(shè)計三相步進電機控制系統(tǒng)，將理論 知識與實踐相聯(lián)系，為以后在學(xué)習(xí)和工作的發(fā)展打下一個良好的基礎(chǔ)。然后，通過該課程設(shè)計，初步理解了利用計算機控制技術(shù)進行三相步進電機控制系統(tǒng)的 設(shè)計。最后，我明白：知識不是孤立的，相互之間有聯(lián)系的，我們要學(xué)會理解知識 點以及學(xué)

18、科之間的融合滲透。本次課程設(shè)計涉及到了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)， 微機技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)等眾多知識，因而我們需要把把各個學(xué)科之間的知識融 合起來，形成一個整體。認(rèn)識到 Proteus這個軟件的強大功能，為以后的學(xué)習(xí)和 工作打下基礎(chǔ)。我相信未來是屬于我們的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)的應(yīng)用將將越來 越廣泛，發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻1 閻石主編數(shù)字電子技術(shù).M北京：高等教育出版社，2006年2 陳振官等編著.新穎高效聲光報警器.M北京：國防工業(yè)出版社，2005年3 王東峰等主編.單片機C語言應(yīng)用100例.M北京：電子工業(yè)出版社，2009 年4 胡耀輝等主編.單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經(jīng)典.M北京：

19、冶金工業(yè)出版社，2006 年李鴻主編.單片機原理及應(yīng)用.M湖南：湖南大學(xué)出版社，2005年 譚浩強主編.C語言程序設(shè)計.M北京：清華大學(xué)出版社，2005年附錄I總電路圖RP2f.BSffASkg«nB &!bPMOa P31lJ>9F33K ph少mtlP3»K PH 抄T CT X W »FTaza*s2«4蚩4一遙圖12 總電路圖附錄II元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1單片機AT89C5112C1電容瓷片電容13C2電容瓷片電容14C3電容電解電容15K開關(guān)按鍵開關(guān)176U2A四輸入與門74LS2117RP2排阻Respack-81

20、8P數(shù)碼管7SEG19VCC電源5V直流源210GROUND地接地111附錄皿源程序#in clude<reg51.h>#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned char sbit P17=P1A7;sbit P16=PM6;sbit P15=P1A5;sbit P14=P1A4;uint count=0,num=0,k;uchartable=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c.0x39,0x5e,0x79,0x71;延時子程序*vo

21、id delay( uint i)uint j;for(;i>0;i-) for(j=0;j<125;j+);*矢口陣鍵盤掃描子稈序 *uint keysca n()uchar temp,ke ynum;P仁 0xff;掃描第一行*P17° *temp=P1;temp&=0x0f;if(temp!=0x0f)delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) temp=P1;temp&=OxOf;switch(temp)case OxOe:ke ynum=O;break;case OxOd:ke ynum=

22、1;break;case OxOb:ke ynum=2;break;case 0x07:ke ynum=3;break; while(temp!=OxOf)temp=P1;temp&=OxOf; 掃描第二行*P1=0xff;P16° *temp=P1; temp&=OxOf; if(temp!=OxOf) delay(10);temp=P1;temp&=OxOf;if(temp!=OxOf)temp=P1;temp&=OxOf;switch(temp)case OxOe:ke ynum=4;break;case OxOd:ke ynum=5;break

23、;case OxOb:ke ynum=6;break;case 0x07:ke ynum=7;break;while(temp!=OxOf)temp=P1;temp&=OxOf; P1=0xff;掃描第三行*P15o； *temp=P1; temp&=0x0f;if(temp!=0x0f)delay(10);temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) case 0x0e:ke ynum=8;break;case 0x0d:ke ynum=9;break;case 0x0b:ke ynum=10;break;case 0x07:ke ynum=11;break; while(temp!=0x0f)temp=P1;temp&=0x0f;P1=0xff;P14=0;* *temp=P1;temp&=0x0f;if(temp!=0x0f)delay(10); t