數(shù)控步進(jìn)電機(jī)相關(guān)知識(shí)范本

1、60/60第一章 數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1-1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度，那個(gè)角度稱為步距角,簡(jiǎn)稱為步距。（本數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為15度）脈沖一個(gè)一個(gè)地輸入，電動(dòng)機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)便因之而命名。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的操縱繞組，由環(huán)行分配器送來的電脈沖對(duì)多相定子繞組輪流進(jìn)行勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子本身沒有勵(lì)磁繞組的叫做“反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)”，用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)”。步時(shí)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式盡管繁多

2、，但工作原理都相同。1-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)盡管是一個(gè)五臟俱全的計(jì)算機(jī)，但由于本身無開發(fā)能力，必須借肋開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件以及對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。因此，用戶要研制一個(gè)較完整的單片機(jī)產(chǎn)品時(shí)，必須完成以下幾步工作：硬件電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試；應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試；應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行（即脫離開發(fā)裝置）。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)時(shí)期，但各時(shí)期不是絕對(duì)分開的，有時(shí)是交叉進(jìn)行的。1-2-1步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn)生相互阻礙，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)

3、化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意如用軟件來實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)刻要比直接用硬件來實(shí)現(xiàn)花的時(shí)刻長(zhǎng)，而且占用CPU時(shí)刻。因此，選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這此因素。整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，解決的方法是增加驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器或者減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：鍵盤輸入電路設(shè)計(jì)、振蕩電路、中斷電路、復(fù)位電路、鍵盤輸入電路、數(shù)字顯示與驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路等。在完成各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)與

4、調(diào)試后，我們與軟件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，且達(dá)到了一個(gè)較為理想的結(jié)果。1-2-2數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是依照系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。應(yīng)用系統(tǒng)種類每秒多，應(yīng)用軟件各不相同，然而一個(gè)優(yōu)秀的應(yīng)用系統(tǒng)的軟件應(yīng)具有下列特點(diǎn)：軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理。各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化。如此，既便于調(diào)試、鏈接，又便于移植、修改。程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作方便。實(shí)現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件抗干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠性的有力措施。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采納匯編語(yǔ)言編程，程序編譯通過后，我們進(jìn)行了固化，并與系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，達(dá)到

5、了一個(gè)較令人中意的效果。本數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)總體開發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖如圖1所示:圖1單片機(jī)總體開發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖1-3數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體功能介紹本數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要緊完成以下功能:(1)步進(jìn)電機(jī)按鍵盤輸入電路設(shè)定的圈數(shù)，按A鍵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的圈數(shù)同時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)顯示已轉(zhuǎn)的圈數(shù)；(2)點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；(3)按依照事先設(shè)定，以三種不同的速度運(yùn)行；(4)依照事先設(shè)定，分不以4拍、8拍模式運(yùn)行；(5)通過按SW1鍵暫停步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行（現(xiàn)在數(shù)碼顯示暫停），松手步進(jìn)電機(jī)接著運(yùn)行。其鍵盤輸入數(shù)字排列如圖2所示:0123456789ABCDEF000102030405060708090A0B0C0D

6、0E0F鍵盤內(nèi)碼鍵 盤鍵盤內(nèi)碼鍵 盤圖2鍵盤輸入數(shù)字排列圖各個(gè)按鍵與其功能對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示：09ABCDEFSW1SW2數(shù)字鍵正逆轉(zhuǎn)啟動(dòng)鍵點(diǎn)動(dòng)執(zhí)行鍵返轉(zhuǎn)設(shè)定鍵1速度設(shè)定鍵2速度設(shè)定鍵8拍模式設(shè)定鍵暫停鍵復(fù)位鍵表1鍵盤功能對(duì)比表現(xiàn)在講明如下：“09”鍵：為數(shù)字鍵，用來預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)?！癆”鍵 ：A鍵為執(zhí)行鍵，按A，則步進(jìn)電機(jī)依照先前設(shè)定，執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)?！癇”鍵 ：點(diǎn)動(dòng)直行鍵。按“B”鍵則電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，松開則停止轉(zhuǎn)動(dòng)。“C”鍵 ：設(shè)定正反轉(zhuǎn)鍵。按“C”鍵則P3.0LED亮，表示反轉(zhuǎn)，再按P3.0熄為正轉(zhuǎn)，再按P3.0亮為反轉(zhuǎn)?！癉”鍵：速度1設(shè)定鍵，按D，則速度顯示數(shù)碼管顯示1?！癊”

7、鍵：速度2設(shè)定鍵，按E，則速度顯示數(shù)碼管顯示2。系統(tǒng)默認(rèn)速度0，現(xiàn)在速度顯示數(shù)碼管顯示0?！癋”鍵 ：設(shè)定8拍模式設(shè)定鍵。按F則設(shè)定8拍運(yùn)行模式。P3.4綠燈亮，表示8拍模式，再按綠燈熄，表4拍模式。如此循環(huán)。“SW1”鍵：暫停鍵，按INT1，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)暫停，圈數(shù)顯示數(shù)碼管在當(dāng)前顯示的圈數(shù)下停下，松手則步進(jìn)電機(jī)接著運(yùn)行?！癝W2”鍵 ：復(fù)位鍵。用來急停步進(jìn)電機(jī)數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件總體框圖如圖3所示：圖3數(shù)控步進(jìn)電機(jī)軟件系統(tǒng)框圖傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)一般采納模擬電路操縱，其電路復(fù)雜、功能較為單一，操縱也不夠靈活。而采納單片機(jī)操縱的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)操縱系統(tǒng)具有線路簡(jiǎn)單、操縱靈活、成本較低等諸多

8、優(yōu)點(diǎn)。以AT89C51為操縱核心的步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖如圖4所示：圖4數(shù)控步進(jìn)電機(jī)總體框圖第二章 數(shù)控步進(jìn)電機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)2-1數(shù)控步進(jìn)電機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題硬件設(shè)計(jì)需考慮下列幾點(diǎn)：(1) 盡可能選擇典型電路(2) 系統(tǒng)的擴(kuò)充與外圍裝置，應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，并留一些擴(kuò)充槽，以便進(jìn)行二次開發(fā)。(3) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件一并考慮。軟件有執(zhí)行的功能盡可能由軟件來執(zhí)行，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件執(zhí)行硬件的功能，其響應(yīng)時(shí)刻比直接使用硬件要長(zhǎng)，且占用CPU時(shí)刻。(4) 整個(gè)系統(tǒng)器件盡可能做到性能匹配。(5) 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)極其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線、通

9、道隔離等。(6) 單片機(jī)微處理器外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。解決方法是增加驅(qū)動(dòng)能力，或減少IC功耗，降低總線負(fù)載。2-2 系統(tǒng)各部分硬件電路介紹本數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)硬件電路由本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：最小單片機(jī)系統(tǒng)、鍵盤輸入電路、數(shù)字驅(qū)動(dòng)與顯示電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路等，下面一一進(jìn)行闡明。2-2-1單片機(jī)AT89C51最小系統(tǒng)AT89C51特點(diǎn):(1)本數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以AT89C51為操縱核心,如此一來，大大地簡(jiǎn)化；了電路。在單片機(jī)的選擇上，我們采納了AT89C51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)。片內(nèi)帶有一個(gè)4

10、KB的Flash可編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器。它采納了CMOS工藝和ATMEL公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS51兼容。片內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器同意在系統(tǒng)內(nèi)改編程或用常規(guī)的非易失性存儲(chǔ)器來編程。其要緊性能有以下幾個(gè)方面： 在開發(fā)過程中，采納內(nèi)部Flash存儲(chǔ)器，能夠十分容易進(jìn)行程序的灌制，如此以來就大大縮短了系統(tǒng)的開發(fā)時(shí)刻。提高了系統(tǒng)的效率，具我們了解目前AT89C51已成為51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)采納的主流產(chǎn)品。(2) 靜態(tài)時(shí)鐘方式 ：AT89C51單片機(jī)采納了靜態(tài)時(shí)鐘方式，能夠節(jié)約電能(3) AT98C51和8051插座兼容：AT89C51的引腳同8051的引腳一樣的

11、，因此我們?cè)谌〈?051時(shí)，能夠直接進(jìn)行代換，如此以來，大大方便了使用者，原有8051的資源我們能夠直接加以利用。(4) 可進(jìn)行反復(fù)系統(tǒng)試驗(yàn)：用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)步進(jìn)電系統(tǒng)時(shí)，我們可利用其反復(fù)電擦除功能，如此一來，大大節(jié)約了我們開發(fā)系統(tǒng)的時(shí)刻和經(jīng)費(fèi)。如此能夠保證我們的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)。其管腳圖如圖5所示 : 圖5 89C51的管腳圖其各個(gè)引腳功能如下：（1） 電源引用：Vcc（40腳）：供電源+5V。Vcc（20腳）：接地線。（2） 時(shí)鐘電路引腳：XTAL2（18腳）和XTAL（19腳）。利用內(nèi)部時(shí)鐘電路時(shí)，于XTAL1與XTAL2之間接晶體振蕩器，XTAL1為放大電路輸入端，XTAL2

12、為輸出端。在采納外部時(shí)鐘時(shí)， XTAL1端接地，XTAL2端接外部輸入時(shí)鐘脈沖。（3） 操縱信號(hào)引腳：RST/VPD（9腳）：接復(fù)位電路可實(shí)現(xiàn)復(fù)位；接+5V備用電源，當(dāng)斷電時(shí)，RAM中數(shù)據(jù)不丟失。ALE/PROG（30腳）：訪問片外存儲(chǔ)器時(shí)，ALE輸出作低位地址鎖存同意操縱；在對(duì)89C51片內(nèi)EPROM編程（固化）時(shí)，此腳用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN（29腳）：訪問片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此腳輸出負(fù)脈沖作為讀選通信號(hào)。EA(31腳)：該腳具有雙功能。EA操縱CPU執(zhí)行程序，當(dāng)EA端接高電平常，程序地址小于4KB訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)區(qū)；若超出4KB地址，則自動(dòng)執(zhí)行片外程序存儲(chǔ)器程序。當(dāng)EA端接低

13、電平常，EPU直接訪問片外存儲(chǔ)器。（4） 輸入/輸出口引腳：89C51共4個(gè)8位I/O口，占32個(gè)引腳。PO口（PO.0PO.7）為3932腳。P1口（P1.1-P1.7）為18腳。P2口（P2.0P2.7）為2128腳。P3口（P3.0P3.7）為1017腳。時(shí)鐘電路CPUROM時(shí)鐘電路CPUROMRAM定時(shí)器/計(jì)數(shù)器并行接口串行接口中斷系統(tǒng)圖6 89C51內(nèi)部功能圖2-2-2振蕩電路：本單片機(jī)系統(tǒng)的振蕩電路如圖7所示:圖7振蕩電路XTAL1為振蕩電路的輸入端，而XTAL2為振蕩電路的輸出端，單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘是利用其內(nèi)部的振蕩電路在XTAL1T和XTAL2引腳上外接石英晶體振蕩器（簡(jiǎn)稱晶振），

14、使內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生自激振蕩而產(chǎn)生的，晶振頻率能夠在1.212MHz之間任選，電容能夠在530pF之間選擇。在本系統(tǒng)中，振蕩電路晶振振蕩頻率為12M，通過2分頻后，作為系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)，在二分頻的基礎(chǔ)上再6分頻產(chǎn)生機(jī)器周期信號(hào)，如此本系統(tǒng)一個(gè)周期為1微秒。2-2-3中斷系統(tǒng)：中斷系統(tǒng)是為使處理機(jī)具有對(duì)外界異步事件的處理能力而設(shè)置的。當(dāng)中央處理機(jī)CPU正在處理某件事的時(shí)候外界發(fā)生了緊急事件請(qǐng)求，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理那個(gè)緊急事件。處理完以后，再回到原來被中斷的地點(diǎn)，接著原來的工作，如此的過程稱為中斷。實(shí)現(xiàn)這種功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，請(qǐng)示CPU中斷的請(qǐng)求源稱為中斷源。當(dāng)幾個(gè)中斷源同時(shí)向CP

15、U請(qǐng)求中斷，要求為它服務(wù)時(shí)，這就存在CPU優(yōu)先響應(yīng)那一個(gè)中斷源請(qǐng)求的問題。優(yōu)先處理最緊急事件的中斷請(qǐng)求源，即規(guī)定一個(gè)中斷源有一個(gè)優(yōu)先級(jí)不。CPU總是先響應(yīng)級(jí)不最高的中斷請(qǐng)求。AT89C51單片機(jī)提供了5個(gè)中斷源，其中兩個(gè)為外部中斷源，由INT0、INT1（P3.2、P3.3）輸入；兩個(gè)為片內(nèi)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出進(jìn)產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（用TF0、TF1做標(biāo)志）；另一個(gè)為片內(nèi)串行口產(chǎn)生的中斷請(qǐng)求（TI或RT）。這此中斷請(qǐng)求源分不由MCS-51的專門功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。中斷的同意和禁止由中斷同意寄存器（IE）操縱。中斷同意寄存器的字節(jié)地址為0A8H，可位導(dǎo)址，其格式如下： D7 D6

16、D5 D4 D3 D2 D1 D0EAESEAESET1EX1ET0EX0本系統(tǒng)用到的中斷為外部中斷1外部中斷電路：圖8外部中斷電路本系統(tǒng)的外部中斷電路的作用是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的暫停。通過按按按鍵SW1步進(jìn)電機(jī)暫停，數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字也暫停，再按按鍵SW1，步進(jìn)電機(jī)接著運(yùn)行。外中斷程序及講明如下：外中斷初始化: org 0036hajmp i1 ; 暫停外中斷SETB ea ；同意中斷請(qǐng)求SETB ex1；外部中斷1請(qǐng)求SETB PX1; 令外中斷1為高優(yōu)先CLR IT1 ；觸發(fā)方式為電平觸發(fā)暫停外中斷:i1: push a ；愛護(hù)現(xiàn)場(chǎng)push dph ；數(shù)據(jù)指針高8位push dpl ；數(shù)據(jù)指針

17、低8位mov a,r3 ；把R3內(nèi)的數(shù)據(jù)存入A后壓入棧push amov a,r0 ；把R0內(nèi)的數(shù)據(jù)存入A后壓入棧push a mov a,30h ；把所轉(zhuǎn)圈數(shù)的個(gè)位存入A后壓入棧push amov a,31h ；把所轉(zhuǎn)圈數(shù)的十位存入A后壓入棧push amov a,32h ；把最終顯示轉(zhuǎn)數(shù)數(shù)值存入A后壓入棧push aMOV P2,#0FFH ;使電機(jī)停止de02s:MOV 33H,#02H ；延時(shí)de1:mov 34H,#200de2:mov 35H,#126de3:djnz 35H,de3djnz 34H,de2djnz 33H,de1pop a ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)mov 32h,apop am

18、ov 31h,apop amov 30h,apop amov r0,apop amov r3,apop dplpop dphpop areti ；返回主程序2-2-4復(fù)位電路：MCS-51單片機(jī)的復(fù)位條件是在RST端出現(xiàn)正脈沖，并能保持10ms以上的高電平，其復(fù)位電路一般采納上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種形式，本系統(tǒng)復(fù)位如圖9所示： 圖9系統(tǒng)復(fù)位電路在本系統(tǒng)中C選用22F、R選用1K、R1選用200。復(fù)位便有效。系統(tǒng)復(fù)位后，各專用寄存器的初始狀態(tài)如表2所示:寄存器內(nèi)容寄存器內(nèi)容PC0000HTMOD00HA00HTCON00HB00HTH000HPSW00HTL000HSP07HTH100HDPTR0

19、000HTL100HP0P30FFHSCON00HIP(xxx00000B)SBUF不定IE(0 xx00000B)PCON(0 xxxxxxxB)表2 MCS-51單片機(jī)復(fù)位后各內(nèi)部寄存器的狀態(tài)2-2-5鍵盤輸入電路:電路講明:矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，如圖10所示，為一個(gè)44的行、列結(jié)構(gòu)能夠構(gòu)成一個(gè)有16個(gè)按鍵的鍵盤。專門明顯，在按鍵數(shù)量較多的場(chǎng)合，矩陣鍵盤與獨(dú)立式按鍵鍵盤相比，要節(jié)少專門多的I/O口。圖10鍵盤輸入電路圖機(jī)械按鍵的抖動(dòng)消除按鍵按下過程，列線的狀態(tài)如圖11所示:圖11鍵盤抖動(dòng)示意圖有關(guān)鍵盤的掃描與鍵值表將在后面軟件部分

20、介紹。2-2-6數(shù)字顯示與驅(qū)動(dòng)電路:數(shù)碼管:LED數(shù)碼管的外觀如圖12（a）所示，引腳及筆段排列如圖（b）所示，其中ag段用于顯示數(shù)字、字符的筆畫，dp顯示小數(shù)點(diǎn)，而3、8引腳連通，作為公共端。每一筆段是1個(gè)LED發(fā)光二極管。當(dāng)二極管負(fù)極接地時(shí)，若在它的正極接上高電平，就可使它發(fā)光。1英寸以下的LED數(shù)碼管內(nèi)，每個(gè)LED發(fā)光二極管導(dǎo)通壓降為1.2V2.5V；而1英寸及以上LED數(shù)碼管的每一筆段由多個(gè)LED發(fā)光二極管以串、并聯(lián)方式連接而成，筆段導(dǎo)通電壓與筆段內(nèi)包含的LED發(fā)光二極管的數(shù)目和連接方式有關(guān)。在串聯(lián)方式中，確定電源電壓Vcc時(shí)，每個(gè)LED工作電壓通常以2V計(jì)算。 圖12數(shù)碼管示意圖依照

21、LED數(shù)碼管內(nèi)各筆段LED發(fā)光二極管的連接方式，能夠?qū)ED數(shù)碼管分為共陰極和共陽(yáng)極兩大類。我們使用的是共陽(yáng)極LED數(shù)碼管，所有筆段的LED發(fā)光二極管的正極連在一起，如圖（c）所示。7447:在本系統(tǒng)中，我們使用了BCD七段字形譯碼器74LS47，現(xiàn)在介紹如下：“二一十進(jìn)制”的BCD碼要在數(shù)碼管上顯示出十進(jìn)制，就必須先把BCD碼變換成七段字形數(shù)碼所要求的筆劃代碼。我們把能夠?qū)CD碼變換成七段字形代碼；并使數(shù)碼管顯示出十進(jìn)制的集成電路叫做七段字形譯碼器。圖13 確實(shí)是74LS47型BCD七段譯碼器的外引線排列。表3 是七段字形譯碼器功能的真值表。DCBA為譯碼器的輸入端，ag為筆劃代碼輸出端，

22、接向共陰極七段數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)陽(yáng)極端。圖13 74LS47型BCD七段譯碼器的外引線排列數(shù)字輸入輸出DCBAAbcdefg012345678900000000110000111100001100110001010101011011011111111110011111011111111011011011101000101010001110100011111011表3七段字形譯碼器功能的真值表轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)字顯示電路如圖14所示:圖14數(shù)碼驅(qū)動(dòng)與顯示電路圖數(shù)字顯示程序如下：mov a,20h ;取碼值暫存入20Hxch a,30h ;現(xiàn)按鍵值存入30Hxch a,31h ;舊30H地址的值存入31Hmov

23、a,31h ;將30H，31H合并為兩位數(shù)swap a ;31H 為十位數(shù)orl a,30h ;加30H個(gè)位數(shù)mov 32h,a ;存入32H地址swap a ;把A里面的高四位和低四位交換mov p0,a ;輸出至P0顯示jmp l1 ；返回到鍵盤掃描注：轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)所顯示的值為數(shù)字鍵所鍵入值。2-2-7步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 一般電動(dòng)機(jī)差不多上連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故叫步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)沖信號(hào)，該電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過一定的角度（有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠直接輸出線位移，稱為直線電動(dòng)機(jī)）。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)必須加上驅(qū)支電路才能轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路的

24、信號(hào)輸入端必須輸入脈沖信號(hào)，若無脈沖輸入時(shí)，轉(zhuǎn)子保持一定的位置，維持靜止?fàn)顟B(tài)；反之，若加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子則會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。因此假如加入邊疆脈沖時(shí)，則轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度與脈沖頻率成正比。本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的步距角為15度，即一周為360度，需要24步進(jìn)數(shù)才能完成1轉(zhuǎn)。改變線圈勵(lì)磁的順序，能夠比較容易地改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。本電路是以AT98C51的P2低四位來推動(dòng)7404，以操縱勵(lì)磁信號(hào)的ON/OFF。若電動(dòng)機(jī)所接負(fù)載較大，可改以達(dá)靈頓管對(duì)電流放大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖15所指示，講明如下：(1) 89C51輸出端口每一位所能提供的電流太小，故需加驅(qū)動(dòng)器才足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。由于沒

25、有外加負(fù)載，因此僅用一個(gè)7404來放大。7404 :六反相器各門電路之間在邏輯上是完全獨(dú)立的，僅電源供電線路公用。=A如圖15所示：圖15六反相器7404(2) 由于線圈的特性是抵抗著電流的變化。當(dāng)Q1 ON時(shí)，電感L產(chǎn)生一反電勢(shì)阻止電流增加，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)造成高速特性不良；當(dāng)Q1 OFF時(shí)，電流可不能立即消逝，現(xiàn)在反電勢(shì)E=Leq o(sup 7(dI),sdo 3(dt)，將產(chǎn)生一極高的感應(yīng)電壓，若直接加于Q1的集電極將使Q1崩潰而燒毀。(3) 接上二極管D以消除反電勢(shì)愛護(hù)Q1。當(dāng)Q1 ON時(shí)，D為逆向偏壓，呈高陰抗，對(duì)線路無阻礙；當(dāng)Q1 OFF時(shí)，只要L的感應(yīng)電壓超過0.7V，D就ON，提供

26、L一個(gè)放電回路。圖16為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖:圖 16步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路圖第三章 數(shù)控步進(jìn)電機(jī)軟件設(shè)計(jì)3-1步進(jìn)電機(jī)軟件設(shè)計(jì)概述在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)依照系統(tǒng)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，并依照它們的聯(lián)系和時(shí)刻上的關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。通常在編制程序前先依照系統(tǒng)輸入和輸出變量建立起正確的數(shù)學(xué)模型，然后畫出程序流程框圖，要求流程框圖結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、合理，畫流程框圖時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)資源作具體的分配和講明。編制程序時(shí)一般采納自頂向下的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，先設(shè)計(jì)監(jiān)控程序再設(shè)計(jì)各應(yīng)用程序模塊。各功能程序應(yīng)模塊化、子程序化，如此不僅便于調(diào)試、鏈接，還便于個(gè)性和移植。在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

27、時(shí),軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一考慮,相結(jié)合進(jìn)行。當(dāng)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)定型后，軟件的任務(wù)也就明確了。下圖為步進(jìn)電機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖及系統(tǒng)框圖：開始開始系統(tǒng)定義軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立數(shù)學(xué)模型繪制程序流程圖編寫程序匯編在線仿真調(diào)試程序是否有錯(cuò)修改程序固化程序結(jié)束圖17步進(jìn)電機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖圖18數(shù)控步進(jìn)電機(jī)軟件系統(tǒng)框圖3-2 延時(shí)程序設(shè)計(jì) 延時(shí)程序在單片機(jī)匯編語(yǔ)言程序中使用特不廣泛。設(shè)計(jì)程序的關(guān)鍵是計(jì)算延時(shí)時(shí)刻。延時(shí)程序一般采納循環(huán)程序段兩個(gè)因素來確定延時(shí)時(shí)刻。關(guān)于循環(huán)程序段來講必須明白每一條指令的執(zhí)行時(shí)刻，那個(gè)地點(diǎn)涉及到幾個(gè)特不重要的概念時(shí)鐘周期、機(jī)器周期和指令周期。 時(shí)鐘周期T時(shí)鐘是計(jì)算機(jī)差不多時(shí)刻單

28、位，同單片機(jī)使用的晶振頻率有關(guān)。我們?cè)谠O(shè)計(jì)中所用的晶振頻率為12MHz，則f=12MHz，那么T時(shí)鐘=1/f=1/12M=83.33ns。 機(jī)器周期T機(jī)器是指CPU完成一個(gè)差不多操作所需要的時(shí)刻，機(jī)器周期的計(jì)算方法：T機(jī)器=12T時(shí)鐘=83.33ns12=1s。以下是1s的延時(shí)設(shè)計(jì)：Time: MOV R0,#100H ;延時(shí)1sTime2: MOV R1,#20H ;延時(shí)10msTime1: MOV R2,#7Dh ;延時(shí)0.5msTime0: NOPNOPDJNZ R2, Time0DJNZ R1, Time1DJNZ R0, Time2在這也可用DJNZ Rn,$代替NOP做空操作，在本

29、系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)中，消除鍵盤抖動(dòng)中，我們采納了延時(shí)程序。3-3鍵盤消除抖動(dòng)假如按鍵較多,硬件消抖將無法勝任,因此常采納軟件的方法進(jìn)行消抖在第一次檢測(cè)到有鍵按下時(shí),等待一段延時(shí)20ms的子程序后再確認(rèn)該鍵是否仍然保持閉合狀態(tài),假如保持閉合狀態(tài)則確認(rèn)為真正有鍵按下,從而消除了抖動(dòng)的阻礙。依照機(jī)械鍵盤的特性，抖動(dòng)的時(shí)刻在2030毫秒之間。因此，一般在推斷到有可能是按鍵按下之后，再延時(shí)2030毫秒，再推斷，這時(shí)差不多是鍵盤按下的穩(wěn)定時(shí)期。沒有抖動(dòng)了！keyin: mov r2,#4H ;消除抖動(dòng)( 20ms的延時(shí))d3:mov r7,#100H ;(5ms的延時(shí))d2:mov r6,#246Hdjnz

30、r6,$djnz r7,d2djnz r2,d3d4:mov a,p1 ;讀入鍵值xrl a,r4 ;比較剛才鍵盤值是否相同，相同表未放開jz d43-4鍵盤動(dòng)態(tài)掃描：行掃描法的過程是：先使輸出口P10f7h,從行開始掃,現(xiàn)在P1.0、P1.1、P1.2、P1.3=1110,接著移一位P1.0、P1.1、P1.2、P1.3=1101,如此一位位的掃，掃完一行后轉(zhuǎn)到下一列。掃描完四列后則返回到第一列從新掃描，當(dāng)有鍵按下時(shí)則P1.4、P1.5、P1.6、P1.7必有一位為0，如按下“0”鍵時(shí)，則讀到的P1.4、P1.5、P1.6、P1.7=1110。然后再通過鍵盤編碼讀入按鍵值。動(dòng)態(tài)掃描程序如下：

31、l1:mov r3,#0f7h ;鍵盤行掃描初值設(shè)置mov r1,#00h ;R1為至TABLE取碼的鍵盤計(jì)數(shù)指針 ;l2:mov a,r3 ;行掃描輸出mov p1,amov a,p1 ;鍵盤值臨時(shí)存入R4，以推斷按鍵是否放開mov r4,asetb cmov r5,#04h ;檢測(cè)4列l(wèi)3:rlc a ;將欲檢測(cè)的行位左移C內(nèi)jnc k1 ;檢測(cè)C=0？C=0表有鍵按下inc r1 ;未按，則計(jì)數(shù)指針加1djnz r5,l3mov a,32h ;顯示器地址?32h輸至P0顯示swap amov p0,amov a,r3setb crrc a ;掃描下一行mov r3,ajc l2jmp l

32、1;k1:mov a,r1 ;按鍵放開，載入計(jì)數(shù)指針值mov dptr,#tablemovc a,a+dptrcjne a,#0bh,keyin ;如按b鍵、則執(zhí)行步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行程序3-5鍵盤的編碼：關(guān)于獨(dú)式按鍵鍵盤，由于按鍵的數(shù)目較少，可依照實(shí)際需要靈活編碼。但關(guān)于矩陣式鍵盤，按鍵的位置由行號(hào)和列號(hào)唯一確定，因此分不對(duì)行號(hào)和列號(hào)進(jìn)行二進(jìn)制編碼，然后將兩值合成一個(gè)字節(jié)，高4位是行號(hào)，低4位是列號(hào)將是常直觀的。不管以何種方式編碼，勻應(yīng)以處理問題方便為原則，而最差不多的是鍵所處的物理位置即行號(hào)和列號(hào)，它是各種編碼之間相互轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)。編碼相互轉(zhuǎn)換可通過查表的方法實(shí)現(xiàn)。鍵值表如下：table:db

33、00h,01h,02h,03hdb 04h,05h,06h,07hdb 08h,09h,0ah,0bhdb 0ch,0dh,0eh,0fh 第四章 數(shù)控步進(jìn)電機(jī)的調(diào)試4-1數(shù)控步進(jìn)電機(jī)的調(diào)試概述系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，除發(fā)覺和解決程序錯(cuò)誤外，也能夠發(fā)覺硬件故障。程序調(diào)試一般是一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行，一個(gè)子程序一個(gè)子程度地調(diào)試，最后聯(lián)起來統(tǒng)調(diào)。利用開發(fā)工具的單步和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過檢查應(yīng)用系統(tǒng)的CPU現(xiàn)場(chǎng)、RAM和SFR的內(nèi)容以及I/O口的狀態(tài)，來檢查程序的執(zhí)行結(jié)果和系統(tǒng)I/O設(shè)備的狀態(tài)變化是否正常，從中發(fā)覺程序的邏輯錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)移地址錯(cuò)誤以及隨機(jī)的錄入錯(cuò)誤等。也能夠發(fā)覺硬件設(shè)計(jì)與工藝錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到其正確為止。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入實(shí)際工作，檢驗(yàn)其可靠性和抗干擾能力，