步進電機的單片機控制 課程設(shè)計

1、目錄一、本次課程設(shè)計的目的2二、本次課程設(shè)計的內(nèi)容和要求2三、步進電機的原理及選擇2 1、概述2 2、步進電機的分類3 3、步進電機的基本原理3 4、步進電機的主要特點6 5、步進電機的主要特性7 6、步進電機的測速方法7 7、步進電機的選擇8四、AT89C51單片機9 1、簡介9 2、主要特性10 3、管腳說明10五、硬件設(shè)計11 1、本設(shè)計使用的控制芯片11 2、LCD液晶顯示器工作原理12六、完整的電路圖14七、程序設(shè)計15八、總結(jié)24九、參考文獻25一、本次課程設(shè)計應(yīng)達到的目的：1、電機傳動與控制課程設(shè)計的目的是為了讓同學(xué)們熟悉電機的相關(guān)基礎(chǔ)知識，并且利用小型的控制系統(tǒng)對電機傳動與控制

2、業(yè)課程理論知識的再現(xiàn)，讓同學(xué)們體會電機在小型控制系統(tǒng)中的應(yīng)用的廣泛性，為今后實際工作中應(yīng)用電機奠定基礎(chǔ)。2、通過設(shè)計的小型控制系統(tǒng)，熟練掌握電機結(jié)構(gòu)、原理、特性。二、本課程設(shè)計課題任務(wù)的內(nèi)容和要求： 課程設(shè)計任務(wù)：根據(jù)給定的任務(wù)和要求選擇合適的單片機和其他的電子元件，進行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和軟件編程，根據(jù)系統(tǒng)制作并調(diào)試系統(tǒng)電路板，使之實現(xiàn)任務(wù)要求。有關(guān)參數(shù)選擇要符合國家標準。具體設(shè)計內(nèi)容如下：1、 步進電機控制、模擬交通燈控制、模擬鍵盤輸入及顯示模塊。2、 控制電機正反轉(zhuǎn)。3、 控制電機的轉(zhuǎn)速。三、步進電機的原理及選擇：  步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制

3、元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)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，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。1、概述：步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)

4、用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率

5、來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。2、步進電機的分類：步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。2.1、永磁式步進

6、電機永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；永磁式步進電動機輸出力矩大，動態(tài)性能好，但步距角大。2.2反應(yīng)式步進電機反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動態(tài)性能差。2.3混合式步進電機混合式步進電動機綜合了反應(yīng)式、永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進電動機。它有時也稱作永磁感應(yīng)子式步進電動機。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.

7、8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。3、步進電機的基本原理：通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。3.1、反應(yīng)式步進電機：由于反應(yīng)式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進電機原理。3.1

8、.1結(jié)構(gòu)：電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖：3.1.2旋轉(zhuǎn)：如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應(yīng)與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又

9、向右移過1/3，此時齒4與A偏移為1/3對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機就反轉(zhuǎn)。 由此可見：電機的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/2

10、4，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制這是旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。3.1.3力矩：電機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量）當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力 F與（d/d）成正比 S 其磁通量=Br*S Br為磁密，S為導(dǎo)磁面積 F與L*D*Br成正比 L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R

11、為磁阻。 力矩=力*半徑 力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)） 因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。3.2、感應(yīng)子式步進電機 3.2.1特點：感應(yīng)子式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。 感應(yīng)子式某種程度上可以看作是低速同步的電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動）

12、，而反應(yīng)式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=. 一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。3.2.2、分類感應(yīng)子式電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像70

13、BYG、90BYG、130BYG等均為國內(nèi)標準。3.2.3、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語：相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360度/（50*

14、8）=0.9度（俗稱半步）。 定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的） 靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過分采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。3.2.4、動態(tài)指標及術(shù)語：（1）、步距角精度： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行

15、時應(yīng)在15%以內(nèi)。（2）、失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。(3)、失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。(4)、最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)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(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。(6)、運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，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)。如下圖所示： 其它特性還有慣頻特性、

16、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)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 如下圖所示： 其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。(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(yīng)子式的共振區(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(qū)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

17、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(yīng)偏移共振區(qū)較多。(8)、電機正反轉(zhuǎn)控制： 當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CD-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)。4、步進電機的主要特點： 4.1、一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 4.2、步進電機外表允許的最高溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)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。4.3

18、、步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將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(dǎo)致力矩下降。4.4、步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),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(shù)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(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)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(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進電動機以其顯著的特點

19、，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。5、主要特性： 5.1、步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)， 驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止， 如果加入適當?shù)拿}沖信號， 就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。5.2、騰龍版步進電機的步進角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成。 5.3、步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。 5.4、改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。因此，目前打印機，繪圖儀，機器人，等等設(shè)備都以步進電機為動力核心。6、步進電機

20、測速方法步進電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。一是過載性好。其轉(zhuǎn)速不受負載大小的影響，不像普通電機，當負載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，步進電機使用時對速度和位置都有嚴格要求。二是控制方便。步進電機是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯。三是整機結(jié)構(gòu)簡單。傳統(tǒng)的機械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進電機后，使得整機的結(jié)構(gòu)變得簡單和緊湊。 測速電機是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓，并傳遞到輸入端作為反饋信號。測速電機為一種輔助型電機，在普通直流電機的尾端安裝測速電機，通過測速電機所產(chǎn)生的電壓反饋給直流電源，來達到控制直流電機轉(zhuǎn)速的目的7、步進電機的選擇：B-步進電機，Y-永磁型。48-是四相

21、八拍步進電機。本次課程設(shè)計選用的步進電機是28BYJ-48型號的步進電機。（1）四相步進電機的工作原理 該設(shè)計采用了20BY-0型步進電機，該電機為四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機轉(zhuǎn)動。當某一相繞組通電時，對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時，如果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，在磁場的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對齊，由此可見，錯齒是促使電機旋轉(zhuǎn)的原因。（2）步進電機的靜態(tài)指標及術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用m表示。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所

22、需脈沖用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB,四相八拍運行方式即AABBBCCCDDDAA。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒角運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒角為50齒角電機為例。四相運行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度，八拍運行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電的狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機不做旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動

23、電源等無關(guān)。雖然靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過分采用減小氣隙，增加勵磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。（3）四相步進電機的脈沖分配規(guī)律： 目前，對步進電機的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計利用單片機進行控制，主要是利用軟件進行環(huán)形脈沖分配。四相步進電機的工作方式為四相單四拍，雙四拍和四相八拍工作的方式。各種工作方式在電源通電時的時序 與波形分別如圖1 a、b、c所示。本設(shè)計的電機工作方式為四相單四拍，根據(jù)步進電機的工作的時序和波形圖，總結(jié)出其工作方式為四相單四拍時的脈沖分配

24、規(guī)律，四相雙四拍的脈沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉(zhuǎn)速就越快，但脈沖頻率高到一定程度，步進電機跟不上頻率的變化后電機會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖頻率一定要控制在步進電機允許的范圍內(nèi)。 四、AT89C51單片機：1、簡介：AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH儲存器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀儲存器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器

25、制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。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，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機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。外形及引腳排列如圖所示：圖4.1 AT89C51的引腳排列2、主要特性：·與MCS-51 兼容·4K字節(jié)可編程FLASH存儲器·壽命：1000寫/擦循環(huán)·數(shù)據(jù)保留時間：10年·全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz·三級程序存儲器鎖定·128×8位內(nèi)部RAM&#

26、183;32可編程I/O線·兩個16位定時器計數(shù)器·5個中斷源·可編程串行通道·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路3、管腳說明：VCC：供電電壓。GND：接地。P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P0口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電

27、流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。

28、P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如口管腳備選功能等。五、硬件設(shè)計：1、本設(shè)計使用的控制芯片：本設(shè)計使用的控制芯片是AT89C51，由于單片機接口信號不夠大需要通過ULN2003A放大再連接到相應(yīng)的電機接口，ULN2003 是高耐壓、大電流、內(nèi)部由七個硅NPN 達林頓管組成的驅(qū)動芯片。ULN2003 的每一對

29、達林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。ULN2003A的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開路的，所以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。在驅(qū)動負載的時候，電流是由電源通過負載灌入ULN2003A的。電路圖如下圖所示：圖5.1 ULN2003A引腳圖2、LCD液晶顯示器工作原理LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個列有細槽的平面之間。這兩個平面上的槽互相垂直(相交成

30、90度)。也就是說，若一個平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個平面之間的分子被強迫進入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過液晶時也被扭轉(zhuǎn)90度。但當液晶上加一個電壓時，分子便會重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。LCD是依賴極化濾光器(片)和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機發(fā)散的。極化濾光器實際是一系列越來越細的平行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。

31、LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光器后，會被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個濾光器中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個濾光器擋住?？傊?，加電將光線阻斷，不加電則使光線射出。 然而，可以改變LCD中的液晶排列，使光線在加電時射出，而不加電時被阻斷。但由于計算機屏幕幾乎總是亮著的，所以只有“加電將光線阻斷”的方案才能達到最省電的目的。從液晶顯示器的結(jié)構(gòu)來看，無論是筆記本電腦還是桌面系統(tǒng)，采用的LCD顯示屏都是由不同部分

32、組成的分層結(jié)構(gòu)。LCD由兩塊玻璃板構(gòu)成，厚約1mm，其間由包含有液晶(LC)材料的5m均勻間隔隔開。因為液晶材料本身并不發(fā)光，所以在顯示屏兩邊都設(shè)有作為光源的燈管，而在液晶顯示屏背面有一塊背光板（或稱勻光板）和反光膜，背光板是由熒光物質(zhì)組成的可以發(fā)射光線，其作用主要是提供均勻的背景光源。背光板發(fā)出的光線在穿過第一層偏振過濾層之后進入包含成千上萬水晶液滴的液晶層。液晶層中的水晶液滴都被包含在細小的單元格結(jié)構(gòu)中，一個或多個單元格構(gòu)成屏幕上的一個像素。在玻璃板與液晶材料之間是透明的電極，電極分為行和列，在行與列的交叉點上，通過改變電壓而改變液晶的旋光狀態(tài)，液晶材料的作用類似于一個個小的光閥。在液晶材

33、料周邊是控制電路部分和驅(qū)動電路部分。當LCD中的電極產(chǎn)生電場時，液晶分子就會產(chǎn)生扭曲，從而將穿越其中的光線進行有規(guī)則的折射，然后經(jīng)過第二層過濾層的過濾在屏幕上顯示出來。本次我們采用的是LCD1602，所謂1602是指顯示的內(nèi)容為16*2,即可以顯示兩行，每行16個字符。目前市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780寫的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型LCD1602通常有14條引腳線或16條引腳線的LCD，多出來的2條線是背光電源線VCC(15腳)和地線GND(16腳)，其控制原理與14腳的LCD完全一樣。圖5.2

34、 顯示電路六、完整的電路圖：圖6 主電路圖七、程序設(shè)計：1、程序框圖：開始按下正反轉(zhuǎn)鍵判斷加速減速并顯示轉(zhuǎn)速調(diào)用延時程序delay掃描按鍵情況2、C 程序#include <reg51.h> /51芯片管腳定義頭文件#include <intrins.h> /內(nèi)部包含延時函數(shù) _nop_();#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();uchar code FFW8=0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0

35、xf4,0xfc,0xf8,0xf9;uchar code REV8=0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1;sbit K1 = P32; /運行與停止sbit K2 = P33; /設(shè)定圈數(shù)sbit K3 = P34; /方向轉(zhuǎn)換sbit K4 = P35; /速率調(diào)整sbit BEEP = P36; /蜂鳴器sbit LCD_RS = P20; sbit LCD_RW = P21;sbit LCD_EN = P22;bit on_off=0; /運行與停止標志bit direction=1; /方向標志bit rate_dr=1; /速率標志bit

36、snum_dr=1; /圈數(shù)標志uchar code cdis1 = " STEPPING MOTOR "uchar code cdis2 = "CONTROL PROCESS"uchar code cdis3 = " STOP "uchar code cdis4 = "NUM: RATE: "uchar code cdis5 = " RUNNING "uchar m,v=0,q=0;uint number=0,number1=0; uchar snum=10,snum1=10; /預(yù)設(shè)定圈數(shù)u

37、char rate=2; /預(yù)設(shè)定速率uchar data_temp,data_temP1,data_temp2; /*/* /* 延時t毫秒 /* 11.0592MHz時鐘，延時約1ms /* /*/void delay(uint t) uchar k; while(t-) for(k=0; k<125; k+) /*/void delayB(uchar x) /x*0.14MS uchar i; while(x-) for (i=0; i<13; i+) /*/void beep() uchar j; for (j=0;j<100;j+) delayB(4); BEEP=

38、!BEEP; /BEEP取反 BEEP=1; /關(guān)閉蜂鳴器 delay(170); /*/* /*檢查LCD忙狀態(tài) /*lcd_busy為1時，忙，等待。為0時,閑，可寫指令與數(shù)據(jù)。 /* /*/ bit lcd_busy() bit result; LCD_RS = 0; LCD_RW = 1; LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0&0x80); LCD_EN = 0; return(result); /*/* /*寫指令數(shù)據(jù)到LCD /*RS=L，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=指令碼。 /* /*/void lcd_wcmd(uch

39、ar cmd) while(lcd_busy(); LCD_RS = 0; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/* /*寫顯示數(shù)據(jù)到LCD /*RS=H，RW=L，E=高脈沖，D0-D7=數(shù)據(jù)。 /* /*/void lcd_wdat(uchar dat) while(lcd_busy(); LCD_RS = 1; LCD_RW = 0; LCD_EN = 0; P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1

40、; delayNOP(); LCD_EN = 0; /*/* /* LCD初始化設(shè)定 /* /*/void lcd_init() delay(30); lcd_wcmd(0x38); /16*2顯示，5*7點陣，8位數(shù)據(jù) delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x38); delay(5); lcd_wcmd(0x0c); /顯示開，關(guān)光標 delay(5); lcd_wcmd(0x06); /移動光標 delay(5); lcd_wcmd(0x01); /清除LCD的顯示內(nèi)容 delay(5);/*/* /* 設(shè)定顯示位置 /* /*/vo

41、id lcd_pos(uchar pos) lcd_wcmd(pos | 0x80); /數(shù)據(jù)指針=80+地址變量/*/* /* LCD1602初始顯示子程序 /* /*/void LCD_init_DIS() delay(10); /延時 lcd_init(); /初始化LCD lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符 m = 0; while(cdis1m != '0') /顯示字符 lcd_wdat(cdis1m); m+; lcd_pos(0x40); /設(shè)置顯示位置為第二行第1個字符 m = 0; while(cdis2m != '0') lcd_wdat(cdis2m); /顯示字符 m+; delay(3000); /延時 lcd_pos(0); /設(shè)置顯示位置為第一行的第1個字符 m = 0; while(cdis3m != '0') /顯示字符 lcd_wdat(cdis3m); m+; lcd