基于單片機的步進電機運行控制系統設計論文-資料下載頁

【導讀】通過一種設計方案，包括硬件的介紹和組建、硬件原理圖和。該系統接收到液氮液面的液位信號后，與鍵盤、顯。液面升降的運動。殊運行方式的同步電動機，在數字控制系統中作執行元件。此，步進電機又稱為脈沖電動機。本文介紹的設計方案是基于單片機的步進電機運行控制系統。送、接受控制命令等任務。該系統的步進電機驅動控制電路,采用低。.步進電機是純粹的數字控制電動機。速發展，為步進電機的應用開辟了廣闊的前景。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目。它具有調速范圍大、動態性能好、能快速起動、制動和反轉。繪圖儀、自動記錄儀及調速性能和定位要求不是非常精確的簡易數控機床等的位置控制。盡量提高最高轉速以提高勞動生產率。能迅速啟動、正反轉和停轉。WU－U或為U－UW－W－WV－V－VU－U。因為單相繞組與兩相繞組交替接通的通電方式。況如圖1－1所示。

　　

【正文】 寫入顯示器 RAM 數據時 ,不會影響 A 的顯示 .這種情況通常在采用雙四位顯示器時使用，因為兩個四位顯示器是相互獨立的，為了給其中一個四位顯示器輸入數據而又不影響另一個四位顯示器 ,因此必須對另一組的輸入實行屏蔽 。 BL/A,BL/B(D1D0)為消隱設置位 .用于對兩組顯示輸出消隱 .若 BL=1,對應組的顯示輸出被消隱 .當 BL=0 時 ,則恢復顯示 。 命令格式 : D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 0 Cd Cd Cd Cf Ca 其中 :D7D6D5=110 為消除命令特征位 。 CdCdCd(D4D3D2)用來設定清除顯示 RAM 方式 .共有四種消除方式 .見表 2—3。 表 2— 3 Cd 位定位的清除方式 D4 D3 D2 清除方式 1 0 X 將顯示 RAM 全部清零 1 1 0 將顯示 RAM 清成 20H(A 組 =0010B 組 =0000) 1 1 1 將顯示 RAM 全部置 1 0 不清除 (若 Ca=1,則 D3D2 仍有效 ) 22 Cf(D1)用來置空 FIFO 存儲器 ,當 Cf=1 時 ,執行清除命令后 ,FIFO RAM 被置空 ,使中斷輸出線復位 .同時 ,傳感器 RAM 的讀出地址也被置為 0。 Ca(D0)為總清的特征位 .它兼有 Cd和 Cf 的聯合功能 .當 Cf=1時 ,對顯示的清除方式由 D3,D2的編碼決定 。 清除顯示 RAM 約需 FIFO 狀態的最高位 Du=1,表示顯示無效 .CPU不能向顯示 RAM 寫入數據 .CPU 可采用查詢方式查詢狀態字等待消除完成 。 /錯誤方式設置命令 命令格式 : D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 1 1 x x x x x 其中 :D7D6D5=111 為該命令的特征位 .此命令有兩種不同的作用 。 (1).作為結束中斷命令 .在傳感器工作方式中使用 .每當傳感器狀態出現變化時 ,掃描檢測電路就將其狀態寫入 RAM,并啟動中斷邏輯 ,使 IRQ 變高 ,向 CPU 請求中斷 ,并且禁止寫入傳感器 ,如傳感器 RAM 讀出地址的自動增量特征沒有置位 (AI=0),則中斷請求 IRQ 在CPU第一次從傳感器 RAM讀出并不能清除 ,若自動增量 特征已置位 (AI=1),則 CPU對傳感器RAM 的讀出并不能清除 IRQ,而必須通過 8279 寫入結束中斷 /錯誤方式設備命令才能使 IRQ變低 .因此 ,在傳感器工作方式中 ,此命令用來結束傳感器 RAM 的中斷請求 。 (2).作為特定錯誤方式設置命令 .在 8279 已被設定為鍵盤掃描 N 鍵輪回方式以后 ,如果 CPU給 8279 又寫入結束中斷 /錯誤方式設置命令 (E=1),則 8279 將以一種特定的錯誤方式工作 .這種方式的特點是 :在 8279的消抖周期內 ,如果發現多個按鍵同時按下 ,則 FIFO狀態字中錯誤特征位置 1,并產生中斷請求信號和阻止寫 入 FIFO RAM。 上述八種用于確定 8279 操作方式的命令字都由 D7D6D5 特征位確定 ,輸入 8279 后能自動尋址相應的命令寄存器。因此 ,寫入命令時唯一需要注意的是使數據選擇信號 A0=1。 8279 的 FIFO 狀態字 ,主要用于鍵盤和選通工作方式 ,以指示 FIFO RAM 中的字符數和有無錯誤發生 。 其格式為 : D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Du S/E O U F N N N 其中 :Du(D7)為顯示無效特征位。當 Du=1 時 ,表示顯示無效 .當顯示 RAM 由于清除先是或全清除命令尚未完成時 ,Du=1。 S/E(D6)為傳感器信號結束 /錯誤特征位 .該特征位在讀出 FIFO狀態字時被讀出 .而在執行Cf=1 的清除命令時被復位 .當 8279 工作 在傳感器工作方式時 ,若 S/E=個傳感器信號已進入傳感器 RAM。而當 8279 工作在特殊錯誤方式時 ,若 S/E=1 則表示出現了多個鍵同時按下錯誤 。 O、 U(D5D4)為超出 ,不足錯誤特征位 .對 FIFO RAM 的操作可能出現兩種錯誤 :超 出或不足 .當 FIFO RAM 已經充滿時 ,其它的鍵盤數據還企圖寫入 FIFO RAM,則出現超出錯誤 ,超出錯誤特征位 O(D5)置 1。當 FIFO RAM已經置空時 ,CPU還企圖讀出 ,則出現不足錯誤 ,不足錯誤特征位 U(D4)置 1。 F（ D3）表示 FIFORAM 中是否已滿。 F=1 表示 FIFO RAM 中已滿，存有 8 個鍵入數據。 NNN（ D2D1D0）表示 FIFO RAM 中的數符數，即數據個數。 的數據輸入 /輸出 對 8279 輸入數據（如顯示數據，輸入鍵掃描數據、傳感器矩陣數據等）時，要選擇數據輸入輸 出口地址。 8279 的數據輸入輸出口地址由 CS=0， A0=0 確定。在鍵盤掃描方式中， 23 8279 中鍵入數據時按下列格式存放。 D7 D6 D5D4D3 D2D1D0 CNTL SHIFT SCAN RETURN ﹡ RETURN (D2D1D0)為鍵所在的行號，由 RL0～ RL7 狀態確定。 ﹡ SCAN (D5D4D3)為鍵所在列號，由 SL0～ SL2 狀態確定。 ﹡ SHIFT( D6)為控制鍵 SHIFT 的狀態位。 ﹡ CNTL( D7) 為控制鍵 CNTL 的狀態位。 控制鍵 SHIFT、 CNTL 為單獨的開關。 CNTL 與其它鍵連用作特殊命令鍵， SHIFT 可作為上、下檔控制鍵。 在傳感器方式或選通方式中， 8 位輸入數據為 RL0～ RL7。 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 RL7 RL6 RL5 RL 4 RL 3 RL 2 RL 1 RL 0 8279 鍵盤、顯示接口電路設計 利用鍵盤、顯示專用芯片 8279 能夠以較簡單的硬件電路和較少的軟件開銷實現微型機與鍵盤和 LED 顯示器接口， 圖 2— 9 是一個設計實例。圖中的單片機可以是 8031，也可以是 AT89C51。下面討論其硬件電路的工作原理和設計問題。 在 圖 2— 9 中， AT89C51 的 ALE 既可用作低 8 位地址的鎖存信號，也把它接到 8279 的CLK 引腳用作 8279 的外時鐘脈沖信號的輸入。脈沖信號頻率并非固定不變，好在 8279 并不要求時鐘頻率固定不變，因此，這樣安排還是可以的。不過應該注意， 對于 MCS51 系列單片機來說， ALE 脈沖頻率經常是振蕩周期頻率 fosc 的六分之一，這也是 MCS51 單片機的 ALE 最高頻率，通過對 8279 的程序時鐘命令字節的編程， 8279 可以對來自 CLK 引腳的脈沖實行 2～ 31 分頻，從而得到 8279 內部工作所需要的 100kHZ 內部時鐘。如果fosc=12MHz，分頻應為 20。 1)8279 片選譯碼電路 對 8279 的片選譯碼電路可根據實際電路的地址分配設計。 2）鍵盤、顯示掃描譯碼器 在對“鍵盤 /顯示方式設置命令字”的編程設置為編碼凡是（ D0=0）時，那么 8279 內部不譯碼，從 SL3～ SL0 輸出的不是鍵盤的列和顯示器的位信號（高電平有效）。而是列和位號的編號的 BCD 碼（ SL3 是最高位）。在這種情況下應外接譯碼器，對 SL3～ SL0 譯碼，以產生列和位信號。 8279 可以對 8 位或 16 位顯示器以及 8 列 8 行鍵盤掃描。在 16 位顯示時，對顯示器掃描和對鍵盤掃描必須各有自己的譯碼器，顯示器采用 4～ 16 線譯碼器，例如 74LS154；鍵盤采用 3～ 8 譯碼器，例如 74LS138。在 圖 2— 9 中，只有 8 個顯示器，適當安排，對顯示器和鍵盤可以共用一個 3～ 8 譯碼器。不過應注意，被掃描的鍵盤 的列必須是低電平，因此應選用被選中端（ Y0～ Y7）為低電平的 74LS138。 BD 是消隱信號輸出端，當 BD=0 時， 74LS138 不譯碼，顯示器均為暗。 應該說明， 圖 2— 9 只有 8 個顯示器，在初始化時必須置“鍵盤 /顯示方式設置命令字”的 D3=0，以設定 8279 工作于 8 位顯示方式，否則會出現混亂現象。這是因為，如果設置為16 位顯示，而 圖 2— 9 中的 74LS138 只對 SL2～ SL0 譯碼，這樣，當 SL3， SL2， SL1， SL0=000時， Y0 為低，選中 0 號顯示器（最左端）， OUTA3～ OUTB0 上出現顯示 RAM 的 0 單元 的內容，從而使 0 號 RAM 所規定的字符。但是當掃描到 SL3， SL2， SL1， SL0=1000H（ =8）時，仍使 Y0=0，選中 0 號顯示器，但此時 OUTA3～ OUTB0 上出現的卻是顯示 RAM 中 8 24 號單元內容，從而使 0 號顯示器現在顯示 8 號單元所規定的字符。可見出現顯示混亂。反之，如果硬件電路設計為 16 位顯示。而軟件卻設置為 8 位，另外 8 位得不到顯示。 由 74LS138 輸出（ Y0～ Y7）的顯示器的位選信號和由 A3～ B0 輸出的段選信號的輸出電流太小，不足以點亮 LED 顯示器。 圖 2— 9 中采用共陰極 LED： BS202（發紅光的 BSR202或發綠光的 BSG202），因此位驅動器選用集電極開路（ OC 門）同相輸出門電路 72LS07，段選信號由兩個同相輸出的功率驅動器 75491 提供。在這種情況下單片機的字型碼應是 表 2—2“七段碼（字形碼）”表 的內容。 圖 2— 9 中的 8 個 為上拉電阻，用來保證 A3～ B0 輸出高電平時，達到接近 +5V，使 LED 有足夠的亮度。 在鍵盤中的某鍵按下， 8279 在測得其按下并在去抖動（延時 10ms)之后再檢測認為此鍵仍在按下狀態，便確認此鍵已按下。在 8279 確認某鍵已按下時，便把 此鍵的鍵只存于 FIFO寄存器中，此時 FIFO 內有內容，稱為 FIFO 存儲器不空。只要 FIFO 存儲器不空，便使 IRQ為高電平，就直接通過 EXINT 端向 8089 請求中斷。但由于 AT89C51 的 INT0 或 INT1 是低電平或下降沿請求中斷。因此應把 IRQ 反相后加到 AT89C51 的 INT1 端。當單片機讀取 FIFO的內容后， IRQ 就回到低電平。如果 FIFO 存儲器中還有未讀到的鍵值，會重新使 IRQ 變為高電平，向單片機請求中斷。由于 FIFO 存儲器是先進先出 RAM，因此先讀走的鍵值對應于先按下的鍵。 和 CNTL 可用這兩個鍵增加鍵盤的功能。例如上檔鍵和下檔鍵。這兩鍵在按下時使 SHIFT（或CNTL）為低電平。當這兩個彈起時，使 SHIFT（或 CNTL）腳懸空，但由于此兩引腳內部有上拉電阻，當它們懸空時實際上是高電平。 硬件原理圖及元器件清單明細表 圖 2— 9 系統的整體流程框圖 25 表 2— 4 部分 元器件明細表 名稱 型號 步進電機控制器 AT89C51 A/D 轉換器 ADC0809 鍵盤、顯示控制芯片 8279 譯碼器 74LS138 驅動器 74LS541 顯示器 LED（ DPY 7－ SEGDY） 二極管 DIODE 三極管 OPAMP 達林管 NPN DAR 光電耦 OPTOIS01 電阻 RES2 滑動變阻器 POT2 電感 RES1 電容 CAP 極性電容 ELECTR01 晶振 CRYSTAC 非門 NOT（ 7406） 第三章 : 軟件設計 程序設計語言與軟件開發環境 程序設計語言的選用 本設計中采用的處理器是 AT89C51 單片機，由此可采用面向 MCS51 的程序設計語言，包括 ASM51 匯編語言和 C51 高級語言，這兩種語言各有特點。 匯編語言更接近機器語言，常用來編制與系統硬件相關的程序，如訪問 I/O 端口、中斷處理程序、實時控制程序、實時通信程序等；而數學運算程序則適合用 C51 高級語言編寫，因為用高級語言編寫運算程序可提高編程效率和應用程序的可靠性。 考慮到匯編語言的以下特點，在智能測控裝置的基本功能軟件開發中，全部程序均采用ASM51 匯編語言編寫： 1. 匯編語言是最基本的程序設計語言。迄今為止，匯編語言仍然是計算機系統底層軟件（例如匯編程序、 PC 機的 BIOS 等）設計的基本語言； 2. 能充分利用機器的硬件功能與結構特點。匯編語 言與機器語言密切相關，因此能透徹地反映計算機硬件的功能與特點。程序員可充分利用機器硬件系統的許多特性（如寄存器、標志位以及一些特殊指令等）。這樣能充分發揮程序設計的技巧；