基于单片机的按摩机的控制设计论文.doc

1、基于单片机的按摩机的控制设计- I -摘 要步进电机是一种将脉冲信号转换成直线位移或角位移的控制微电机，其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例。它易于实现与计算机或其它数字元件接口，适用于数字控制系统。通过硬件的介绍和组建、硬件原理图和软件流程图的设计、源程序的编写等，介绍一种基于单片机的步进电机运行控制系统。该系统接收到信号后，与键盘、显示系统设置的初值比较后，转化成步进电机的步进脉冲，然后通过单片机控制器驱动步进电机旋转，以带动丝杆传动系统，进而控制进步电机运动。通过按键，用户可以让按摩机工作在最具舒适的按摩工作方式和振动速度上；利用蜂鸣器来告警或提示按摩完成；利用

2、发光二极管显示当前的工作状态。 关键词：步进电机 ；单片机 ；PWM大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目- II -Microcontroller based massage machine control designAbstractStep of electric motor is one kind transforms the pulse signal straight line displacement or Angle displacement the control micro electrical machinery, its machinery

3、 Angle displacement and the rotational speed separately becomes the proportion with the input electrical machinery winding pulse integer and the pulse frequency; It is easy to realize and the computer or other digital part connections, is suitable to the numerical control system. Through one kind of

4、 design proposal, handsets up, the hardware schematic diagram and the software flow chart design, the source program compilation including the hardware introduction and so on, introduces one kind based on the monolithic integrated circuit Step of electric motor operating control system. After this s

5、ystem receives the fluid nitrogen liquid level the fluid position signal, after the keyboard, the display system establishment starting value comparison, transforms Step of electric motor step enters the pulse, then actuates through the monolithic integrated circuit controller Step of electric motor

6、 to revolve, leads the lead screw transmission system, then control fluid nitrogen liquid level fluctuation movement. Finally, made use of the peripherals, such as the key, the buzzer，the neon lamp and the LED (Light Emitting Diode) figures tube, providing the service for the customer, and carry out

7、 the massage function and interaction for both the machine and the person. The customer can let massage machine work on the comfortable method and vibration speeds by the key; Make use of the buzzer warning or hinting the massage has finished; Make use of neon lamp shows the current work appearance。

8、Key Words：Step of electric motor ；Monolithic integrated circuit ；PWM大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目- III -目 录摘 要 .IAbstract II1 绪论.11.1 按摩机的发展11.2 按摩机的结构12 控制器的核心 AT89C51 及步进电机.32.1 AT89C51 的主要性能32.2 AT89C51 引脚功能说明.32.3 步进电机介绍63 系统基本实现方案.83.1 系统框图83.2 硬件电路图.93.3 系统单片机扩展.103.4 步进电机驱动模块.113.5 显示模块

9、.123.5.1 液晶显示器工作原理123.5.2 液晶管脚定义133.5.3 液晶显示指令描述143.6 按键显示部分电路.164 按摩机控制系统软件设计思想.174.1 系统流程.174.2 进步电机驱动程序.174.2.1 四相单四拍正转子程序1742.2 四相单四拍反转子程序.1842.3 四相双四拍正转子程序.184.3 显示驱动子程序.184.4 PWM 软件实现.204.5 速度显示输出.21结束语.22参 考 文 献.23致谢.24大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目- IV -大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题

10、 目11 绪论1.1 按摩机的发展按摩机能实现快速消除疲劳以及适合于老人使用等。并可根据实际情况，选择需要的按摩力度和按摩压力，。系统按摩功能速度调节可以通过快慢按键实现。按摩功能盒可以上下运行，局部以及定点进行按摩。该按摩器控制系统中的主要硬件为AT89C51 微处理器。供电电源干电池供电。本控制系统采用的是 AT89C51 单片机驱动L298 的输入和输出来进行控制进步电机从而实现按摩功能。按摩机是指通过机电、电子以及电热的技术方法产生模拟人手的各种按摩、揉捏、以及电热等刺激人体某些穴位，以消除疲劳并起到一定保健作用的电动工具。按摩机主要有两部分组成：背部按摩区域和臀部、下肢按摩区域。背部

11、按摩区域的机构主要有：系统控制电路板、电动机、丝杆及其润滑装置、s 型滑动槽、机械手等。同时根据人体结构又将背部整个区域划分为颈部、中部、腰部以及尾椎四个按摩区间。以大规模集成电路为主的微型计算机单片微型计算机（Single chip microcomputer），简称单片机，又称嵌入式微控制器（Embedded microcontroller）。单片机具有优异的性能价格比，集成度高、体积小、可靠性高，控制功能强和低电压、低功耗等特点，在工业控制、智能化仪器仪表、智能接口、家用电器、儿童玩具、健身器材等许多领域都得到了广泛的应用。随着社会的发展和进步，随着电子信息技术的飞跃，单片机开发与应用技

12、术已经显得越来越重要，成为了一门重要的电子电气技术学科，同时亦成为了新产品研发设计的关键技术现代社会发展越来越快，人们生活节奏也快，随之而来工作压力也越来越大。人们渴望休闲，渴望健康。于是当前人们对健康非常关注和重视，而按摩对人体健康有特殊促进功效。按摩机就是在这一背景下产生。为了满足人们的需要和市场的需求，按摩机控制系统开发技术应运而生。本毕业设计采用单片机开发与应用技术而设计一种简易的按摩机控制系统，以实现基本按摩功能。本按摩机传动控制电路可实现市面上各类型按摩机的基本功能，并且结构简单，成本低廉，体积不大，可满足人体腰部，足部以及颈部的按摩需要。1.2 按摩机的结构本按摩机利用 AT98

13、C51 单片机完成系统总体控制功能，并利用按键、L12864 液晶显动芯片 L298 等外围设备为用户提供服务，实现人机交互，实现其按摩功能；通过按大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目2键，用户可以让按摩机工作在最具舒适的按摩工作方式和振动速度上；利 L12864 液晶屏显示电机当前的转速快慢正反转等。本按摩机由步进电机的转动形成振动，而单片机可以通过控制振动的方式和时间来按用户的需要进行按摩，其具体按摩描述如下：1. 可以有 10 档速度进行按摩，按摩机选用调速性能较好的进步电机，利用按键s3 和 s4 对进步电机进行调速，共设 10 档速度。按键 s3 可

14、以实现对步进电机加速；按键 s4 可以实现对步进电机加速。2. 用户可根据个人喜好利用按键调节速度档次以及按摩方式。按摩机提供了 4 个按键：两个调速按键，分别完成降档调速，升档调速；一个启停转换按键；一个正反转按键。3.通过液晶显示当前按摩状态及速度变化情况。4.通过蜂鸣器提示超时运转。5.当按摩机正常运转后，发光二极管一直点亮。大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目32 控制器的核心 AT89C51 及步进电机AT89C51 是一种高性能的 8 位单片机。片内带有一个 4KB 的 Flash 可编程,可擦除只读存储器(EPROM)，它采用了 COMS 工艺和

15、公司 ATMEL 的高密度非易失性存储器(NURAM) 技术,而且其输出引脚和指令系统都与 MSC51 兼容。片内的 Flash 存储器允许在系统内改编程序或常规的非易失性存储器编程器来编程。因此 AT89C51 是一种功能强,灵活性高,且价格合理的单片机,可方便地应用在各种控制领域。2.1 AT89C51 的主要性能4KB 可改编程序 Flash 存储器(可经受 1000 次的写入 /擦除).全静态工作:0Hz24MHz.3 级程序存储器保密.1288 字节内部 RAM.32 条可编程 I/O 线.2 个 16 位定时器/计数器.6 个中断源.可编程串行通道.片内时钟振荡器.另外,AT89C

16、51 是用静态逻辑来设计的,其工作频率可下降到 0Hz,并提供两种可用软件来选择的省电方式空闲方式(Idle Mode)和掉电方式(Power Down Mode).在空闲方式中,CPU 停止工作,而 RAM,定时器/计数器,串行口和中断系统继续工作.在掉电方式中,片内振荡器停止工作,由于时钟被“冻结”,使一切功能都暂停,故只保存片内 RAM 中的内容,直到下一次硬件复位为止。2.2 AT89C51 引脚功能说明图 21 是 AT89C51 的引脚结构图,有双列直插封装(DIP)方式和方形封装方式,下面分别叙述这些引脚的功能. (1).主电源引脚 VCC 电源端 .GND:接地端.(2).外接

17、晶体引脚 XTAL1 和 XTAL2大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目4XTAL1：接外部晶体的一个引脚.在单片机内部，它是构成片内振荡器的反相放大器的输入端。当采用外部振荡器时，该引脚接受振荡器的信号，即把此信号直接接到内部时钟发生器的输入端。XTAL2：接外部晶体的另一个引脚。在单片机内部，它是上述振荡器的反相放大器的输出端.，采用外部振荡器时,此引脚应悬浮不连接。单片机外接电路片内电路与片外器件就构成一个时钟产生电路，CPU 的所有操作均在时钟脉冲同步下进行。片内振荡器的振荡频率非常接近晶振频率，一般多在 1.2MHz12MHz 之间选取。C1 、 C

18、2 是反馈电容，其值在 5pF30pF 之间选取，典型值为 30pF。本电路选用的电容为 30pF，晶振频率为 12MHz。这样就确定了单片机的 4 个周期分别是：振荡周期1/12 ；机器周期（SM） ；ss1P0/T2EX35678RS9xDINWALVCU?cMHZpFGKu图 2.1 AT89C51 模块XTAL1 和 XTAL2：片内振荡电路输入线，这两个端子用来外接石英晶体和微调电容。在石英晶体的两个管脚加交变电场时，它将会产生一定频率的机械变形，而这种机械振动又会产生交变电场，上述物理现象称为压电效应。一般情况下，无论是机械振动的振幅，还是交变电场的振幅都非常小。但是，当交变电场的

19、频率为某一特定值时，振幅骤然增大，产生共振，称之为压电振荡。这一特定频率就是石英晶体的固有频率，也称谐振频率。即用来连接 AT89C51 片内 OSC 的定时反馈回路。石英晶振起振后要能在 XTAL2 线上输出一个 3V 左右的正弦波，以便使 AT89C51 单片机内的大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目5OSC 电路按石英晶振相同频率自激振荡。通常，OSC 的输出时钟频率为 0.5MHz-16MHz，典型值为 12MHz 或者 11.0592MHz。电容 C1 和 C2 可以帮助起振，典型值为30pF，调节它们可以达到微调的目的。单片机在开机时都需要复位，以

20、便中央处理器 CPU 以及其他功能部件都处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。单片机的复位后是靠外部电路实现的，在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST 引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲（2 个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态复位。MCS-51 单片机的 RST 引脚是复位信号的输入端。例如：若 MCS-51 单片机时钟频率为 12MHz。 上电瞬间，RST 端的电位与 VCC 相同，随着电容的逐步充电，RST 端的电位逐渐下降，此时 =2210 -61103=22ms.当按下键时，RST 端出现5100012004.2V，使单片机复位。(3).控制或与其它电源复用引脚

21、 RST,ALE/PROG,PSEN 和 EA/Vpp.RST：复位输入端 .当振荡器运行时,在该引脚上出现两个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG：当访问外部存储器时,ALE(地址锁存允许)的输出用于锁存地址的低位字节.即访问外部存储器,ALE 仍以不变的频率(此频率为振荡器频率的 1/6)周期性地出现正脉冲信号。因此,它可用作对外输出的时钟,或用于定时目的。然而要注意的是:每当访问外部数据存储器时,将跳过一个 ALE 脉冲。如果需要的话,通过对专用寄存器(SFR)区中 8EH 单元的 D0 位置数,可禁止 ALE 操作。该位置数后,只有在执行一条 MOVX 或 MOVC 指令期

22、间,ALE 才会被激活.另外,该引脚会被微弱拉高,单片机执行外部程序时,该设定禁止 ALE 位无效。PSEN：程序存储允许(PSEN)输出是外部程序存储器的读选通信号。当 AT89C51 由外部程序存储器取指令(或常数)时,每个机器周期两次 PSEN 有效(即输出 2 个脉冲).但在此期间内,每当访问外部数据存储器时,这两次有效的 PSEN 信号将不出现。EA/VPP 外部访问允许端,要使 CPU 只访问外部存储器(地址为 0000HFFFFH),则EA 端外部必须保持低电平(接到 GND 端) 然而要注意的是：如果保密被编程,复位时在内部会锁存 EA 端的状态。当 EA 端保持高电平( 接

23、VCC 端)时,CPU 则执行内部程序存储器中的程序。在Flash 存储器编程期间,该引脚也用于施加 12V 的编程允许电源 VPP(如果选用 12V 编程)。(4).输入/输出引脚 P0.0P0.7,P1.0P1.7,P2.0P2.7,P3.0P3.7大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目6P0 端口(P0.0P0.7)：P0 是一个 8 位漏极开路型双向 I/O 端口.作为输出端口用时,每位能以吸收电流的方式驱动 8 个 TTL 输入,对端口写 1 时,又可作为高阻抗输入端用。在访问外部程序和数据存储器时,它是分时多路转换的地址(低 8 位)/数据总线,在访

24、问期间激活了内部的上拉电阻。在 Flash 编程时,P0 端口接受指令字节 ;而在校验程序时,则输出指令字节.验证时,要求外接 上拉电阻。P1 端口(P1.0P1.7)：P1 是一个带有内部上拉电阻的 8 位 I/O 端口。P1 的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4 个 TTL 输入.对端口写 1 时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口,P1 口作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号低的引脚会输出一个电流(I IL)。P2 端口(P2.0P2.7):P2 是一个带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口.P2 的输出缓冲器可驱动(吸收或输出电流方式)4

25、个 TTL 输入.对端口写 1 时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口.P2 作输入口使用时,因为有内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I IL)。在访问外部程序存储器和 16 位地址的外部数据存储器(如执行 MOVXDPTR 指令)时,P2 送出高 8 位地址。在访问 8 位地址的外部数据寄存器 (如执行 MOVRI 指令)时,P2 口引脚上的内容 (就是专用寄存器(SFR) 区 P2 寄存器的内容)在整个访问期间不会改变。P3 端口(P3.0P3.7):P3 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 端口.P3 的输出缓冲器可驱动( 吸收或输出电流方

26、式)4 个 TTL 输入。对端口写 1 时,通过内部的上拉电阻把端口拉到高电位,这时可用作输入口。P3 作输入口使用时,因为内部的上拉电阻,那些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流(I IL)。2.3 步进电机介绍步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以

27、及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目7随着工业技术的不断进步，在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术及所有要求高精度定位等高新技术领域，步进电机的得到了广泛的应用。步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行机构。若在其输入加入有规律的脉冲信号,就能驱动步进电机按设定的方向移动一定的距离或转动一个角度（称为“步距角”）。从结构上步进电机分为单相、双相、三相、四相、五相、六相等多种。本次设计使用步进电机分为 A、B、C、D 四相绕组，每相通电一次称为一拍。四相步进电机根据不同的通电规律可分为几种工作模式

28、：四相单四拍：A-B-C-D；四相双四拍：AB-BC-CD-DA；四相单八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA；四相双八拍：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB。步进电机的正反转与电机每相的通电顺序有关，可以改变相序来改变电机的正反转。步进电机每步所旋转角度的大小，称为步距角（ B）。它是由电机本身转子的齿数（Z R）。一个通电循环内通电节拍数（M Q）决定的。即 B=360/ ZR MQ。电机出厂的步距角是固定的。四相步进电机的步距角为 0.90/1.80(表示半步工作时为 0.90，整步工作时为 1.80)。步进电机转速的高低与控制脉冲频率有关。改变控制脉冲频率，可

29、改变电机转速。步 进 电 机 特 点1 一 般 步 进 电 机 的 精 度 为 步 进 角 的 3-5%， 且 不 累 积 。2 步 进 电 机 外 表 允 许 的 最 高 温 度 。步 进 电 机 温 度 过 高 首 先 会 使 电 机 的 磁 性 材 料 退 磁 ， 从 而 导 致 力 矩 下 降 乃 至 于 失步 ， 因 此 电 机 外 表 允 许 的 最 高 温 度 应 取 决 于 不 同 电 机 磁 性 材 料 的 退 磁 点 ； 一 般 来 讲， 磁 性 材 料 的 退 磁 点 都 在 摄 氏 130 度 以 上 ， 有 的 甚 至 高 达 摄 氏 200 度 以 上 ， 所 以步

30、 进 电 机 外 表 温 度 在 摄 氏 80-90 度 完 全 正 常 。3 步 进 电 机 的 力 矩 会 随 转 速 的 升 高 而 下 降 。当 步 进 电 机 转 动 时 ， 电 机 各 相 绕 组 的 电 感 将 形 成 一 个 反 向 电 动 势 ； 频 率 越 高 ，反 向 电 动 势 越 大 。 在 它 的 作 用 下 ， 电 机 随 频 率 （ 或 速 度 ） 的 增 大 而 相 电 流 减 小 ， 从而 导 致 力 矩 下 降 。4 步 进 电 机 低 速 时 可 以 正 常 运 转 ,但 若 高 于 一 定 速 度 就 无 法 启 动 ,并 伴 有 啸 叫 声 。大 连

31、 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目83 系统基本实现方案3.1 系统框图根据设计要求，步进电机控制电路可以分为控制模块、显示模块、键盘模块、电机驱动模块、步进电机部分。步进电机控制电路基本模块方框图如图所示。设计系统框架时，除了考虑实现按摩功能外，系统的可操作性和安全性也是至关重要的。为了方便用户使用，给他们舒适的感受，按摩机必须设计良好的用户操作按键以及必要的显示系统；并充分完善供电电源的设计。按摩机的主要功能模块可划分为 6 部分。控 制 系 统 AT89C51按 键LCD12864L298驱 动 模 块 步进电机电 源 模 块指 示 灯蜂 鸣 器 提 示输

32、出图 3.1 系统框图1. 按键输入与 L12864 液晶显示部分。该模块负责响应按摩机 4 个按键输入信号，并利用 L12864 液晶显示当前工作状态。其中，L12864 液晶显示启停、正转、反转、加速减速。2. 电源部分。该模块实现单片机系统从交流中整流出稳定的 5V 供电电压。3. 电机部分。步进电机与 L298 连接实现稳定的运转。4. 驱动模块。L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论

33、文 ） 题 目95. 蜂鸣器提示输出部分。该模块完成按摩机的告警提示，在一般工作情况下，蜂鸣器都将发声告警（例如电机运行超时）。6 发光二极管指示部分。氖灯只在按摩机工作时发光，否则熄灭。3.2 硬件电路图单片机系统设计技术是系统框架实现的具体执行步骤，系统设计框架虽然构建了系统的整体功能模块划分，但是硬件实现和软件实现还得通过具体的技术方案才能达到。采用的技术方案的好与坏直接影响系统的可操作性和安全性，以及后续设计工作的展开和进行。因此单片机系统设计技术方案同样重要。一个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容：一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如 ROM、RAM、I/O、定时器/计数

34、器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示器等，还要设计合适的接口电路。系统的扩展和配置应遵循以下原则：. 尽可能选择典型电路，并符合单片机常规用法。为硬件系统的标准化、模块化打下良好的基础。. 系统扩展与外围设备的配置水平应充分满足应用系统的功能要求，并留有适当余地，以便进行二次开发。. 硬件结构应结合应用软件方案一并考虑。硬件结构与软件方案会产生相互影响，考虑的原则是：软件能实现的功能尽可能由软件实殃，以简化硬件结构。但必须注意，由软件实现的硬件功能，一般响应时间比硬件实现长，且占

35、用 CPU 时间。. 系统中的相关器件要尽可能做到性能匹配。如选用 CMOS 芯片单片机构成低功耗系统时，系统中所有芯片都应尽可能选择低功耗产品。. 可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片、器件选择、滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。. 单片机外围电路较多时，必须考虑其驱动能力。驱动能力不足时，系统工作不可靠，可通过增设线驱动器增强驱动能力或减少芯片功耗来降低总线负载。. 要求尽量朝着“单片”方向设计硬件系统。系统器件越多，器件之间相互干扰也越强，功耗也增大，也不可避免地降低了系统的稳定性。大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目10P1.0/T

36、2EX345678RS9xDINWALVCU?cMHZpFGKu机Beakr O图 3.2 硬件电路图3.3 系统单片机扩展确定了单片机后，需要对单片机相应管脚的功能进行定义并设计其外部电路的功能。首先我们要预先分析，用户使用按摩机所关心的是按键功能是否正确、以及液晶屏显示的按摩振动速度是否准确，也就是系统设计框架图中“按键输入与 LCD12864 液晶显示指示部分”需要完成的工作。完成这些功能需要利用单片机 I/O 口，在不浪费系统资源的前提下分配单片机 I/O 口。可以知道，“按键输入与 LCD12864 液晶指示部分”需要 4(用户按键）+11(LCD12864 液晶)=15 个 I/O

37、 管脚。除了涉及用户使用的 I/O外，设计者还必须考虑分配 I/O 管脚的包括：驱动电路 L298。这个部分独立控制，需要 4 个单片机 I/O 管脚。根据上面的分析，完成按摩机需要 15+4=19 个单片机 I/O 管脚，而 AT89C51 单片机提供了 32 个可用的 I/O 管脚。工作过程：当 s1 按下时，液晶显示启动，此时电机运转，同时发光二极管亮否则熄灭。当 s2 按下时，液晶显示正转，此时电机正转；否则，液晶显示逆转，此时电机逆转。当 s3 每按一次，液晶显示加速，步进电机加速。当 s4 每按一次，液晶显示减速，步进电机减速。当步进电机运转超时时，蜂鸣器响起来。大 连 民 族 学

38、 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目113.4 步进电机驱动模块步进电机的驱动电路采用常用的电动机驱动芯片 L298，它能够接受标准的 TTL 电平控制信号，驱动电机。L298 操作时能提供的电压能达到 50V，直流电流 4A，具有过热保护功能，逻辑“0”的输入电压达到 1.5V。L298 在控制器的控制下驱动一个步进电动机，控制器产生 L298 年需的控制信号，以控制步进电机的运动状态。为了防止定子绕组的电感作用，使得电流切换时产生过电压，步进电机每相绕组两端都须并联一个用天在换相时起续流作用的肖基特二极管。L298N 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电

39、压最高可达 50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的 IO 口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。L298510P.7364VGNDC机ABESOUTI图 3.1 驱动电路4 脚接电源电压，电压范围 VIH为2546 V。输出电流可达 25 A，可驱动电感性负载。1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号。L298 可驱动 2 个电动机，2 脚和 3 脚，13 脚和 14 脚之间可分别接电动机，1 脚和 15 脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号 6;11TTL 电平兼容输入使能端，低电平禁止输出我们选用驱动

40、一台电动机。5，7，10，12 脚接输入控制电平，控制电机的正反。续流管的作用:续流二极管通常是大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目12并联在线圈的两端，线圈在通过电流时，会在其两端产 生感应电动势。当电流消失时，其感应电动势会对电路中的原件产生反向电压。当反向电压高于原件的反向击穿电压时，会把原件如三极管，等造成损坏。续流二极管并联在线两端，当流过线圈中的电流消失时，线圈产生的感应电动势通过二极管和线圈构成的回路做功而消耗掉。丛而保护了电路中的其它原件的安全。3.5 显示模块步进电机控制电路的显示模块采用液晶显示，因为液晶显示器与数码管相比，占用空间小、低功

41、耗、无闪烁、降低视觉疲劳等优点。故选用液晶显示器 LCD12864。LCD1286439570VS/IRWEBTP.GNK图 3.2LCD128643.5.1 液晶显示器工作原理液晶是一种呈液体状的化学物质，当受到外界电场影响时，其分子会产生精确有序的排列。如果对分子的排列加以适当的控制，液晶分子将会允许光线穿越。液晶显示器的显示原理是在两片玻璃基板上装配向膜，液晶会沿着沟槽配向，具有偶极矩的液晶棒状分了在外加电场的作用下，其排列状态发生变化，使得通过液晶显示器件的光被调制，从而呈现明与暗或透过与不透过的显示效果。在控制信号的控制下可以在显示屏上显示不同的字符、数字及图形。液晶显示器由三部分构

42、成：点阵式液晶板、液晶驱动电路和液晶控制电路。LCD 技术是把液晶灌入两个列有细槽的平面之间。这两个平面上的槽互相垂直(相交成 90 度)。也就是说，若一个平面上的分子南北向排列，则另一平面上的分子东西向排列，而位于两个平面之间的分子被强迫进入一种 90 度扭转的状态。由于光线顺着分子的排列方向传播，所以光线经过液晶时也被扭转 90 度。但当液晶上加一个电压时，分子便会重新垂直排列，使光线能直射出去，而不发生任何扭转。 LCD 是依赖极化滤光器(片)和光线本身。自然光线是朝四面八方随机发散的。极化滤光器实际是一系列越来越细的平行线。这些线形成一张网，阻断不与这些线平大 连 民 族 学 院 本

43、科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目13行的所有光线。极化滤光器的线正好与第一个垂直，所以能完全阻断那些已经极化的光线。只有两个滤光器的线完全平行，或者光线本身已扭转到与第二个极化滤光器相匹配，光线才得以穿透。 LCD 正是由这样两个相互垂直的极化滤光器构成，所以在正常情况下应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光器之间充满了扭曲液晶，所以在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转 90 度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之，加电将光线阻断，不加电则使光线射出。然而，可以改变 LCD

44、 中的液晶排列，使光线在加电时射出，而不加电时被阻断。但由于计算机屏幕几乎总是亮着的，所以只有“加电将光线阻断” 的方案才能达到最省电的目的。从液晶显示器的结构来看，无论是笔记本电脑还是桌面系统，采用的 LCD 显示屏都是由不同部分组成的分层结构。LCD 由两块玻璃板构成，厚约 1mm，其间由包含有液晶(LC)材料的 5m 均匀间隔隔开。因为液晶材料本身并不发光，所以在显示屏两边都设有作为光源的灯管，而在液晶显示屏背面有一块背光板（或称匀光板）和反光膜，背光板是由荧光物质组成的可以发射光线，其作用主要是提供均匀的背景光源。背光板发出的光线在穿过第一层偏振过滤层之后进入包含成千上万水晶液滴的液晶

45、层。液晶层中的水晶液滴都被包含在细小的单元格结构中，一个或多个单元格构成屏幕上的一个像素。在玻璃板与液晶材料之间是透明的电极，电极分为行和列，在行与列的交叉点上，通过改变电压而改变液晶的旋光状态，液晶材料的作用类似于一个个小的光阀。在液晶材料周边是控制电路部分和驱动电路部分。当 LCD 中的电极产生电场时，液晶分子就会产生扭曲，从而将穿越其中的光线进行有规则的折射，然后经过第二层过滤层的过滤在屏幕上显示出来。 3.5.2 液晶管脚定义LCD12864 液晶显示器有 8 条数据线。当与控制器相连接时，通过送入数据和指令，就能使模块正常工作。管脚排列如表所示。接口说明管脚号 管脚 电平 说明1 V

46、SS 0V 逻辑电源地。2 VDD 5.0V 逻辑电源正。3 V0LCD 驱动电压，应用时在 VEE 与 V0 之间加一 10K 可调电阻另一头接 VCC 即可。4 D/I H/L 数据指令选择：高电平：数据 D0-D7 将送入显示 RAM；大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目14低电平：数据 D0-D7 将送入指令寄存器执行。5 R/W H/L 读写选择： 高电平：读数据；低电平：写数据。6 E H.H/L 读写使能，高电平有效，下降沿锁定数据。7 DB0 H/L 数据输入输出引脚。8 DB1 H/L 数据输入输出引脚。9 DB2 H/L 数据输入输出引脚。

47、10 DB3 H/L 数据输入输出引脚。11 DB4 H/L 数据输入输出引脚。12 DB5 H/L 数据输入输出引脚。13 DB6 H/L 数据输入输出引脚。14 DB7 H/L 数据输入输出引脚。15 CS1 H/L 片选择信号，高电平时选择前 64 列（左屏）。16 CS2 H 片选择信号，高电平时选择后 64 列（右屏）。17 RET L 复位信号，低电平有效（一般接高电平即可）。18 VEE -10V LCD 驱动电源（自带）。19 BL AC 背光电源正,LED+。20 BL AC 背光电源负，LED-。3.5.3 液晶显示指令描述显示开/关设置 CODE： R/W D/I DB7

48、 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L L L H H H H H H/L功能：设置屏幕显示开/关。 DB0=H，开显示；DB0=L，关显示。不影响显示 RAM(DD RAM)中的内容。 设置显示起始行 CODE： R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L H H 行地址（063）功能：执行该命令后，所设置的行将显示在屏幕的第一行。显示起始行是由 Z 地址计数器控制的，该命令自动将 A0-A5 位地址送入 Z 地址计数器，起始地址可以是 0-63 范大 连 民 族 学 院 本 科 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 题 目15围内

49、任意一行。Z 地址计数器具有循环计数功能，用于显示行扫描同步，当扫描完一行后自动加一。设置页地址 CODE： R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L H L H H H 页地址（07）功能：执行本指令后，下面的读写操作将在指定页内，直到重新设置。页地址就是 DD RAM 的行地址，页地址存储在 X 地址计数器中，A2-A0 可表示 8 页，读写数据对页地址没有影响，除本指令可改变页地址外，复位信号(RST)可把页地址计数器内容清零。设置列地址 CODE： R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0L L L H 列地址（063）功能： DD RAM 的列地址存储在 Y 地址计数器中，读写数据对列地址有影响，在对 DD RAM 进行读写操作后，Y 地址自动加一。 状态检测 CODE： R/W D/I DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB2 DB1 DB0H L BF L ON/OFF RST L L L L功能：读忙信号标志位(BF)、复位标志位(RST)以