摘 要：本文運(yùn)用AT89C51單片機(jī)、鍵盤和LED專用智能控制芯片HD7279A、步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器L297、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L298N構(gòu)成了一套步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)識(shí)別并輸出顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)信息（轉(zhuǎn)角）并產(chǎn)生連續(xù)脈沖控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的任務(wù)。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 一、前言 在進(jìn)行熱對(duì)流式加速度傳感器溫度特性研究中，需將傳感器系統(tǒng)放置在一個(gè)可在縱向進(jìn)行三百六十度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并將旋轉(zhuǎn)臺(tái)放入恒溫試驗(yàn)箱中，利用當(dāng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)傳感器敏感面方向感受的重力加速度發(fā)生變化這一現(xiàn)象，檢測傳感器的靈敏度的變化。為使測量數(shù)據(jù)可靠，控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)，通過控制轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)（角度），使轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，待傳感器的輸出數(shù)據(jù)穩(wěn)定以后即可記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)這一功能，研制了用單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)。 二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作，需要步進(jìn)電機(jī)線圈的勵(lì)磁信號(hào)，還需要功率放大器根據(jù)該信號(hào)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電流。專門為步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)的環(huán)形分配器和功率驅(qū)動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)這種功能。 通過鍵盤輸入控制信息，包括電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角等。單片機(jī)接收這些信息并產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)傳送給電機(jī)控制器；同時(shí)單片機(jī)還要控制多位數(shù)碼管顯示鍵盤所輸入的信息和實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。 根據(jù)實(shí)際需要，人機(jī)交互通過4×4行列式鍵盤和一對(duì)4聯(lián)LED數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)；按鍵輸入與LED顯示器由控制芯片HD7279A來控制；單片機(jī)選用AT89C51 Flash單片機(jī)；由于測量范圍并不要求傾斜角度變化的分度非常細(xì)密，選用成本較低的兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)42BYG121，其步進(jìn)角為1.8度，通過半步驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行細(xì)分可獲得0.9度的步進(jìn)角；環(huán)形分配器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用L297和L298N芯片，由L297將單片機(jī)給出的連續(xù)脈沖轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)所要求的相繞組脈沖序列；再由L298N對(duì)相脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 最終系統(tǒng)總體方案如圖1所示。 系統(tǒng)的工作過程如下：系統(tǒng)利用鍵盤輸入數(shù)值，通過HD7279A芯片將輸入的按鍵鍵值傳送到單片機(jī)，單片機(jī)識(shí)別鍵值所代表的是數(shù)據(jù)還是功能鍵，或者傳送數(shù)據(jù)經(jīng)過HD7279A驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示，或者根據(jù)輸入數(shù)值確定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角，輸出一定的脈沖信號(hào)，并由L297轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相的相脈沖，經(jīng)過L298N放大驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械部分轉(zhuǎn)動(dòng)。 三、主要接口與編程實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)輸入與顯示接口芯片采用HD7279A，它是一個(gè)具有串行接口的，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)8位共陰式LED數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片同時(shí)還可連接多達(dá)64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示、鍵盤接口的全部功能。HD7279A內(nèi)含譯碼器，可直接接受BCD碼或16進(jìn)制碼，并同時(shí)具有2種譯碼方式，此外還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。 HD7279A的控制指令分為二大類:純指令和帶有數(shù)據(jù)的指令。純指令包括測試、移位顯示、復(fù)位等，共計(jì)六條，對(duì)應(yīng)的控制碼是從0xBF到0xA4；帶數(shù)據(jù)的指令包括顯示數(shù)據(jù)、消隱控制、讀出鍵碼等，指令格式是控制字＋數(shù)據(jù)。 用C51編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)HD7279A發(fā)送一個(gè)字節(jié)的指令或數(shù)據(jù)的例程如下： void send_byte（ unsigned char out_byte）｛ unsigned char i; cs=0; long_delay（）; for （i=0;i<8;i++）｛ if （out_byte&0x80） dat=1; else dat=0; clk=1; short_delay（）; clk=0; short_delay（）; out_byte=out_byte＊2; ｝ dat=0; ｝ 發(fā)送帶數(shù)據(jù)的指令可利用下面的例程來實(shí)現(xiàn)： void write7279（unsigned char cmd, unsigned char dta）｛ send_byte （cmd）; send_byte （dta）; ｝ 從HD7279A讀出數(shù)據(jù)的例程如下： unsigned char read7279（unsigned char command）｛ send_byte（command）; return（receive_byte（））; ｝ 定義有關(guān)的命令字如下： #define CMD_RESET 0xa4 #define DECODE0 0x80 #define DECODE1 0xc8 #define CMD_READ 0x15 #define UNDECODE 0x90 #define BLINKCTL 0x88 …… 要控制與HD7279A連接的LED，利用下面的程序行即可實(shí)現(xiàn)： send_byte（CMD_RESET）; //復(fù)位HD7279A write7279（BLINKCTL,0xf8）; //第1、2、3 位設(shè)置為閃爍顯示 write7279（UNDECODE,0X08）; //在第1位顯示下劃線 write7279（DECODE0,value）; //按0方式解碼顯示數(shù)字 write7279（DECODE1,value）; //按1方式解碼顯示數(shù)字 環(huán)形分配器L297的核心是脈沖分配器，它可以產(chǎn)生三種相序信號(hào)，對(duì)應(yīng)于三種不同的工作方式：半步方式，一相激勵(lì)方式，兩相激勵(lì)方式。它接收來自控制器的信號(hào)有： CW/ CCW 正/反轉(zhuǎn)（17腳），HALF/ FULL 半步/基本步距（19腳），STEP 步進(jìn)脈沖（18腳）。為了在現(xiàn)有硬件基礎(chǔ)上達(dá)到最佳的使用效果，步進(jìn)電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)L297的工作時(shí)序如圖2所示： 系統(tǒng)選用的功率放大器L298N，是一種H型雙極性驅(qū)動(dòng)器，D1～D4四個(gè)二極管組成橋式續(xù)流回路。使用上述H橋功放，每相繞組必須用一個(gè)H橋。L298N為雙H橋高電壓大電流功率集成電路，可用來驅(qū)動(dòng)繼電器、線圈、直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等電感性負(fù)載。L297步進(jìn)電機(jī)控制器與L298N雙H橋驅(qū)動(dòng)器組成典型的集成步進(jìn)電機(jī)微控制器。其連接電路如圖3所示。其中8個(gè)二極管D1～D8為與L298N芯片及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連接，組成H橋的續(xù)流電路。 四、系統(tǒng)控制的實(shí)現(xiàn) 為了方便控制與編程，按鍵的響應(yīng)方式采用中斷方式，在有按鍵按下時(shí)HD7279將發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)觸發(fā)中斷，在中斷處理程序中完成對(duì)按鍵的響應(yīng)，給出相應(yīng)的顯示和控制。程序框圖如右圖示。 按上述方案實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)控制器，能夠方便地輸入轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)方向，在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)也能準(zhǔn)確指示轉(zhuǎn)過角度和方向，取得了良好的效果。