乘4矩陣鍵盤輸入數(shù)碼管顯示四位數(shù)

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1、綜合課 程設(shè)計 三相步進電機控制器電路的設(shè)計 班 級 學(xué) 號— 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 課程設(shè)計任務(wù)書 一、設(shè)計說明 步進電機是工業(yè)過程控制及儀表控制中的主控元件之一， 作為執(zhí)行元件其特 點為能夠快速起啟停、 精度高且能直接接收數(shù)字量， 由于這些特點使其在定位場 合得到了廣泛的應(yīng)用。 設(shè)計一個三相步進電機控制器，使其能夠控制步進電機的工作狀態(tài)，如步進 電機正、反轉(zhuǎn)，步進電機的工作方式等。 用鍵盤設(shè)定步進電機的工作頻率，工作方式，并用數(shù)碼管顯示設(shè)定值，可以 通過按鍵來更換顯示內(nèi)容。 用示波器觀測三相的輸出波形， 并用數(shù)碼管顯示電路 的工作狀態(tài)。 二、技術(shù)指標(biāo) 步進電

2、機的工作頻率為： <10kHz 三、設(shè)計要求 1．進行方案論證，提出一個合理的設(shè)計方案并進行理論設(shè)計； 2．對所設(shè)計的方案部分進行調(diào)試； 3．在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。 4．設(shè)計測量調(diào)試電路。 四、實驗要求 1．根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。 2．進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。 五、推薦參考資料 1 .謝自美.電子線路設(shè)計?實驗?測試.[M]武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000 年 2 .閻石 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) . [M] 北京：高等教育出版社， 2006年 3 .童詩白、華成英 .模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) . [M] 北京：高等教育出版社， 2006年 4 ..付

3、家才 . 電子實驗與實踐 . [M] 北京：高等教育出版社， 2004 年 5．沙占友、李學(xué)芝著 .中外數(shù)字萬用表電路原理與維修技術(shù) . [M] 北京：人民 郵電出版社， 1993 年 六、按照要求撰寫課程設(shè)計報告 成績評定表 評語、建議或需要說明的問題： 指導(dǎo)教師簽字： 日期： 成績 沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計 沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計 一、概述 本次畢設(shè)的題目是：三相步進電機控制電路的設(shè)計。本次畢設(shè)使用 80C51 單片機作為主控芯片，利用 ULN2003Aft成電路作為三相步進電機的驅(qū)動電路， 采用單極性驅(qū)動方式，使三相步進電機能在（1）三相單三拍

4、，（2）三相雙三拍， （3）三相六拍三種工作方式下正常工作；能實現(xiàn)的功能有 ：啟動/停止控制、方 向控制；速度控制；用LED數(shù)碼管顯示工作方式。鍵盤輸入工作頻率。本次課程 設(shè)計采用80C51單片機作為主控芯片，程序采用 C語言來編寫，驅(qū)動電路采用 ULN2003A君成電路，顯示采用 7SEG-MPX4-C以四位共陰數(shù)碼管，P0接段碼， 并用8只1K歐左右電阻上拉。P2的4位IO 口接位選碼。正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示1。 反轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示2.不轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示0.采用Proteus軟件進行仿真。在Keil uVsuon3編程環(huán)境下編程和編譯生成 HEXS：件，導(dǎo)入到80C51單片機，實現(xiàn)對各 個模塊的控

5、制，實現(xiàn)我們所需要的功能。 本次課程是對畢業(yè)設(shè)計的基礎(chǔ)設(shè)計， 即實現(xiàn)4x4鍵盤輸入，數(shù)碼管顯示輸入 數(shù)字的設(shè)計。 二、方案論證 1步進電機驅(qū)動方案選擇 方案1:使用功率三極管等電子器件搭建成功率驅(qū)動電路來驅(qū)動電機的運 行。這種方案的驅(qū)動電路的優(yōu)點是使用電子器件聯(lián)接， 電路比較簡單，但容易受 干擾，信號不夠穩(wěn)定，缺點是器件較大而不便電路的集成，使用時很不方便，聯(lián) 接時容易出錯誤。 方案2:使用專門的電機驅(qū)動芯片 ULN2003AB區(qū)動電機運行。驅(qū)動芯片的 優(yōu)點是便于電路的集成，且驅(qū)動電路簡單，驅(qū)動信號很穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境的 干擾，因而設(shè)計的三相步進電機控制系統(tǒng)性能更好。 通過對

6、兩種方案的比較，我選擇方案 2使用ULN2003At機驅(qū)動芯片來作為 驅(qū)動。 2數(shù)碼管顯示方案選擇 方案1:把所需要顯示的數(shù)據(jù)通過專用的七段顯示譯碼器 （例如7448）的轉(zhuǎn) 換輸出給LED顯示屏。優(yōu)點是輸出比較簡單，可以簡化程序，但增加了芯片的費 用，電路也比較復(fù)雜。 方案2:通過程序把所要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為七段顯示的數(shù)據(jù)，直接通過單片機接 口來顯示，具優(yōu)點是簡化了電路，但增加了軟件編寫的負(fù)擔(dān)。 通過對兩種方案進行比較，我選擇通過軟件編寫來輸出顯示信號，即單片機 直接和顯示器相連。 3控制狀態(tài)的讀取 方案1:把按鍵接到單片機的中斷口，若有按鍵按下，單片機接收到中斷信 號，再通過軟件編寫

7、的中斷程序來執(zhí)行中斷，優(yōu)點是接線簡單，簡化了電路，但 軟件編寫較為復(fù)雜，不易掌握。 方案2:不使用中斷，直接把開關(guān)分別接在單片機的接口上，通過查詢端口 信號來動作。 通過對方案的比較，我選擇通過中斷來讀取端口信號。 三、控制系統(tǒng)的工作原理 1三相步進電機控制工作原理 (1)步進電機的工作原理 U1 U2 圖1步進電機三相接線圖 如圖1所示，U1、VI、W1接電源，分別有三個開關(guān)控制，U2 V2、W2分別 接地。 如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大 (即最小磁阻位置)位置轉(zhuǎn)動，即向趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。 (2)步進電機的工作方式 三相

8、步進電機可以在三相單拍，三相雙拍和三相六拍三種工作過方式下工 作。在三相單三拍工作方式運行時，通電順序為：A-B-C-A;三相雙三拍工作方式 運行時，通電順序為：AB-BC-CA-AB三相六拍工作方式運行時，通電順序為： A-AB-B-BC-C-CA-A,因此要輸出相應(yīng)的控制字進行控制。 ⑶步進電機的轉(zhuǎn)向控制 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)。若步進電機的勵磁方式為 三相六拍，即A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電換相，即則電機就反轉(zhuǎn)。其他 方式情況類似。 ⑷ 步進電機的啟?？刂? 步進電機由于其電氣特性，運轉(zhuǎn)時會有步進感，即振動感。為了使電機轉(zhuǎn)動 平滑，減小振動，可

9、在步進電機控 制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形 波，可以減小步進電機的步進角,提高電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉(zhuǎn)時， 為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑 ，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁 力矩，鎖定步進電機的轉(zhuǎn)軸，使步進電機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 (5)步進電機的速度控制 脈沖的頻率越高，電動機運轉(zhuǎn)的速度越快，否則，速度就越慢。因而通過延 時程序控制輸出脈沖的頻率，就可以實現(xiàn)對步進電機速度的控制。 2控制系統(tǒng)的設(shè)計思路 此次我所設(shè)計的是一個三相步進電機控制系統(tǒng)，主要由單片機 80C51, 3相 步進電機，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計而成。可以通過開關(guān)來控制系 統(tǒng)的啟/停

10、工作，當(dāng)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，用開關(guān)來控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起， 同樣由開關(guān)來選擇工作模式。運轉(zhuǎn)時，用7段數(shù)碼管來顯示工作狀態(tài)。最后根據(jù) 思路所設(shè)計出來的硬件圖設(shè)計相適應(yīng)的軟件。 3控制系統(tǒng)的整體框圖 圖2為系統(tǒng)總體設(shè)計整體框圖，單片機80C51, ULN2003A動芯片，三相步 進電機，7段LE躁碼管等一些電路模塊組成。 圖2系統(tǒng)的整體框圖 4控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計 設(shè)計一個單片機三相步進電機控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能： (1)用4x4鍵盤輸入步進電機的工作頻率及工作狀態(tài)，如單三拍、雙三拍、 相六拍。 (2)正轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示1,反轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示2,不轉(zhuǎn)時數(shù)碼管顯示0; (

11、3)用數(shù)碼管顯示工作狀態(tài)。 四、電路設(shè)計 1.單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)由晶振、瓷片電容、電解電容、電阻、開關(guān)及電源組成。單 片機最小系統(tǒng)復(fù)位電路的極性電容的大小直接影響單片機的復(fù)位時間， 一般采用 10?30uF, 51單片機最小系統(tǒng)容值越大需要的復(fù)位時間越短；單片機最小系統(tǒng)品 振可以采用6MHz或者11.0592MHz,在正常工作的情況下可以采用更高頻率的 晶振；51單片機最小系統(tǒng)晶振的振蕩頻率直接影響單片機的處理速度，頻率越 大處理速度越快，單片機最小系統(tǒng)起振電容一般采用 15?33pF,并且電容離晶振 越近越好，晶振離單片機越近越好 “I CRYSTAL C2

12、 A G3 20uf F1 D pi7 Pl 2 pT3 Pl 4 Fi~5 P1B FT7 33I0F >XTAL1 PO.O^KDO P0.1Z4D1 P0.2AflJD2 XTAL2 P0.3/WD3 P0.4XAD4 P0.5/AD5 P0.B/AD6 RST P0.7XAD7 P2.0ZA6 P2.1/A9 P22fAiO PSEN P2.3/A11 ALE P2.4/A12 EA P2.5fM3 P2.6/A1 4 P2.7/A1S P1 .□ P3 OXRXD P1.1

13、 P31/TXD P1 .2 P3.2/IMT0 P1 3 P3 3)INT1 P1 .4 P3.4/T0 P1 .5 P3.5JT1 PI .s P3 6AM? P1 .7 P3.7/RD U1 ATS9CS1 s 7 ■ 29 ? 30 ■ ■39 ■ 38 ■37 ■38 ■3S ■34 ■33 ■32 ■21 ■22 ■23 ■24 ■25 I2B ■27 _Uj. ■12 13 1 4 15 _LL 圖3單片機最小系統(tǒng) 2.4x4矩陣鍵盤電路 首先，對P1賦值使P1=0

14、x11,然后令第一行即P17等于零，如果第一行有 按鍵按下，則P0至P3的值會發(fā)生變化：如果第一個按鍵按下，則 P10等于0; 如果第二個按鍵按下，則P11等于0;如果第三個按鍵按下，則 P12等于0;如 果第四個按鍵按下，則P13等于0。按此規(guī)律，直至四行掃描完畢。 AT69C51 R3JOIRXD 用1例 陽2通 P3E而 WJiTO 陽迎 P3強 P37W 圖4矩陣鍵盤 3.數(shù)碼管顯示電路 四位7段數(shù)碼管，位選端接P2 口，段選端通過排阻連接到接 P0 口，掃描 函數(shù)掃描，使數(shù)碼管不斷顯示輸入數(shù)據(jù)。 RP2 RESPACK-8 POtMADO PO.1/AD1 P

15、02/AD2 PO.3/AD3 PO.4XAD4 P0.5/AD5 PO 6/AD6 P07/AD7 P2J0/A8 P2.1 /A9 P2.2/A10 P2 3/A11 P2 4/A12 P2.5/A13 P2.67A14 P2.7/A15 區(qū) D1 D2 D3 D4 21 22 23 24 一 _2L -LL a 5 D D1_ 7 圖5數(shù)碼管顯示電路 五、軟件設(shè)計 1主程序流程圖 主函數(shù)進行鍵盤掃描，將按鍵值給顯示函數(shù)，顯示函數(shù)對按鍵值進行處理。 圖6主函數(shù)流程圖 2顯示函數(shù)流程圖 圖7顯示模塊的程序框

16、圖 沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計 六、性能的測試 1、輸入、顯示一位數(shù)字 圖9顯示兩位數(shù)字 9 XTAJL1 rerr mJ FZJfJS ”為 FZ J.".l FZ.rfAn ■H卻白O FiWAM- F3JW FSmjc? ? m A1TT1 PDiTiTTT , 3 VX1 .MT1 F J tglKHr ? 6E 圖8顯示一位數(shù)字

17、 2、輸入、顯示兩位數(shù)字 F. i-. 即 01MMi FD.WADI PD^AtZ FDJfADJ PD.^P* POSAErf PDAAOS PD.T/AD7 pziAia 帽吧即? nMts rnnfRMB ”nitt3 ■nzurrr P3LTTC1 *3SH1 mmr 沈陽航空航天大學(xué)綜合課程設(shè)計 19 3、輸入、顯示三位數(shù)字 PQ.-VAibd 口口二例工

18、 FnJ.AJ3 一 □.皿，i PDM6C- 「口白.*44 一4一可器工 ■H12 FZJ9.MIDI 1 ■ P2.a/JA12 P2JW^15 F2J.*-M “網(wǎng)i” .JLirrx. fjbIWTE pgi>nm vni+fra PMT1 rjq/nrw r rET 圖10 顯示三位數(shù)字 4、輸入、顯示四位數(shù)字 UI 1 iKTALI ruoMU PD.-UAA1 聲H**” FD.tlAf - PDAiAibC FOufcMi 004 rz Ims rZJTAID 昨E P2JTA-11 白H

19、E 曰 FIJ*AIJ FlJiVAI 4 P2 TJJH. FHJ3 F3lTK-：D P -.1 P3L1FTXD H IS FIJI Pltf ■nc^irj P I.T raj/IF L 圖11顯示四位數(shù)字 七、結(jié)論 鍵盤輸入0到9的任意數(shù)字，數(shù)碼管顯示；再次輸入任意數(shù)字，前一位數(shù) 字向前移位，作為十位數(shù)字，后輸入數(shù)字，作為個位數(shù)字；按此規(guī)律，可以輸入 任意一位、兩位、三位或四位數(shù)字。 八、性價比 本設(shè)計用簡單的常用的器件以及易編寫的軟件程序?qū)崿F(xiàn)了要求功能。 51單 片機價格便宜甚至實驗室即可提供；共陰數(shù)碼管相較液晶顯

20、示，不盡價格便宜， 而且簡單、易實現(xiàn)，4x4鍵盤既是簡單的按鍵開關(guān)；電容、電阻等 價格幾乎不 計，所有這些器件實驗室都能提供，成本只有幾十元。性價比偏高。 九、課設(shè)體會 經(jīng)過一個月的努力和付出，完成了本次課程設(shè)計，通過本次課程設(shè)計提高了 我的設(shè)計方案和分析問題的能力，加深了對理論知識的理解，做到了理論知識與 實踐的聯(lián)系。學(xué)會了 Proteus這個仿真軟件的運用，積累進行課程設(shè)計的經(jīng)驗。 其次，通過本次課程設(shè)計，大大提高了自己的動手能力和設(shè)計能力， 加深對 Proteus軟件功能的理解，學(xué)會用這個軟件設(shè)計三相步進電機控制系統(tǒng)，將理論 知識與實踐相聯(lián)系，為以后在學(xué)習(xí)和工作的發(fā)展打下一個良

21、好的基礎(chǔ) 。然后， 通過該課程設(shè)計，初步理解了利用計算機控制技術(shù)進行三相步進電機控制系統(tǒng)的 設(shè)計。 最后，我明白：知識不是孤立的，相互之間有聯(lián)系的，我們要學(xué)會理解知識 點以及學(xué)科之間的融合滲透。本次課程設(shè)計涉及到了計算機技術(shù)，自動控制技術(shù)， 微機技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)等眾多知識，因而我們需要把把各個學(xué)科之間的知識融 合起來，形成一個整體。認(rèn)識到 Proteus這個軟件的強大功能，為以后的學(xué)習(xí)和 工作打下基礎(chǔ)。 我相信未來是屬于我們的，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，控制技術(shù)的應(yīng)用將將越來 越廣泛，發(fā)揮越來越重要的作用。 參考文獻 [1]閻石主編.數(shù)字電子技術(shù).[M]北京：高等教育出版社，2006年

22、 [2]陳振官等編著.新穎高效聲光報警器.[M]北京：國防工業(yè)出版社，2005年 [3]王東峰等主編.單片機C語言應(yīng)用100例.[M]北京：電子工業(yè)出版社，2009 年 [4]胡耀輝等主編.單片機系統(tǒng)開發(fā)實例經(jīng)典.[M]北京：冶金工業(yè)出版社，2006 年 [5]李鴻主編.單片機原理及應(yīng)用.[M]湖南：湖南大學(xué)出版社，2005年 [6]譚浩強主編.C語言程序設(shè)計.[M]北京：清華大學(xué)出版社，2005年 附錄I總電路圖 本 R1 - ?hLR7l RP2 U1 * Kiwca PQ1 慎口 1 ra^ADZ ?仃旬12 FOlAM

23、RUK. ，口 咯 i^rr FD7i?DT EZWS P2.愉 修M前 ^FT ，工歡1 ? LE F工祖12 百 ，工附q rani* 田也、 ? ID P1WW Fl 1 pj inxo IP 12 pa^? P 口 Pl^TITT P3 ftqn F15 Fl5 P1.7 PMTCT 1E 圖12 總電路圖 附錄I

24、I元器件清單 序號 編號 名稱 型號 數(shù)量 1 U1 單片機 AT89C51 1 2 C1 電容 瓷片電容 1 3 C2 電容 瓷片電容 1 4 C3 電容 電角單電容 1 5 K 開關(guān) 按鍵開關(guān) 17 6 U2A 四輸入與門 74LS21 1 7 RP2 排阻 Respack-8 1 8 P 數(shù)碼管 7SEG 1 9 VCC 電源 5V直流源 2 10 GROUND 地 接地 1 11 附錄田源程序 #include #define ui

25、nt unsigned int #define uchar unsigned char sbit P17=P1A7; sbit P16=PW6; sbit P15=P1A5; sbit P14=PW4; uint count=0,num=0,k; uchar table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7G 0x39,0x5e,0x79,0x71}; //***************** 延時子程序 *************************** void delay(uint

26、i) { uint j; for(;i>0;i--) for(j=0;j<125;j++); } //************** 矩陣鍵盤掃子程序 *********************** uint keyscan() { uchar temp,keynum; P1=0xff; P17=0;//* ************* 掃}第一彳亍 ********************** temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!

27、=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) { case 0x0e:keynum=0;break; case 0x0d:keynum=1;break; case 0x0b:keynum=2;break; case 0x07:keynum=3;break; } while(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; } } } P1=0xff; P16=0;〃* ************* 掃}第二彳亍 ********************** temp=P1; temp

28、&=0x0f; if(temp!=0x0f) { delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) { case 0x0e:keynum=4;break; case 0x0d:keynum=5;break; case 0x0b:keynum=6;break; case 0x07:keynum=7;break; while(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; } } } P1=0xff; P15=0;//

29、* ************* 掃}第三彳亍 ********************** temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) { case 0x0e:keynum=8;break; case 0x0d:keynum=9;break; case 0x0b:keynum=10;break; case 0x07:keynum=11;break; }

30、while(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; } } } P1=0xff; P14=0；//* ************* 掃描第四行 ********************** temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { delay(10); temp=P1; temp&=0x0f; if(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; switch(temp) { case 0x0e:keynum=12;break; case 0x0

31、d:keynum=13;break; case 0x0b:keynum=14;break; case 0x07:keynum=15;break; } while(temp!=0x0f) { temp=P1; temp&=0x0f; } } } return keynum; } //******************** 顯示子程序 ************************* void Display(uint num) { uint ge,shi,bai,qian; qian=num/1000; P0=table[qian]; P2=0xfe;

32、 delay(10); P2=0xff; bai=num%1000/100; P0=table[bai]; P2=0xfd; delay(10); P2=0xff; shi=num%100/10; P0=table[shi]; P2=0xfb; delay(10); P2=0xff; ge=num%10; P0=table[ge]; P2=0x億 delay(10); P2=0xff; } void Init(void) EA=1;//* ************* 開總中斷 EX1=1;//* ************ IT1=0;//* ****

33、******** } 〃********************* 開外部中斷0 設(shè)置為電平觸發(fā)方式 主程序 *************************** void main(void) { uint i,count1; Init(); while(1) 調(diào)用掃鍵子程序 { count=keyscan(); // Display(num); } 〃********************* 〃*********************END****************************** 中斷子程序 ************************ void Init1() interrupt 2 { count=keyscan(); num=num*10+count; if(num>9999) num=num%10; }//**********