外文翻譯---模擬建筑塔鐘

1、<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)</p><p>　　隨著現(xiàn)代城建的發(fā)展，在大中城市的中心建筑上安置塔鐘已越來(lái)越常見(jiàn)。塔鐘控制系統(tǒng)的核心部件是步進(jìn)電機(jī)，早期的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路多采用分立元件或CMOS集成電路的構(gòu)成、電路復(fù)雜，成本高，抗干擾能力弱，適應(yīng)溫度范圍窄，在各種惡劣環(huán)境下不能確保可靠地工作．走時(shí)調(diào)整及調(diào)整顯示

2、也往往采用機(jī)械的方法，不僅調(diào)整困難，而且顯示也不夠直觀方便。這些建筑鐘所使用的電機(jī)容易出現(xiàn)誤觸發(fā)而快走，因?yàn)椴骄嗵螽a(chǎn)生失步故障，解決上述問(wèn)題的方法之一是采用小步距角高頻率驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)，并用單片機(jī)加以控制。其后出現(xiàn)的以微電腦為核心的步進(jìn)控制器有取代邏輯控制器的趨勢(shì)，但由于其微電腦多采用Z80單片機(jī)，故硬件較復(fù)雜，抗干擾能力差。再后來(lái)出現(xiàn)的MCS——96系列單片機(jī)，如8098內(nèi)部具有高速輸出口HSO，特別適合于步進(jìn)電機(jī)控制，用8098單

3、片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)控制器，使得系統(tǒng)具有硬件電路簡(jiǎn)單可靠，軟件編程容易靈活，抗干擾能力強(qiáng)，性能，價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)簡(jiǎn)單的編程就可以靈活地改變控制方式，具有很強(qiáng)的通用性。近年來(lái)出現(xiàn)的MCS——51系列單片機(jī)比MCS——96系列又有了更大發(fā)展。</p><p>　　1.2 本論文主要內(nèi)容</p><p>　　論文的第一章為緒論，介紹了國(guó)內(nèi)外發(fā)展的現(xiàn)狀以及論文研究的目的和意義等內(nèi)容；第二章介紹系統(tǒng)

4、總體方案以及塔鐘的相關(guān)知識(shí)——步進(jìn)電機(jī)；第三章介紹了硬件部分設(shè)計(jì)；第四章進(jìn)行了軟件部分編程；第五章是Proteus仿真圖。</p><p><b>　　2.建筑塔鐘的研究</b></p><p>　　2.1建筑塔鐘的總體方案設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的目的就是利用AT89C51系列單片機(jī)所開(kāi)發(fā)的塔鐘控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時(shí)，斷電后啟用備用電

5、源記錄時(shí)間，恢復(fù)供電后快速調(diào)節(jié)正確時(shí)間等功能。比之以前的各種塔鐘系統(tǒng)具有更高的精準(zhǔn)性，更高的抗干擾能力，性價(jià)比高，通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。下圖是總體設(shè)計(jì)框圖：</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　2.2建筑塔鐘相關(guān)知識(shí)——步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　2.2.1步進(jìn)電機(jī)概述及控制原理 </p><p>　　步進(jìn)

6、電機(jī)是一種能夠?qū)㈦娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件，它實(shí)際上是一種單相或多相同步電動(dòng)機(jī)。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。</p><p>　　使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電動(dòng)機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)

7、過(guò)一定的角度（稱為步距角）。</p><p>　　正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈

8、沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下： </p><p><b>　　1．控制換相順序 </b></p><p>　　通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-

9、A,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C相的通斷。</p><p>　　2．控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 </p><p>　　如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 </p><p>　　3．控制步進(jìn)電機(jī)的速度 </p><p>　　如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就

10、轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。 </p><p>　　

11、2.3步進(jìn)電機(jī)種類及原理</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱VR）、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱HB）等。 </p><p>　　2.3.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理</p><p>　　由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡(jiǎn)單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理。</p><p><b>　　1.結(jié)構(gòu)：&l

12、t;/b></p><p>　　電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3て，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3て，A'與齒5相對(duì)齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)圖：</p><p>　　圖2.2 定轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖&

13、lt;/p><p><b>　　2.旋轉(zhuǎn)：</b></p><p>　　如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)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(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)

14、齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3て這樣經(jīng)過(guò)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(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。</p><p>　　由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。&l

15、t;/p><p>　　不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。</p><p>　　不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)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)

16、電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。 </p><p><b>　　3.力矩：</b></p><p>　　電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量Ф）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一定角度產(chǎn)生力F與（dФ/dθ）成正比 </p>

17、<p>　　其磁通量Ф=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(zhǎng)度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/R N·I為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。</p><p><b>　　力矩=力*半徑</b></p><p>　　力矩與電機(jī)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(jī)有效體積越大，勵(lì)

18、磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。</p><p>　　2.3.2感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)原理</p><p><b>　　1.特點(diǎn)：</b></p><p>　　感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電

19、流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。</p><p>　　感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=A,D=B

20、。</p><p>　　一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。</p><p><b>　　2.分類</b></p><p>　　感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)

21、可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG、86BYG、110BYG、（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2.4步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)</p><p>　　相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。</p><p

22、>　　拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)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(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。</p><p>　　步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=3

23、60度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。</p><p>　　定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）</p><p>　　靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。<

24、;/p><p>　　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(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。</p><p>　　2.5步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：</p><p><b>　　1.步距角精度：</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值

25、與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。</p><p><b>　　2.失步：</b></p><p>　　電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。</p><p><b>　　3.失調(diào)角：</b></p>

26、<p>　　轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。</p><p>　　4.最大空載起動(dòng)頻率：</p><p>　　電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。</p><p>　　5.最大空載的運(yùn)行頻率：</p><p>　　電機(jī)在

27、某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6.運(yùn)行矩頻特性：</p><p>　　電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：</p><p>　　圖2.3 運(yùn)行矩頻特性圖</p><p>　　其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。</p>

28、<p>　　電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。</p><p><b>　　如下圖所示：</b></p><p>　　圖2.4 力矩與頻率關(guān)系圖</p><p>　　其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線

29、1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。</p><p>　　7.電機(jī)的共振點(diǎn)： </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小

30、，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 </p><p>　　8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： </p><p>　　當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB時(shí)為反轉(zhuǎn)。</p><p>　　2.6驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成</p><p>　　使用、控

31、制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：</p><p>　　圖2.5 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)方框圖</p><p><b>　　1、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生</b></p><p>　　脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。</p><p><

32、;b>　　2、信號(hào)分配</b></p><p>　　感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。</p><p>

33、<b>　　3、功率放大</b></p><p>　　功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。</p&g

34、t;<p>　　為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。SH系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下：</p><p>　　圖2.6 單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)及電機(jī)接線圖</p><p>　　說(shuō)明：CP 接CPU脈沖信號(hào)（負(fù)信號(hào)，低電平有效）OPTO 接CPU+5VFREE 脫機(jī)，與CPU地線相接，驅(qū)動(dòng)電源不工作DIR 方向控制，與CPU地線相

35、接，電機(jī)反轉(zhuǎn)VCC 直流電源正端GND 直流電源負(fù)端 A 接電機(jī)引出線紅線</p><p>　　接電機(jī)引出線綠線 B 接電機(jī)引出線黃線接電機(jī)引出線藍(lán)線 </p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。電壓對(duì)力矩影響如下：</p><p>　　圖2.7 電壓與力矩關(guān)系圖&

36、lt;/p><p><b>　　4.細(xì)分驅(qū)動(dòng)器</b></p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。</p><p>　　圖2.8 合成磁場(chǎng)夾角圖</p><p>　　2.7步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)

37、用</p><p>　　2.7.1步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。</p><p><b>　　1.步距角的選擇</b></p><p>　　電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)

38、軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。</p><p><b>　　2.靜力矩的選擇</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電

39、機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）</p><p><b>　　3.電流的選擇</b></p><p>　　靜

40、力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）</p><p>　　綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：</p><p>　　圖2.8 選擇電機(jī)步驟</p><p><b>　　4.力矩與功率換算</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)

41、調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：</p><p><b>　　P= Ω·M </b></p><p>　　Ω=2π·n/60 </p><p><b>　　P=2πnM/60</b></p><p>　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為

42、弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米</p><p>　　P=2πfM/400(半步工作）</p><p>　　其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS)</p><p>　　2.7.2應(yīng)用中的注意點(diǎn)</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000

43、PPS(0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。</p><p>　　2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。</p><p>　　3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80

44、V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過(guò)要考慮溫升。</p><p>　　4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。</p><p>　　5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。</p><p>　　6、高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用

45、高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。</p><p>　　7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。</p><p>　　8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。<

46、;/p><p>　　2.8步進(jìn)電機(jī)的特性</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)使用的是脈沖信號(hào)，而脈沖是數(shù)字信號(hào)，這恰是計(jì)算機(jī)所擅長(zhǎng)處理的數(shù)據(jù)類型。從20世紀(jì)80年代開(kāi)始開(kāi)發(fā)出了專用的IC驅(qū)動(dòng)電路，今天，在打印機(jī)、磁盤(pán)器等的OA裝置的位置控制中，步進(jìn)電機(jī)都是不可缺少的組成部分之一。總體上說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　1．不需要反饋，控制簡(jiǎn)單。</p&g

47、t;<p>　　2．與微機(jī)的連接、速度控制（啟動(dòng)、停止和反轉(zhuǎn)）及驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單。</p><p>　　3．沒(méi)有角累積誤差。</p><p>　　4．停止時(shí)也可保持轉(zhuǎn)距。</p><p>　　5．沒(méi)有轉(zhuǎn)向器等機(jī)械部分，不需要保養(yǎng)，故造價(jià)較低。</p><p>　　6．即使沒(méi)有傳感器，也能精確定位。</p>&

48、lt;p>　　7．根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉(zhuǎn)動(dòng)。但是，這種電機(jī)也有自身的缺點(diǎn)。</p><p>　　8．難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　9.不宜用作高速轉(zhuǎn)動(dòng)</p><p>　　10．在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢(shì)，能源利用率低。</p><p>　　11．超過(guò)負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。</p>

49、<p><b>　　3 硬件部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　　交流220V輸入電源經(jīng)變壓、整流、濾波產(chǎn)生+12v直流電壓供給步進(jìn)電機(jī)；交流220V輸入電源經(jīng)變壓、整流、濾波產(chǎn)生+5v直流電壓提供單片機(jī)工作所需要的工作電源。備用電池在遭遇停電時(shí)，和單片機(jī)電源進(jìn)行電壓比較然后供給單

50、片機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，保證停電時(shí)單片機(jī)正常運(yùn)行記錄時(shí)間，當(dāng)恢復(fù)供電后，單片機(jī)改變提供給步進(jìn)電機(jī)的脈沖，加快步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)時(shí)間調(diào)節(jié)準(zhǔn)確以后恢復(fù)正常轉(zhuǎn)速。</p><p>　　圖3.1供電系統(tǒng)工作原理框圖</p><p>　　3.1.1掉電保護(hù)系統(tǒng)</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中，時(shí)鐘電路在遭遇停電時(shí)需要切換到備用電源繼續(xù)供電，時(shí)鐘電路就能持續(xù)工作，繼續(xù)記錄時(shí)間信息。<

51、/p><p>　　當(dāng)然現(xiàn)在已有將微型電池集成到電路模塊的中的解決方案，但在考慮本設(shè)計(jì)只是一個(gè)模擬設(shè)計(jì)，所以選擇使用普通和簡(jiǎn)單的模擬元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　掉電保護(hù)原理，在此模塊中使用了一塊6264隨機(jī)存儲(chǔ)器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)保護(hù)，6264中記錄的時(shí)鐘信息，每隔1分鐘反饋給AT89C51，以此來(lái)校對(duì)時(shí)間。當(dāng)遭遇停電時(shí)，備用電池通過(guò)二極管自動(dòng)接替供電，時(shí)鐘電路繼續(xù)運(yùn)行。</p>

52、<p>　　圖3.2掉電保護(hù)系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　誤差分析：當(dāng)主電源斷電時(shí)，這個(gè)端子上的電壓在總體下降的過(guò)程中會(huì)發(fā)生波動(dòng)，顯然這會(huì)擾亂芯片的工作狀態(tài) 芯片的各管腳電壓會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。若此時(shí)發(fā)生寫(xiě)動(dòng)作，很可能產(chǎn)生錯(cuò)誤，即時(shí)鐘信息數(shù)據(jù)丟失。在恢復(fù)主電源供電的時(shí)候，有完全類似的問(wèn)題，即電源電壓的瞬間波動(dòng)導(dǎo)致片選信號(hào)和讀寫(xiě)信號(hào)的波動(dòng)，從而發(fā)生誤寫(xiě)動(dòng)作。</p><p>　

53、　考慮各種原因后，即使在遭遇停電狀況時(shí)，啟動(dòng)備用電源后，單片機(jī)還能正常運(yùn)行，繼續(xù)記錄時(shí)間信息，因此在恢復(fù)供電后可以采用LED數(shù)碼管顯示的時(shí)間來(lái)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使塔鐘的指針指向正確的時(shí)間。</p><p><b>　　3.1.2濾波電路</b></p><p>　　濾波電路的作用是濾除整流電壓中的紋波。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及有源濾波。這里僅討

54、論電容濾波。</p><p>　　電容濾波電路是最簡(jiǎn)單的濾波器，它是在整流電路的負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電容C。電容為帶有正負(fù)極性的大容量電容器，如電解電容、鉭電容等，電路形式如圖（a）所示。</p><p><b>　　1.濾波原理</b></p><p>　　電容濾波是通過(guò)電容器的充電、放電來(lái)濾掉交流分量的。圖（b）的波形圖中虛線波形為橋式整流的波形

55、。并入電容C后，在u2>0時(shí)，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，電源在向RL供電的同時(shí)，又向C充電儲(chǔ)能，由于充電時(shí)間常數(shù)τ1很?。ɡ@組電阻和二極管的正向電阻都很?。?，充電很快，輸出電壓uo隨u2上升，當(dāng)uC =后，u2開(kāi)始下降u2<uC，t1~t2時(shí)段內(nèi)，D1~D4全部反偏截止，由電容C向RL放電，由于放電時(shí)間常數(shù)τ2較大，放電較慢，輸出電壓uo隨uC按指數(shù)規(guī)律緩慢下降，如圖中的ab實(shí)線段。b點(diǎn)以后，負(fù)半周電壓 u2>

56、uC，D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通，C又被充電至c點(diǎn)，充電過(guò)程形成uo = u2的波形為bc實(shí)線段。c點(diǎn)以后，u2<uC，D1~D4又截止，C又放電，如此不斷的充電、放電，使負(fù)載獲得如圖（b）中實(shí)線所示的uo波形。由波形可見(jiàn)，橋式整流接電容濾波后，輸出電壓的脈動(dòng)程度大為減小。</p><p><b>　　3.3（a）電路</b></p><p><b&g

57、t;　?。╞）波形</b></p><p>　　圖3.3橋式整流電容濾波電路及波形</p><p>　　2.U0的大小與元件的選擇</p><p>　　由上討論可見(jiàn)，輸出電壓平均值U0的大小與τ1、τ2的大小有關(guān)，τ1越小，τ2越大，U0也就越大。當(dāng)負(fù)載RL 開(kāi)路時(shí)，τ2無(wú)窮大，電容C無(wú)放電回路，U0達(dá)到最大，即Uo=；若RL很小時(shí)，輸出電壓幾乎與無(wú)濾波

58、時(shí)相同。因此，電容濾波器輸出電壓在范圍內(nèi)波動(dòng)，在工程上一般采用經(jīng)驗(yàn)公式估算其大小，RL愈小，輸出平均電壓愈低，因此輸出平均電壓可按下述工程估算取值</p><p>　　對(duì)于單相橋式整流電路而言，無(wú)論有無(wú)濾波電容，二極管的最高反向工作電壓都是U2。關(guān)于濾波電容值的選取應(yīng)視負(fù)載電流的大小而定。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓應(yīng)大于。</p><p>　　圖3.4 220V變壓整流濾波后轉(zhuǎn)換

59、成5V原理圖</p><p>　　圖3.5 220V變壓整流濾波后轉(zhuǎn)換成12V原理圖</p><p>　　3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　在理論上而言，為了提高塔鐘的精度，應(yīng)盡量降低機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度，提高電機(jī)速度，采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器，但五相電機(jī)整個(gè)系統(tǒng)價(jià)格貴，生產(chǎn)廠家少，故不選用，二相和四相電機(jī)脈沖數(shù)不好計(jì)算，為了簡(jiǎn)化參數(shù)計(jì)算，通過(guò)以上考慮，本設(shè)計(jì)選用75B

60、F003三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)為：工作電壓12V，轉(zhuǎn)子齒數(shù)40，步距角1.5度，即240個(gè)脈沖1周，設(shè)轉(zhuǎn)速4轉(zhuǎn)/分，則960脈沖/分，及62.5ms/脈沖，空載頻率1250Hz，工作電流為4A，轉(zhuǎn)矩0.882N·M,線圈電阻0.82Ω,外徑為75mm。由于線圈內(nèi)阻極小，故必須在每個(gè)繞組上竄聯(lián)大功率限流電阻。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，該電阻極易燒毀，如無(wú)適當(dāng)電阻更換，可用混聯(lián)方法將眾多水泥電阻組成電阻組，并用散熱器冷卻散熱。驅(qū)動(dòng)板上

61、含有三路相同的驅(qū)動(dòng)電路，每一路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的一相，來(lái)自AT89C51輸出口的一路步進(jìn)脈沖信號(hào)，在經(jīng)過(guò)二極管和電阻放大以及ULN2004A專用驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的一相。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)脈沖采用三相六拍制，即A—AB—B—BC—C—CA正轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)脈沖代碼存于AT89C51的EEPROM內(nèi)，單片機(jī)順序取出脈沖代碼，以2轉(zhuǎn)/分的速度送入驅(qū)動(dòng)板，驅(qū)</p><p>　　用AT89C51的P2.0,P2.1,P2.

62、2分別控制步進(jìn)電機(jī)的A相,B相和,C相線圈.以A相為例,其控制過(guò)程為, 當(dāng)P2.0輸出為高電平時(shí)，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光,光敏三極管導(dǎo)通，使擔(dān)負(fù)驅(qū)動(dòng)任務(wù)的CMOS功率管T1導(dǎo)通,A相繞組通電.按照類似的邏輯分析,不難知道,當(dāng)P2.0輸出低電平時(shí),使A相繞組不通電,采用光電耦合器可以把工作在較大的脈沖電流狀態(tài)下的驅(qū)動(dòng)電路與單片機(jī)隔離開(kāi)來(lái)，還可避免單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)功率回路的其他干擾。此外，它還具有在驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障時(shí)不致于讓功放部分較高

63、的電平串人單片機(jī)側(cè)招致?lián)p壞的功能。</p><p>　　圖3.6步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖</p><p><b>　　3.3時(shí)鐘顯示電路</b></p><p>　　時(shí)鐘顯示電路采用LED數(shù)碼管（也稱半導(dǎo)體數(shù)碼管），是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。</p><p>　　數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，其基本單元是發(fā)光二極管。

64、數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè)“8”可分為1位、2位、4位等等數(shù)碼管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽(yáng)極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。。共陰

65、數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。</p><p>　　數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。</p><

66、p>　　1. 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8＝40根I/O端口來(lái)驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。</p

67、><p>　　2. 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們

68、只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低

69、。</p><p>　　LED數(shù)碼管是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽(yáng)極方式連接后封裝而成的。有兩種LED數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)——公共陽(yáng)極和公共陰極，a～g是7個(gè)筆段電極，DP為小數(shù)點(diǎn)。LED數(shù)碼管型號(hào)較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。LED數(shù)碼管分共陽(yáng)極與共陰極兩種，共陽(yáng)極工作特點(diǎn)是，當(dāng)筆段電極接低電平，公共陽(yáng)極接高電平時(shí)，相應(yīng)筆段可以發(fā)光。共陰極LED數(shù)碼管則與之相反，它是將發(fā)光二極管的陰

70、極(負(fù)極)短接后作為公共陰極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平才能發(fā)光。使用LED數(shù)碼管時(shí)，工作電流一般選10mA左右／段，既保證亮度適中，又不會(huì)損壞器件。本設(shè)計(jì)采用的是7SEG-MPX6-CA7SEG-MPX6-CA是集成了的六位七段共陽(yáng)極數(shù)碼管。</p><p><b>　　3.4 按鍵控制</b></p><p>　　當(dāng)遇到停電情況，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，當(dāng)恢復(fù)供電后，需要改變步

71、進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)調(diào)整塔鐘指針指示到正確時(shí)間，因此需要按鍵來(lái)控制。</p><p>　　一共設(shè)置了5個(gè)按鍵，它們的名稱與功能分別如下所述：</p><p>　　1.正轉(zhuǎn)——使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時(shí)具有啟動(dòng)電機(jī)功能</p><p>　　2.反轉(zhuǎn)——使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，同時(shí)具有啟動(dòng)電機(jī)功能</p><p>　　3.加速——使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快<

72、/p><p>　　4.減速——使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢</p><p>　　5.停止——使步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)具有復(fù)位電機(jī)初始狀態(tài)功能</p><p>　　3.5各部分芯片選擇</p><p>　　主控制電路芯片選用AT89C51，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)選用二極管和電阻以及專用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004A，報(bào)時(shí)系統(tǒng)選用蜂鳴器報(bào)警。</p><p

73、>　　AT89C51單片機(jī)特性</p><p>　　AT89C51是一種低功耗,高性能的8位的CMOS微處理器芯片，片內(nèi)帶有4K字節(jié)的閃速可編及可擦除只讀存儲(chǔ)器,簡(jiǎn)寫(xiě)為PEROM。該芯片的制造采用了ATEML公司的高密度非易揮發(fā)存儲(chǔ)器的生產(chǎn)技術(shù)，并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的80C51指令集與管腳分布相兼容。片上的允許在線對(duì)程序存儲(chǔ)器重新編程，也可用常規(guī)的非易揮發(fā)存儲(chǔ)芯片編程器編程。AT89C51將功能多樣的8位CPU與P

74、EROM結(jié)合在同一個(gè)芯片上 為許多嵌人式控制應(yīng)用提供了高度靈活并且價(jià)格適宜的方案。</p><p>　　這種AT89C51具有以下標(biāo)準(zhǔn)特性:4K字節(jié)的PEROM,128字節(jié)的RAM,32條I/O線,兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)五源兩級(jí)的中斷結(jié)構(gòu),一個(gè)全雙I的串行口,片內(nèi)振蕩器與時(shí)鐘電路。AT89C51為PEROM陣列的編程提供了所有必需的時(shí)序與高電壓,不需要任何外部支持電路。此外,AT89C51還支持兩種軟件可

75、選的省電模式。其中閑置模式下,CPU停止工作,但RAM、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、串行口與中斷系統(tǒng)仍然在起作用。在掉電模式下,只保存RAM的內(nèi)容,振蕩器停振,關(guān)閉芯片的所有其它功能,直到下一次硬件復(fù)位到來(lái)。</p><p><b>　　4 軟件部分編程</b></p><p>　　4.1時(shí)鐘電路主程序</p><p>　　所謂時(shí)鐘計(jì)時(shí)，就是以秒，分，時(shí)為單

76、位進(jìn)行的計(jì)時(shí)，廣泛用于日常生活中。</p><p>　　選用的AT89C51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)，是一個(gè)非常普遍的應(yīng)用。首先對(duì)幾個(gè)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明。</p><p>　　1.要計(jì)算計(jì)數(shù)初值。時(shí)鐘計(jì)時(shí)的關(guān)鍵問(wèn)題是秒的產(chǎn)生，因?yàn)槊胧亲钚〉臅r(shí)鐘單位，但使用AT89C51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器進(jìn)行定時(shí)，即使按做工作方式1，其最大定時(shí)也只能達(dá)到131ms，離1s還很遠(yuǎn)。因此，把秒計(jì)時(shí)用硬件定時(shí)和軟件

77、計(jì)數(shù)想結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)，例如把定時(shí)器的定時(shí)設(shè)定為125ms，這樣計(jì)數(shù)8次就可以得到1s，而8次計(jì)數(shù)可用軟件方法實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　為得到125ms定時(shí)，可以使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0，以工作方式1進(jìn)行，假定單片機(jī)為12MHz晶振，設(shè)計(jì)數(shù)初值為X，則有如下等式：</p><p>　　65536—X=125000</p><p>　　計(jì)算得計(jì)數(shù)初值X=3036，二進(jìn)制表

78、示為101111011100，十六進(jìn)制表示為0BDCH。</p><p>　　2.采用中斷方式，即通過(guò)中斷服務(wù)程序進(jìn)行計(jì)數(shù)器溢出次數(shù)（每次125ms）的累計(jì)，計(jì)滿8次即得到秒計(jì)時(shí)。</p><p>　　3.通過(guò)程序中的數(shù)值累加和數(shù)值比較來(lái)實(shí)現(xiàn)從秒到分到時(shí)的計(jì)時(shí)。例如，秒計(jì)數(shù)單元每次加1，都要比較判斷是否計(jì)滿60.若未計(jì)滿60，則繼續(xù)計(jì)數(shù)；若計(jì)滿60，則轉(zhuǎn)去對(duì)分計(jì)數(shù)單元加1.</p&g

79、t;<p>　　4．設(shè)置時(shí)鐘顯示緩沖區(qū)。假定時(shí)鐘時(shí)間在6位LED顯示器上顯示（時(shí)，分，秒各占兩位）。因此，要在內(nèi)部RAM中設(shè)置6個(gè)單元的顯示緩沖區(qū)，從左向右依次存放時(shí)，分，秒的數(shù)值。顯示單元與LED顯示位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：</p><p>　　4.1.1主程序MAIN</p><p>　　主程序的主要功能是進(jìn)行定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程，然后通過(guò)反復(fù)調(diào)用顯示子程序的方法，等待1

80、25ms定時(shí)中斷的出現(xiàn)。其流程如下圖所示。</p><p>　　圖4.1 MAIN程序流程圖</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　ORG 8000H</p><p>　　START:AJMP MAIN</p><p>　　ORG 800BH</

81、p><p>　　AJMP PITO</p><p>　　ORG 8100H</p><p>　　MAIN:MOV R0,#70H 顯示緩沖首地址</p><p>　　MOV R7,#06H 顯示位數(shù)</p><p>　　ML1:MOV @R0,#00H

82、 顯示緩沖清0</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　DJNZ R7,ML1</p><p>　　MOV 7AH,#0AH ;放入"熄滅符"數(shù)據(jù)</p><p>　　MOV TMOD,#01H 定時(shí)器0，工作方式

83、1</p><p>　　MOV TL0,#0DCH 裝計(jì)數(shù)初值</p><p>　　MOV TH0,#0BH</p><p>　　SETB TR0 TR0置1，定時(shí)開(kāi)始</p><p>　　MOV IE,#01H 允許中斷</p><

84、p>　　MOV 30H,#08H 設(shè)置循環(huán)次數(shù)</p><p>　　ML0:LCALL DISPLAY 調(diào)用顯示子程序</p><p>　　SJMP ML0</p><p>　　4.1.2中斷服務(wù)程序PITO</p><p>　　中斷服務(wù)程序的主要功能是進(jìn)行計(jì)時(shí)操作。程序開(kāi)始先

85、判斷計(jì)數(shù)溢出是否滿了8次，若不滿8次表明還沒(méi)有到達(dá)最小計(jì)時(shí)單位秒，則中斷返回；若滿8次表明已到達(dá)最小計(jì)時(shí)單位秒，則程序繼續(xù)向下執(zhí)行，同理進(jìn)行分和時(shí)的計(jì)時(shí)。其中計(jì)時(shí)到1小時(shí)的時(shí)候跳轉(zhuǎn)到報(bào)時(shí)子程序。其流程如下圖所示。</p><p>　　圖4.2 PITO程序流程圖</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　PITO:MO

86、V TL0,#0DCH 計(jì)數(shù)器重新加載</p><p>　　MOV TH0,#0BH</p><p>　　MOV A,30H</p><p>　　DEC A 循環(huán)次數(shù)減1</p><p>　　MOV 30H,A</p><p>　　J

87、NZ RET0 不滿8次，轉(zhuǎn)RETO返回</p><p>　　MOV 30H,#08H 滿8次，開(kāi)始計(jì)時(shí)操作</p><p>　　MOV R0,#70H 秒顯示緩沖單元地址</p><p>　　ACALL DAAD1 秒加1</p

88、><p>　　MOV A,R2 加1后秒值在R2中</p><p>　　XRL A,#60H 判斷是否到60S</p><p>　　JNZ RET0 不到，則轉(zhuǎn)RETO返回</p><p>　　ACALL CLR0

89、 到60S,則秒顯示緩沖單元清0</p><p>　　MOV R0,#72H 分顯示緩沖單元地址</p><p>　　ACALL DAAD1 分加1</p><p>　　MOV A,R2</p><p>　　XRL A,#60H

90、 判斷是否到60MIN</p><p>　　JNZ RET0</p><p>　　ACALL CLR0 到60MIN，則分顯示緩沖單元清0</p><p>　　MOV R0,#74H 時(shí)顯示緩沖單元地址</p><p>　　ACALL DAAD1

91、 時(shí)加1</p><p><b>　　INC R3</b></p><p>　　MOV R4,R3</p><p>　　ACALL ABC 跳轉(zhuǎn)到報(bào)時(shí)程序</p><p>　　MOV A,R2</p><p>　　

92、XRL A,#24H 判斷是否到24H</p><p>　　JNZ RET0</p><p>　　ACALL CLR0 到24H，則時(shí)顯示緩沖單元清0</p><p><b>　　RET0:RETI</b></p><p>　　CLR

93、0:CLR A 清緩沖單元子程序</p><p>　　MOV @R0,A 10位數(shù)緩沖單元清0</p><p><b>　　DEC R0</b></p><p>　　MOV @R0,A 個(gè)位數(shù)緩沖單元清0</p>

94、<p><b>　　RET </b></p><p>　　4.1.3加1子程序DAAD1</p><p>　　加1子程序用于完成對(duì)秒，分，時(shí)的加1操作，中斷服務(wù)程序中在秒，分，時(shí)加1共有3處調(diào)用次子程序。流程圖如下：</p><p>　　加1子程序的操作共包括以下3項(xiàng)內(nèi)容：</p><p>　　1．合數(shù)。

95、由于每位LED顯示器對(duì)應(yīng)一個(gè)8位緩沖單元，因此，由兩位BCD碼表示的時(shí)間值各占用一個(gè)緩沖單元，且只占其低4位。所以在加1運(yùn)算前需要把兩個(gè)緩沖單元中存放的數(shù)值合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)字節(jié)，然后才能進(jìn)行加1運(yùn)算。所以也稱為“合字”。</p><p>　　2．十進(jìn)制調(diào)整。加1后須進(jìn)行十進(jìn)制調(diào)整。</p><p>　　3.分?jǐn)?shù)。把加1后的時(shí)間值再拆分成兩個(gè)字節(jié)，送回各自的緩沖單元中。</p>

96、<p>　　圖4.3 加1子程序DAAD1程序流程圖</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　DAAD1:MOV A,@R0 加1子程序</p><p><b>　　DEC R0</b></p><p>&l

97、t;b>　　SWAP A</b></p><p>　　ORL A,@R0</p><p>　　ADD A,#01H 加1</p><p>　　DA A 10進(jìn)制調(diào)整</p><p>　　MOV R2,A

98、 全值暫存R2中</p><p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　MOV @R0,A</p><p>　　MOV A,R2</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　ANL A,#0F0H&l

99、t;/p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV @R0,A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　4.1.4報(bào)時(shí)子程序</p><p>　　報(bào)時(shí)子程序的功能是用于自動(dòng)報(bào)時(shí)，每個(gè)1個(gè)小時(shí)便報(bào)一次時(shí)間，時(shí)間到了幾點(diǎn)就

100、響幾聲。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　ABC:MOV TMOD,#00H 設(shè)置T1工作方式0</p><p>　　MOV TH1,#0FCH 設(shè)置計(jì)數(shù)初值</p><p>　　MOV TL1,#03H<

101、;/p><p>　　MOV IE,#00H 禁止中斷</p><p>　　SETB TR1 定時(shí)開(kāi)始</p><p>　　LOOP:JBC TF1,LOOP1 查詢計(jì)數(shù)溢出</p><p>　　AJMP LOOP &

102、lt;/p><p>　　LOOP1:MOV TH1,#0FCH 重新設(shè)置計(jì)數(shù)初值</p><p>　　MOV TL1,#03H</p><p>　　CPL P2.7 輸出取反</p><p>　　DJNZ R3,ABC</p><p&g

103、t;　　MOV R3,R4</p><p>　　4.1.5顯示程序 </p><p>　　顯示數(shù)據(jù)在70H-75H單元內(nèi)，用六位七段LED共陽(yáng)極數(shù)碼管顯示，P0口輸出段碼數(shù)據(jù)，P3口作掃描控制，每個(gè)LED數(shù)碼管亮1MS時(shí)間再逐位循環(huán)。</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　DISPLA

104、Y: MOV R1,#70H ;指向顯示數(shù)據(jù)首址</p><p>　　MOV R5,#0FEH ;掃描控制字初值</p><p>　　PLAY: MOV A,R5 ;掃描字放入A</p><p>　　MOV P3,A ;從P3口輸出</p><p>　　MOV A,

105、@R1 ;取顯示數(shù)據(jù)到A</p><p>　　MOV DPTR,#TAB ;取段碼表地址</p><p>　　MOVCA,@A+DPTR ;查顯示數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)段碼</p><p>　　MOV P0,A ;段碼放入P0口</p><p>　　LCALL DL1MS ;顯

106、示1MS</p><p>　　INC R1 ;指向下一地址</p><p>　　MOV A,R5 ;掃描控制字放入A</p><p>　　JNB ACC.5,ENDOUT ;ACC.5=0時(shí)一次顯示結(jié)束</p><p>　　RL A ;A中數(shù)據(jù)循環(huán)左

107、移</p><p>　　MOV R5,A ;放回R5內(nèi)</p><p>　　AJMP PLAY ;跳回PLAY循環(huán)</p><p>　　ENDOUT: MOV P3,#0FFH ;一次顯示結(jié)束，P3口復(fù)位</p><p>　　MOV P0,#0FFH ;P0

108、口復(fù)位</p><p>　　RET ;子程序返回</p><p>　　TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H;</p><p>　　1MS延時(shí)程序，LED顯示程序用</p><p>　　DL1MS: MOV R6,#14H</p

109、><p>　　DL1: MOV R7,#19H</p><p>　　DL2: DJNZ R7,DL2</p><p>　　DJNZ R6,DL1</p><p><b>　　RET0</b></p><p><b>　　4.2步進(jìn)電機(jī)程序</b></p>

110、<p>　　該程序是三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)程序，選用AT89C51作為控制芯片，12M晶振。P2口為輸出，P2.0為A相輸出， P2.1為B相輸出，P2.2為C相輸出。P1.0 是啟動(dòng)；P1.4是停止。</p><p>　　圖4.4步進(jìn)電機(jī)三相六拍正轉(zhuǎn)程序流程圖</p><p><b>　　程序如下：</b></p><p>　　OR

111、G 0000H       LJMP CLS      ORG 0030H      CLS: MOV A,#00H       MOV P1,#0FFH       M

112、OV R5,A      INC R5       DJNZ R6,CLS      AJMP STOP  跳到暫停程序處運(yùn)行，電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)          

113、;X1: MOV R6,#240  步進(jìn)電機(jī)步數(shù)送R6，電機(jī)為1.5度240，</p><p>　　START: MOV R5,#00H      START1: MOV A,R5      MOV DPTR,#TABLE  裝入電機(jī)正轉(zhuǎn)代碼A-AB-B-BC-C-CA到DPTR 

114、;    MOVC A,@A+DPTR      JZ START      CPL A      MOV P2,A  輸出到P2口電機(jī)運(yùn)行       

115、0;  ACALL DELAY  調(diào)用延時(shí)，就是電機(jī)速度          INC R5  取下一代碼      DJNZ R6,START1  判斷代碼是否取完，如果沒(méi)有取完，就跳到START1\w   

116、;       JNB P1.0,STOP  判斷P1.0是否按下，如果按下為0電平，就轉(zhuǎn)到STOP 運(yùn)行暫停           AJMP X1  如果P1.0為1電平就循環(huán)運(yùn)行X1    

117、 k1: ACALL DELAY  消除P1.0按下前的毛刺                JNB P1.0,$  判斷P1.0是否放開(kāi),如果放開(kāi)就運(yùn)行下一調(diào)指令       

118、         ACALL DELAY  消除P1.</p><p><b>　　4.3按鍵控制程序</b></p><p>　　當(dāng)遇到停電情況，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行，當(dāng)恢復(fù)供電后，需要改變步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速或者轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)調(diào)整塔鐘指針指示到正確時(shí)間，因此需要按鍵來(lái)控制。</p>