摘 要：本文運用AT89C51單片機、鍵盤和LED專用智能控制芯片HD7279A、步進電機環(huán)形分配器L297、步進電機驅(qū)動器L298N構(gòu)成了一套步進電機轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)，實現(xiàn)單片機識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)脈沖控制步進電機轉(zhuǎn)動，進而帶動轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)動的任務。 關(guān)鍵詞：單片機，步進電機驅(qū)動 一、前言 在進行熱對流式加速度傳感器溫度特性研究中，需將傳感器系統(tǒng)放置在一個可在縱向進行三百六十度旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺上，并將旋轉(zhuǎn)臺放入恒溫試驗箱中，利用當旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時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)采用步進電動機作為驅(qū)動，通過控制轉(zhuǎn)動的步數(shù)（角度），使轉(zhuǎn)動臺轉(zhuǎn)過一個角度，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)。為實現(xiàn)這一功能，研制了用單片機控制的步進電機轉(zhuǎn)臺。 二、系統(tǒng)的總體設計 步進電動機工作，需要步進電機線圈的勵磁信號，還需要功率放大器根據(jù)該信號產(chǎn)生驅(qū)動電流。專門為步進電機設計的環(huán)形分配器和功率驅(qū)動器可以實現(xiàn)這種功能。 通過鍵盤輸入控制信息，包括電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)角等。單片機接收這些信息并產(chǎn)生相應的控制信號傳送給電機控制器；同時單片機還要控制多位數(shù)碼管顯示鍵盤所輸入的信息和實際轉(zhuǎn)動的情況。 根據(jù)實際需要，人機交互通過4×4行列式鍵盤和一對4聯(lián)LED數(shù)碼管來實現(xiàn)；按鍵輸入與LED顯示器由控制芯片HD7279A來控制；單片機選用AT89C51 Flash單片機；由于測量范圍并不要求傾斜角度變化的分度非常細密，選用成本較低的兩相步進電動機42BYG121，其步進角為1.8度，通過半步驅(qū)動方式進行細分可獲得0.9度的步進角；環(huán)形分配器和電機驅(qū)動器選用L297和L298N芯片，由L297將單片機給出的連續(xù)脈沖轉(zhuǎn)換成步進電機所要求的相繞組脈沖序列；再由L298N對相脈沖信號進行放大，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。 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，單片機識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LED數(shù)碼管顯示，或者根據(jù)輸入數(shù)值確定步進電機的轉(zhuǎn)角，輸出一定的脈沖信號，并由L297轉(zhuǎn)換成步進電動機各相的相脈沖，經(jīng)過L298N放大驅(qū)動步進電動機，由步進電動機帶動機械部分轉(zhuǎn)動。 三、主要接口與編程實現(xiàn) 數(shù)據(jù)輸入與顯示接口芯片采用HD7279A，它是一個具有串行接口的，可同時驅(qū)動8位共陰式LED數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可連接多達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進制碼，并同時具有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、復位等，共計六條，對應的控制碼是從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，實現(xiàn)對HD7279A發(fā)送一個字節(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現(xiàn)： send_byte（CMD_RESET）; //復位HD7279A write7279（BLINKCTL,0xf8）; //第1、2、3 位設置為閃爍顯示 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，對應于三種不同的工作方式：半步方式，一相激勵方式，兩相激勵方式。它接收來自控制器的信號有： CW/ CCW 正/反轉(zhuǎn)（17腳），HALF/ FULL 半步/基本步距（19腳），STEP 步進脈沖（18腳）。為了在現(xiàn)有硬件基礎上達到最佳的使用效果，步進電機按半步方式運轉(zhuǎn)，此時L297的工作時序如圖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)動器，D1～D4四個二極管組成橋式續(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)動繼電器、線圈、直流電動機和步進電動機等電感性負載。L297步進電機控制器與L298N雙H橋驅(qū)動器組成典型的集成步進電機微控制器。其連接電路如圖3所示。其中8個二極管D1～D8為與L298N芯片及步進電動機連接，組成H橋的續(xù)流電路。 四、系統(tǒng)控制的實現(xiàn) 為了方便控制與編程，按鍵的響應方式采用中斷方式，在有按鍵按下時HD7279將發(fā)出一個低電平信號觸發(fā)中斷，在中斷處理程序中完成對按鍵的響應，給出相應的顯示和控制。程序框圖如右圖示。 按上述方案實現(xiàn)的步進電機轉(zhuǎn)臺控制器，能夠方便地輸入轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動方向，在轉(zhuǎn)動的同時也能準確指示轉(zhuǎn)過角度和方向，取得了良好的效果。