3 主要芯片介绍
进电机。
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。
L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 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，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之间可分别接电动机。图3-5是L298N功能逻辑图,图3-6是L298N的引脚图[25]。
图3-5 L298N芯片逻辑功能图
图3-6 L298N引脚图
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3.3 光电开关
本系统中所用传感器为FC-SPX302光电开关，该传感器为开关型传感器，四个接线脚分别为“+，L,OUT,-”其输入电压范围广为直流5-24V,L为控制指示端，当“L”与“+”相连时，传感器未检测到物体时LED灯发光，当“L”悬空时则相反，其特点为：
1. 动作模式备有遮光时ON/入光时ON(可切换型) 2. 应答频率为1KHZ的高速响应 3. 入光显示灯明显,容易进行动作确认 4. 电源电压为DC-24V的广范围 5. 备有遮光时入光显示灯灯亮型 其连接电路如图3-7所示：
图3-7 “L”与“+”相连时连接电路图
“L”与“+”相连时，传感器未检测到物体时LED灯发光。
图3-8 “L”悬空传感器检测到物体时连接电路图
“L”悬空传感器检测到物体时LED灯发光。
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4 硬件设计
4 硬件设计
启动系统后，从单片机的I/O口输出控制脉冲，经过L298N驱动电路对脉冲进行处理，输出能直接控制步进电机的脉冲信号。在负载能力范围允许内，就能实现步进电机独立起停、转向、速度、位置变化的控制。
4.1 总体设计方框图
由4-1图中看以看出以单片机为控制核心。键盘做为外设，进行功能的选择，启动，转速增加，转速减少，停止等操作。1602液晶屏显示实际转速和设定转速。通过L298N来驱动步进电机。把步进电机的实际转速通过单片机外部中断反馈到单片机。调用PID程序，通过改变脉冲周期调节转速。总体设计方框图如图4-1所示
P3.2 单片机 AT89S51 P1.4 P1.5 P2 P1.5 P1.7 P0 P3.0 P3.1 P3.3 1602液晶显示器 电机驱动模块298N芯片 步进电动机 速度检测反馈 键盘 图 4-1总体设计方框图
4.2 系统仿真图
系统仿真图如图4-2。仿真图是根据实际电路所搭建。是以单片机为核心，
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L298为驱动，1602作为显示，按键作为输入所搭建的仿真模型。4-2图所示模型处于运行状态。启动仿真模型，选择按键START，模型开始正常运转，通过V+V-改变电机转速，最后选择按键STOP停止仿真。
图4-2系统仿真图
4.3 步进电动机的控制方式选择
步进电机控制是一个比较精确的控制，步进电机开环控制系统具有成本低、简单、控制方便等优点，在采用单片机的步进电机开环系统中，控制系统的CP脉冲的频率或者换向周期实际上就是控制步进电机的运行速度。系统可用两种办法实现步进电机的速度控制。一种是延时，一种是定时。延时方法是在每个周期完成后调用一个延时子程序，待延时结束后再次执行脉冲输出程序，这样周而复始就可发出一定频率的CP脉冲。延时子程序的延时时间与换向程序所用的时间和，就是CP脉冲的周期，该方法简单，占用资源少，全部由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速度的运行，适合较简单的控制过程。定时方法是利用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便的控制系统输出CP脉冲的周期，有点是定时时间准确。本次设计采用第二种方式改变频
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4 硬件设计
率，进而来控制速度的方法来实现。
4.4 步进电动机的驱动方式选择
步进电机的驱动一般有两种方法，一种是通过CPU直接来驱动，这种方法一般不宜采用，因为CPU的输出电流脉冲是特别小的它不能足以让步进电机的转动；别一种是通过CPU来间接驱动，就是把从CPU输出的信号进行放大，然后直接驱动或是再通过控制驱动器接来驱动步进电机，这种方法比较安全可靠。因此本次设计应采用CPU间接驱动步进电机。
而步进电动机的控制驱动器一般有两种：一种是使用多个功率放大器件驱动电机。通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。另一种是：使用电机驱动模块芯片驱动电机。
此次设计采用了、L298芯片驱动电机。应用L298芯片可方便的驱动步进电机，并结合单片机进行控制，即可以实现用相对便宜的价格组成一个性能不错的步进电机驱动电路。 该电路为固定斩波频率的PWM恒流斩波驱动方式，适用四相双极性步进电机，最高电压46V，每相电流可达2A。采用此设计的步进电机驱动系统，需要的元件很少.从而使得装配成本低, 可靠性高和占空间少。并且通过软件开发, 可以简化和减轻微型计算机的负担，并且在驱动二相或四相混合式步进电机时运动平稳，速度快，噪音低，控制精高,而且可选整步半步驱动。另外, L298 是独立的芯片, 所以应用是十分灵活的。可广泛应用于需要驱动电流小于2A的混合式两相或四相步进电机的系统中。电整个系统方案简洁、设计成本低廉、性能可靠、现场使用方便。
4.5 键盘电路设计
4.5.1 键盘原理图
一般键盘分为两种接口情况，矩阵式键盘接口技术和独立式接口技术。矩阵式接口方式结构相对比较复杂，占用资源较少，通常用在按键较多的时候使用。采用独立式键盘接口技术，该接法结构相对简单，但占用资源多,通常用在按键数量较少的场合。本次设计按键较少，因此本次设计采用了独立式键盘接口技术，其原理图如下：
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