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3.3.3 可逆计数器的选择
由于环形脉冲分配器不但需要接收脉冲信号CP，还需要接收方向电平，因此所选的计数器需要是一个可逆的计数器。计数器选用74LS191，这是一种单时钟4位二进制可逆计数器，时钟脉冲从CP端输入，加/减脉冲由同一端输入，加/减控制线的高低电平控制加减计数。74LS191是单时钟方式的可逆计数器，计数器的输出QA～QD接EPROM的低四位地址线，这样可以选通EPROM的十六个地址（00H～0FH），将步进电机的励磁状态从EPROM中输出，控制绕组的导通和截止。74LS191的工作方式选择如表3.2所示。
用74LS164的clk端作为环形脉冲分配器的CP脉冲信号输入端，加减计数控制端作为正反转控制信号输入端。
表3.2 74LS191功能表
输入 置数 使能 加减 时钟 工作模式 加计数 减计数 预置 保持 H L L H L H L X X X H H X X
3.4 控制系统接口电路的设计
3.4.1 环形脉冲分配器设计
环形脉冲分配器是用来接收单片机的CP脉冲，并根据步进电机的励磁状态转换表的状态顺序输出各相绕组的导通或截止信号。每来一个CP脉冲，环
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形脉冲分配器的输出就转换一次。因此，步进电机转速的高或低、加速或减速、启动或停止都完全取决于CP脉冲的有无和频率。同时，环形脉冲分配器还必须接收控制器发出的方向电平信号，从而决定其输出的状态转换是按正序转换还是反序转换，于是就决定了步进电机正反转。接收来自控制器的CP脉冲和方向电平是环形脉冲分配器的最基本功能。
环形脉冲分配器由EPROM和可逆计数器构成，将步进电机的励磁状态以二进制的形式存入EPOROM，只要按照地址的正向或反向顺序依次取出地址内容，EPROM的输出就是步进电机的励磁状态。可逆计数器的输出作为EPROM的地址输入端，计数器的一个计数状态就对应步进电机的一个励磁状态，控制计数脉冲CP就可以控制步进电机的运行，加减计数控制端可以控制步进电机正反转。环形脉冲分配器电路如图3.3所示。
图3.3 环形脉冲分配器电路
这种方法适用于控制任意类型的步进电机。对于不同类型的步进电机及不同的励磁方式，只需改变存储的状态表，硬件不需要做任何的变化。跟软件的方法相比，需要增加硬件的成本，但软件简单，速度快，少占用CPU的时间，提高了系统的响应速度，软件方法的优点是节省硬件，降低系统的成本，且更
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改灵活，有利于系统的小型化，其主要的缺点是占用CPU时间较多，降低系统的响应速度。为了提高系统的响应速度，本文采用硬件设计环形脉冲分配器。
3.4.2 显示电路设计
单片机与显示电路的接法一般有如下两种方法：
（1）串行接法：设计中要显示4位数字，用74LS164作为显示驱动，其中74LS164带锁存，使用串行接法可以节约I/O口资源，发送数据时容易控制。
（2）并行接法：使用并行接法时要对每个数码管用I/O口单独输入数据，占用资源较多。
由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，故使用串行接法，另外，74LS164的锁存作用也起到节约资源的作用。
数码管显示电路是通过串行口方式0扩展单片机的输出口，在“串入并出”芯片74LS164的配合下，单片机RXD引脚接74LS164串行数据输入端，TXD引脚接74LS164移位脉冲输入端CLK，电路如图3.4所示【14】。
图3.4 数码管显示电路
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3.4.3 外部复位电路设计
MCS-51系列单片机采用高电平复位方式，为保证CPU内部各单元电路可靠复位，RST引脚的复位脉冲高电平维持时间必须大于2个机器周期（即24个振荡周期）。单片机外部的复位电路如图3.5所示，该电路具有手动复位和上电复位的功能。
3.5 外部复位电路
上电复位：接通电源的瞬间，电容C上的电压很小，RST引脚为高电平。在电容充电过程中，RST引脚的电位逐渐下降，当RST引脚的电位小于某一特定值后，CPU就会脱离复位状态，只要电容C的容量足够大，就能保证RST引脚高电平时间大于24个振荡周期，使CPU可靠复位。二极管VD的作用在于：掉电后给电容C提供放电回路，保证再次上电时RST引脚为高电平，使CPU可靠复位。当VCC=0时，VCC端与地等电位，电容C通过VD迅速放电。放电回路为C正极、电源Vcc端（与地等电位）、二极管VD正极、二极管VD负极、C负极，保证再次上电时，RST引脚为高电平，CPU可靠复位。
手动复位：当按下手动复位按钮时，电容C通过R2放电，当电容C放电
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结束后，RST引脚电位由R2、R1分压比决定，由于R2< 3.5 控制系统整体电路设计 将各接口电路有机结合起来形成一个完整的电路，电路图如附录C所示。它是以单片机为核心的控制电路，可以实现步进电机根据设定的步数进行自动加减速控制，使控制系统以最短的时间走完所规定的步数而又不发生失步的现象。步进电机的加减速控制，可以提高步进电机的响应速度、平稳性和定位精度等性能，从而决定了步进电机控制系统的综合性能。在系统工作的过程中，数码管显示步进电机需要运行的步数，并通过LED指示步进电机的工作运行状态。 3.6 本章小结 本章首先介绍了硬件系统设计原则和控制系统总体设计，其次对主要元器件进行了选择和介绍。最后对控制系统各部分的电路进行了分析和设计，并把各模块有机组合起来形成一个较完整的电路，如附录C所示。 31