器地址7F00H,PA口地址为7F02H,PB口地址为7F03H,定时器/计数器低字节寄存器地址为7F04H,定时器高字节寄存器地址为7F05H.
图4.6 8155的扩展电路图
4.2.3 键盘、显示器接口设计
(1)矩阵式键盘接口设计
矩阵式键盘适用于按键较多的场合,它由行线和列线组成,按键位于行、列交叉点.如一个4×4的行、列结构可以构成一个含有16个按键的键盘等等.在按键数量较多时,矩阵键盘比独立键盘节省了很多I/O口.
按键设置在行、列线分别连接到按键开关两端..行线通过上拉电阻接到+5V上.平时无按键动作时,行线处于高电平状态,而当有按键按下时,行线电平状态将由此行线相连的列线电平决定.列线电平如果为低,则行线电平为低;列线电平为高,则行线电平亦为高.这一点是识别矩阵键盘是否按下的关键所在.由于矩阵键盘中行、列线为多键共用,各按键均影响该键所在的行和列电平.所以,必须将行、列线信号配合起来并作适当的处理,才能确定闭合键的位置.对于矩阵式键盘,按键的位置由行号和列号唯一确定,所以分别对行号和列号进行二进制编码,然后将两值合成一个字节,高4位是行号,低4位是列号将是非常直观的.
(2)显示器接口设计
在单片机系统中,常用的显示器有:发光二极管显示器,简称LED.LED是显示
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块由发光二极管显示字段组成.,有七段和”米”字型之分,一片显示块显示一位字符.共阴极LED显示块的发光二极管的阴极连接在一起,通常此公共阴极接地,当某个发光二极管的阳极为高电平时,发光二极管亮,相应的段被显示.
由于七段LED显示块有7段发光二极管,所以其字型码为一个字节;”米”字型LED 显示块有15段发光二极管,所以字型码为两个字节.由n片LED显示块可拼接成n位LED显示器,共有n根位选线和8×n根段选线,根据显示方式不同,位选线和段选线的连接也各不相同,段选线控制显示字符的字型,而位选线则控制显示位的亮、暗.
LED显示器有静态显示器和动态显示器两种方式.在多位LED显示时,为了节省I/O口线,简化电路,降低成本,一般采用动态显示方式.动态显示方式是一位地分别轮流点亮各位显示器,对每位显示器来说,每隔一段时间轮流点亮一次.显示器的亮度既与导通电流有关,也与点亮和熄灭时间的比例有关.这种显示方式将七段LED显示器的所有段选位并联在一起,由一个8位I/O口控制,实现各位显示器的分时选通.
下图是LED显示器采用共阴极方式,6个显示器的段码由8155的PB口提供,位选码由8155的PA口提供(PA口同时也提供行列式未编码键盘的列线),行列式未编码键盘的行线由PC口提供.图中设置了36个键.如果继续增加PC口线,设全部PC口线(PC0-PC5)用作键盘的行线,全部PA口线(PA0-PA7)作键盘列线,则按键最多可达8×6个.
下图中8155的PB口扫描输出总是只有一位为高电平,即PB口经反相后仅有一位公共阴极为低电平,8155的PA口则输出相应位(PB口输出为高对应的位显示器)的显示数据,使该位显示与显示缓冲器相对应的字符,而其余各位均为熄灭,依次改变8155的PB口输出为高的位,PB口输出对应的显示缓冲器的数据.
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图4.7 显示器接口电路
4.2.4 步进电机控制电路设计
(1)步进电机开环驱动原理
每输入一个脉冲,步进电机就前进一步,因此,它也称作脉冲电动机.其种类很多,但主要分三大类:反应式步进电动机,永磁式步进电机,以及永磁感应式步进电机.反应式电动机结构最简单,是应用最广泛的一种.按控制绕组的相树分有三相、四相、五相和六相等等.无论哪种步进电动机,他们的工作原理都有相同之处:数字式脉冲信号控制定子磁极上的控制绕组,按一定顺序依次通电,在顶子和转子的气隙间形成步进式的磁极轴旋转.
步进电动机主要用于开环系统,当然也可以闭环系统.
下图是步进电动机开环伺服系统的原理图,它由以下几部分组成:
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图4.87 步进电机开环伺服系统原理图
脉冲信号源—是一个脉冲发生器,通常脉冲频率连续可调,送到脉冲分配器的脉冲个数和脉冲频率由控制信号控制.因脉冲频率可调,也称为变频信号源.
脉冲分配器—脉冲 按一定的顺序送到功率放大器中进行放大,驱动步进电动机工作.用硬件进行脉冲顺序的分配,有时称为环行分配器,也简称环分.
功率放大器—将脉冲分配器送来的脉冲放大,是步进电动机获得必要的功率.
步进电动机—伺服系统的执行元件,它带动工作机构,如减速装置,丝杠,工作台.
(2)脉冲分配
对每一个五相步进电动机而言,其脉冲分配方式是五相十拍的,其五相分别用
A、B、C、D、E
表示.五相十拍的运行形式是
A—AB—B—BC—C—CD—D—DE—E—EA顺序轮流通电,则转子便顺时针方向一步一步转动.要改变步进电动机的转动方向.只需改变通电的顺序即可.
脉冲分配器是将脉冲电源按规定的通电方式分配到各相,该分配可由硬件来实现.在微机控制中,脉冲的分配也可由软件来完成,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4五位分别输出时序脉冲,经光电隔离、驱动放大使步进电机运转,延时的长短决定了步进电动机运行一拍的时间,也就决定了步进电机的转速.
(3)驱动电路
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由微机根据控制要求发出的脉冲,并依次将脉冲分配到各相绕组,因其功率很小,电压不足5V,电流为mA级,必须经过驱动器将信号放大到若干安培,才能驱动步进电动机.因此,步进电动机实际上是一个功率放大器,驱动器的质量直接影响步进电动机的性能,驱动器的负载是电机的绕组,是强电感应负载.对驱动器的主要要求是:失真要小,要有较好的前后沿和足够的幅度;效率要高;工作可靠;安装调试和维修方便.
下图是一个La绕组的高低压驱动电路,脉冲变压器Tp组成高压控制电路
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图4.9 放大电路图
无脉冲输入时,T1,T2,均截止,电机绕组La中无电流通过,电机不转.有脉冲输入时,T1饱和导通,在T2由截止到饱和期间,其集电极电流也就是脉冲变压器的初级电流急速增加,在变压器次级感应一个电压,使T3导通,80V高压经高压管T3加到绕组La上,使电流迅速上升,约经数百微妙,当T2进入稳压状态后,初级电流暂时恒定,次级的感应电压降到0;T3截止,这时12V低压电流经D2加到绕组
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