单片机LED三文动态信息显示系统 第14页
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口的4个口发送脉冲来控制步进电动机的转速和转向，只是发出的脉冲信号太弱，不足以
驱动电动机，中间加了一级放大而已。由于ULN2003本质就是两个串联的三极管，它的
放大倍数是一定的，可能对于电流较大的电动机驱动不了，在AT89C51和ULN2003中间
还要在加一级驱动7406或7407都行。在连接步进电动机时，还要在每个绕组上都要并联
一个二极管来和步进电动机的每个绕组组成一个放电回路来保护电动机。当选用较大的电
压二极管4004或以上的型号时还可再加一个保护电阻。
5.5软件部分的实现
为了编程和调试的方便，把程序分为主程序和初始化子程序initial，延时子程序delay
及步进电动机子程序motor。由于是四相步进电动机，根据前面的介绍主要有四种，如下
表5-1所示。
Table5-1 Assort of four-phase step motor
表5-1四相步进电动机的分类
单四拍A-B-C-D
双四拍AB-BC-CD-DA
单双八拍AB-B-BC-C-CD-D-DA-A
双八拍AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB
为了实现对各绕组按一定的方式轮流加电，需要一个脉冲循环分配器。循环分配器可
用硬件电路来实现，也可用软件来实现。出于设计成本经济化的考虑，采用软件来设计脉
冲循环分配器。软件来设计脉冲循环分配器又有两种方法：控制字法和循环查表法。循环
查表法是比较普遍的一种，它是将各相绕组加电顺序的控制码制成一张表，即步进电动机
相序表，存放在内存区，再设置一个地址指针。当地址指针依次加1（或减1）时，即可
从表中取出加电的代码，然后输出到步进电动机，产生按一定运行方式的走步操作。若改
变相序表内的加电代码和地址指针的指向，则可改变步进电动机的运行方式与方向[52]。
由于只是处于试验阶段，所以就用循环查表法编写了一个简单的单四拍的相序表，如下表
5-2所示。
Table5-2 Time sequence of four-phase step motor
表5-2四相步进电动机相序
P1.3 P1.2 P1.1 P1.0
0 0 0 1 A
0 0 1 0 B
0 1 0 0 C
1 0 0 0 D西安理工大学硕士学位论文
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本方法没有用到指针，只是分别编写正转和反转两段程序，由主函数送给步进电机子
程序电动机的转向和转速，然后在电动机子程序内有计算公式来算出所需要的脉冲数和每
个脉冲之间的延时[53]。程序如下：
/*motor为步进电动机子程序*/
void motor(uchar j,uchar rate)/*单四拍*/
{
uint step;/*脉冲数*/
uint time;/*延时数*/
step=200*rate;
time=300/rate;/*ms*/
if(j!=0)/*正转*/
while(step)
{/*A-B-C-D*/
P1_3=0;P1_0=1;
delay(time);
P1_0=0;P1_1=1;
delay(time);
P1_1=0;P1_2=1;
delay(time);
P1_2=0;P1_3=1;
delay(time-1);
step--;
}
else/*反转*/
while(step)
{/*D-C-B-A*/
P1_0=0;P1_3=1;
delay(time);
P1_3=0;P1_2=1;
delay(time);
P1_2=0;P1_1=1;
delay(time);
P1_1=0;P1_0=1;
delay(time-1);
step--;}}5步进电动机的系统设计
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5.6软硬件的调试
在调试过程中，使用的是伟福6000，当然也可以使用μVision2集成开发环境。由于
是用C编写的，不可以直接调试，还需要一个编译器，在安装Wave6000后要指定编译器
的路径。仿真器使用的是伟福的H51/T，可以直接连接伟福6000，也可以用Keil C51连
接，只是按个人的熟悉程度来选择使用了。调试过程中遇到的问题主要是延时函数，因为
是用C编写的，不是汇编，它所产生的延时具体数字和输入的数字是个比例关系，并不
是像汇编那样可以轻松的选择延时多少ms。例如在C中延时时间的计算包括两个部分：
一部分是计算x--和判断x是否大于0所需要的时间t1，另一部分是调用这个子函数所需
要的时间t2。总的延时T=t1×x+t2。在调试的过程中先要单步执行延时函数，并输入一
个x1，得到一个总延时T1；然后再换一个x2重新执行这个延时子函数，得到另一个总延
时T2。解二元一次方程组就能把t1和t2这两个常量计算出来了。西安理工大学硕士学位论文
6显示系统设计
6.1系统方案的提出
在日常生活中，常见的LED显示系统都是采用平板显示的LED显示屏。但传统的
LED显示屏在使用中常存在一些不足，如：占用的空间太大、视角范围太小、可移动性差
等。因此对LED显示系统提出了一种新的显示方式即旋转式显示，从而使人们不管从那个
角度都能看到清晰的图案或文字。
这次课题设计就是基于单片机的LED三文动态信息显示系统。目的是在现有的基础上
有所创新，首先是可以实现实时显示，即通过一个输入窗口来在线控制显示内容；其次是
可对显示内容进行编排，如：字体的正、反向移动，图像和文字的叠加等；最后是希望在
完成单色显示的基础上争取实现彩色显示。所以为三文动态是指用一根镶嵌有16个高亮
度发光二极管的显示棒来替代传统的平板显示方式，从而使LED显示系统的显示部分小型
化，并且可以最大范围的显示要提供的信息
6.2显示系统的组成
针对以上的设计方案，可以将显示系统分为以下三个部分：
一、显示系统的动力源部分，将采用单片机控制的步进电动机来驱动显示棒工作。步
进电动机的选择及其驱动所需的硬件电路和软件编程在上一章中已详细介绍，在这里就不
再赘述了。
二、在对16个发光二极管的控制中必将会用到许多导线，这些导线也必然会随着显
示棒的转动而出现绞线的现象，现在将采用类似于电刷的机械装置来将电信号引入显示模
块，从而解决这一问题。
三、考虑到上下位机之间的通讯只需要用到两根导线，即一根用来发送另一根用来接
收，再加上LED工作时所需的电源+5V及地线，一共只要四根线。所以在显示模块的硬件
设计中将把单片机部分也加进去，从而完成对PC机传来的数据信息的接收以及对发光二
极管的控制
6.3显示模块的软硬件设计
a、硬件部分
主要包括步进电机、配套的电刷装置、51单片机、16个发光二极管及其驱动放大电
路，其实物图如图6-1所示。
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