摘要：本设计采用凌阳16位单片机对步进马达进行控制，通过IO口输出的具有时序的方波作为步进马达的控制讯号，讯号经过芯片L298N驱动步进马达；同时，用4X4的按键来对马达的状态进行控制，并用数码管显示马达的怠速，采用作为4位单个数码管的显示驱动，从单片机输入讯号；借助凌阳单片机的语音功能播报马达的怠速。

关键词：步进马达单片机数码管

一、方案论证与比较

1、本设计的重点在于对步进马达的控制和驱动，设计中受控马达为四相六线制的步进马达（电阻33欧，步进1.8度，额定电流12V）

方案一：使用多个功率放大元件驱动马达

通过使用不同的放大电路和不同参数的元件，可以达到不同的放大的要求，放大后才能得到较大的功率。并且因为使用的是四相的步进马达，就须要对东路讯号分别进行放大，因为放大电路很难做到完全一致，当马达的功率较大时运行上去会不稳定，但是电路的制做也比较复杂。

方案二：使用L298N芯片驱动马达

L298N芯片可以驱动两个二相马达（如图1－1），也可以驱动一个四相马达，输出电流最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电流；可以直接用单片机的IO口提供讯号；并且电路简单，使用比较便捷。

图1－1

通过比较，使用L298N芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进马达，且价位不高，故选用L298N驱动马达。而使用L298N时，可以用L297来提供时序讯号，可以节约单片机IO口的使用；也可以直接用单片机模拟出时序讯号，因为控制并不复杂，故选用前者。

2、数码管显示电路的设计

方案一：串行接法

设计中要显示4位数字，用作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节省IO口资源，但要使用SIO，发送数据时容易控制。

方案二：并行接法

使用并行接法时要对每位数码好使IO口单独输入数据，占用资源较多。

因为设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节省资源的作用。

二、步进马达控制原理

步进马达是数字控制马达，它将脉冲讯号转弄成角位移，即给一个脉冲讯号，步进马达就转动一个角度，为此特别适宜于单片机控制。步进马达可分为反应式步进马达（简称VR）、永磁式步进马达（简称PM）和混和式步进马达（简称HB）。

步进马达区别于其他控制马达的最大特征是单片机控制步进电机，它是通过输入脉冲讯号来进行控制的，即马达的总转动角度由输入脉冲数决定，而马达的怠速由脉冲讯号频度决定。

步进马达的驱动电路按照控制讯号工作，控制讯号由单片机形成。其基本原理作用如下：

(1)控制换相次序

通电换相这一过程称为脉冲分配。诸如：单相步进马达的三拍工作方法，其各相通电次序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格依照这一次序分别控制A,B,C，D相的通断。

(2)控制步进马达的转向

倘若给定工作方法乱序换相通电，步进马达正转，假如按反序通电换相，则马达就反转。

(3)控制步进马达的速率

假如给步进马达发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短单片机控制步进电机，步进马达就转得越快。调整单片机发出的脉冲频度，就可以对步进马达进行调速。

三、理论设计

综和以上选定的方案，总的流程如图3－2所示。

图3－1

1、步进马达驱动电路

通过L298N构成步进马达的驱动电路,电路图如图3－2所示。

通过单片机的IOB8～IOB13对L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲讯号，起时序图如图3－3所示。

图3－2

图3－3

2、数码管显示电路的设计

数码管的显示驱动使用，通过的IOB0和IOB1口对DATA和CLK发送数据。

图3－4

3、4x4按键电路

在设计中，使用了标准的4x4按键，其电路图如图3－5所示。单片机的A口低8位为鼠标的插口。虽然设计要求中只须要4个键对步进马达的状态进行控制，但考虑到对控制功能的扩充，我们使用了4x4的鼠标。

图3－5

四、程序设计

在进行程序设计的过程中，主要分为五个部份：双机通信、语音报数、数字显示、步进马达驱动、键盘；其中双机通信的实现和语音报时比较有特征，将其流程简略介绍如下，其他部份见附的程序。

1、双机通信

图4－1

我们在实现双机通信的过程中使用了“三次握手”的方法，这是Intle网中成用的数据通信确认合同，其流程图如图4－1所示。

2、语音报数

程序设计中语音报数使用的是SACM－A2000，考虑到程序比较简单，首先使用了手动报数方法，但发觉不能进行连续报数，于是使用了非手动形式，流程图如图4－2所示。

图4－2

五、结果剖析与总结

应当说此次课程设计还是基本达到了设计的要求，并且也存在着难以解决的问题，因为在执行语音程序时对资源的消耗比较大，在语音报数的时侯会中断步进马达驱动讯号的输出，造成马达停转。因此，我们更改了方案，使用了两块单片机，通过双机通信来传递讯号，遗憾的是问题始终没有得到解决。

此次步进马达的综合实验我们学到了步进马达、数码管、4*4按键、语音报数和双机通信的使用，更重要的是学会了程序出问题时调试的技巧，并养成了Debug的习惯，学到了程序出问题后如何去解决的基本技巧。