二、设计要求 1、电机转速可平滑控制 2、电机转速可通过键盘和显示器设定 3、电机转速趋势显示 3、仪器设备 1、51单片机、步进电机 2、步进电机驱动芯片 ULN2003D3 四位数码管显示 4、矩阵键盘 4、硬件电路图及主芯片说明 1、硬件电路图 图 4-1 硬件原理图 2、步进电机驱动芯片 ULN2003 （1）内部结构 ULN2003 是一款非门电路。 它包含7个单元，每个二极管的阳极连接到每个达林顿管的集电极。 用于感性负载时，该引脚接负载电源正极，起到续流作用（感性负载中，电路断开后会产生很大的反电动势，以防止损坏达林顿管，连接一个反相二极管形成路径将其转换为电流）。 图4-2 ULN2003 引脚连接图 (2) 驱动原理 芯片内部形成的达林顿管可以放大驱动电流。 达林顿管由两个三极管串联而成。 第一管的发射极连接到第二管的基极。 因此，达林顿管的放大倍数是两个三极管放大倍数的乘积，具有很大的放大倍数。 。 集电极开路，可以输出较大的电流（集电极电位高）。 因此，使用ULN2003连接MCU引脚即可驱动步进电机。 图 4-3 达林顿管内部组成 三、数码管显示解码芯片 74LS138 工作原理 (1) 74LS138 8 线解码器，从真值表可以看出，引脚 4、5、6 为控制引脚，当引脚4和引脚5均为高电平且引脚4和引脚5均为低电平时，74LS138对引脚1、2和3的输入进行解码，并选择与这三个引脚输入的三位二进制码相对应的输出引脚。 输出低电平，否则所有输出引脚输出高电平。
图4-474LS138引脚及真值表 （二）数码管译码原理 数码管的位选择端通过138译码器连接到单片机的P2.2、P2.3、P2.4口，即，通过控制P2.2、P2.3、P2.4口来选择数码管的位数。 图 4-574LS138 连接图 五、步进电机控制系统主要工作原理 1、矩阵键盘扫描原理 本应用采用的矩阵键盘扫描方式为行列扫描，即高四位全部输出低电平电平，低四位输出高电平。 当接收到的数据的低四位不全是高电平时，表示有按钮被按下。 然后根据接收到的数据值，判断哪一列有按钮被按下，然后反过来，高四位输出高电平。 低四位输出低电平，然后根据接收到的高四位值来判断哪一行有按钮被按下，最终确定哪个按钮被按下。 图5-1 矩阵键盘原理图 2、数码管动态显示原理 在实际的单片机系统中，经常需要多位显示。 本课程设计使用四只共阴极数码管。 当数码管有多位时，它们的公共端是独立的，负责显示数字的“段选择线”全部连接在一起，独立的。 公共端可以控制多位中哪一位点亮，即位选择。 本文采用74LS138芯片对四位数码管进行位选择。 连接的段选择线可以控制该点亮的数码管显示的具体数字。 动态显示是最常见的多位显示方式，应用广泛。
动态显示是多个数码管交替显示，利用人眼视觉暂停功能，让人看到多个数码管同时显示的效果。 图 5-2 数码管动态显示原理图 3、数据存储单元排列将共阴极数码管显示值的显示代码存储在数组中 unsignedcharcodeDIG_CODE[17]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d , 0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; 定义一个全局变量，用于改变步进电机速度unsignedcharspeed； 定义一个全局变量，用于存储读取到的键值unsignedcharKeyValue； 记录按键的状态，0没有按键按下，1有按键按下unsignedcharKeyState； 定义一个数组，存放要显示的8位值unsignedcharDisplayData[8]； 6、编程框图 步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的。 将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制元件。 使用单片机产生这个脉冲信号，通过单片机的P3口输出脉冲信号，使用ULN2003芯片放大驱动电流来旋转电机。 通过在矩阵键盘上输入数字，改变延迟时间就可以改变电机的转速。 微控制器上的 P1 端口连接到按钮。
通过判断数码管的高位“1”或“0”即可改变步进电机的方向。 同时数码管可显示当前电机转速、运行状态、运行方向。 单片机上的P0和P2.2~P2.4端口连接数码管。 图 6-1 系统总体设计框图 图 6-2 系统主程序流程图 7. 步进电机控制系统主程序 1. 四位数码管显示程序 2. 矩阵键盘程序 3. 步进电机正转 5. 延时功能6、主要功能是通过键值显示来确定正反转和速度值设置。 8.课程设计经历通过这次单片机课程设计，我再次熟悉了基于51单片机的C语言编程。 将矩阵键盘、数码管显示和步进电机驱动有机地结合在一起。 如果学院配备测速元件，还可以采用PID算法进行速度控制，这样可以做得更好。 目前我只实现了在0-127范围内调节速度并显示级数的功能，同时可以让电机正反转停止。 最后，我要感谢我的老师在我大三时的悉心指导。 我会在今后的学习中继续努力。 安装现场安装所有设备确保符合相关技术标准规范。网络布线工程前端设备一次安装
