当系统扫描到键盘上有键被按下，则快速检测出是哪一个键被按下，然后单片机的定时器被启动，发出一定频率的脉冲，该频率的脉冲输入到蜂鸣器后，就会发出相应的音调如果在前一个按下的键发声的同时有另一个键被按下，则启用中断系统，前面键的发音停止，转到后按的键的发音程序，发出后按的键的音调。关于发声原理，参见题目5。

题目19 数字音乐盒的设计

设计要求

以单片机为核心，设计一个数字音乐盒：

利用I/O口产生一定频率的方波，驱动蜂鸣器，发出不同的音调，从而演奏乐曲（最少3首乐曲，每首不少于30s）。采用LCD显示信息。开机时有英文欢迎提示字符，播放时显示歌曲序号（或名称）。可通过功能键选择乐曲、暂停、播放。

题目20 单片机控制步进电机

设计要求

采用单片机控制一个三相单三拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信号控制。步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3、6、9、12、15、18、21、24和27步，且键盘具有键盘锁功能，当键盘上锁时，步进电机不接受输入步数，也不会运转。只有当键盘锁打开并输入步数时，步进电机才开始工作。

电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。

电机在运转过程中，如果过热，则电机停止运转，同时红色指示灯亮，同时警报响。本题目的关键之处是：如何生成控制步进电机的脉冲序列。

原理

步进电机的不同驱动方式，都是在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到三相绕组上，从而实现不同的工作状态。由于通电顺序不同，其运行方式有三相单三相拍、三相双三拍和三相单、双六拍三种（注意：上面“三相单三拍”中的“三相”指定子有三相绕组；“拍”是指定子绕组改变一次通电方式；“三拍”表示通电三次完成一个循环。“三相双三拍”中的“双”是指同时有两相绕组通电）。

（1）三相单三拍运行方式：题20图所示为反应式步进电动机工作原理图，若通过脉冲分配器输出的第一个脉冲使A相绕组通电，B,C相绕组不通电，在A相绕组通电后产生的磁场将使转子 上产生反应转矩，转子的1、3齿将与定子磁极对齐，如图（a）所示。第二个脉冲到来，使B相绕组通电，而A、C相绕组不通电；B相绕组产生的磁场将 使转子的2、4齿与B相磁极对齐，如图（b）所示，与图（a）相比，转子逆时针方向转动了一个角度。第三个脉冲到来后，是C相绕组通电，而 A、B相不通电，这时转子的1、

3齿会与C组对齐，转子的位置如图（c)所示，与图（b)比较，又逆时针转过了一个角度。

题20图 反应式步进电机工作原理图

当脉冲不断到来时，通过分配器使定子的绕组按着A相--B相--C相--A相??的规律不断地接通与断开，这时步进电动机的转子就连续不停地一步步的逆时 针方向转动。如果改变步进电动机的转动方向，只要将定子各绕组通电的顺序改为A相--C相--B相--A相，转子转动方向即改为顺时针方向。

单三拍分配方式时，步进电动机由A相通电转换到B相通电，步进电动机的转子转

过一个角度，称为一步。这时转子转过的角度是30度。步进电动机每一步转过的角度称为步距角。

（2）三相双三拍运行方式：每次都有两个绕组通电，通电方式是AB→BC→CA→AB??，如果通电顺序改为AB→CA→BC→AB??则步进电机反转。双三拍分配方式时，步进电动机的步距角也是30度

（3）三相单，双六拍运行方式：三相六拍分配方式就是每个周期内有六个通电状态。这六中通电状态的顺序可以使A→AB→B→BC→C→CA→A??或者A→CA→C→BC→B→AB→A??六拍通电方式中，有一个时刻两个绕组同时通电，这时转子齿的位置将位于通电的两相的中间位置。在三相六拍分配方式下，转子每一步转过的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。

单三拍运行的突出问题是每次只有一相绕组通电，在转换过程中，一相绕组断电，另一相绕组通电，容易发生失步；另外单靠一相绕组通电吸引转子，稳定性不好，容易在平衡位置附近震荡，故用的较少。

双三拍运行的特点是每次都有两相绕组通电，且在转换过程中始终有一相绕组保持通电状态，因此工作稳定，且步距角与单三拍相同。

六拍运行方式转换时始终有一相绕组通电，且步距角较小，故工作稳定性好，但电源较复杂，实际应用较多。

题目21 单片机控制直流电动机

设计要求

用单片机设计一个控制直流电机并测量转速的装置。单片机扩展有A/D转换芯片ADC0809（用ADC0808代替）和D/A转换芯片DAC0832。

（1）通过改变A/D输入端可变电阻来改变A/D的输入电压，D/A输入检测量大小，进而改变直流电机的转速。

（2）手动控制。在键盘上设置两个按键—直流电动机加速键和直流电机减速键。在手动状态下，每按一次键，电机的转速按照约定的速率改变。 （3）键盘列扫描（4 ? 6）。

实验原理

本题目难点是对直流电机的控制。与步进电机类似，直流电机也可精确地控制旋转速度或转矩。

直流电机是通过两个磁场的互作用产生旋转。其结构如题21图（a）所示，固定部分

题21图（a） 有刷直流电机结构示意图

（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X 两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。

换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。

定子通过永磁体或受激励电磁铁产生一个固定磁场，由于转子由一系列电磁体构成，当电流通过其中一个绕组时会产生一个磁场。对有刷直流电机而言，转子上的换向器和定子的电刷在电机旋转时为每个绕组供给电能。通电转子绕组与定子磁体有相反极性，因而相互吸引，使转子转动至与定子磁场对准的位置。当转子到达对准位置时，电刷通过换向器为下一组绕组供电，从而使转子维持旋转运动。如题21图（b）所示。

题21图（b）

直流电机的速度与施加的电压成正比，输出转矩则与电流成正比。由于必须在工作期间改变直流电机的速度，直流电机的控制是一个较困难的问题。直流电机高效运行的最常见方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其占空比对应于所需速度。电机起到一个低通滤波器作用，将PWM信号转换为有效直流电平。特别是对于微处理器驱动的直流电机，由于PWM信号相对容易产生，这种驱动方式使用的更为广泛。

本题目为了能够演示DAC0832的使用，未使用PWM驱动方式。而是利用直流电机的

速度与施加电压成正比的原理，通过滑动变阻器向ADC0809(使用ADC0808代替)输入控制电压信号，经A/D转换后，输入到AT89C51中，AT89C51将此信号转发给DAC0832，通过功放电路放大后，驱动直流电机。DAC0832也可以用引脚、功能相同的DAC0830代替。ADC0809与DAC0832在教材中已有详细介绍，在此不再叙述。按照其时序图，按题21图（C）和题21图（d）两个图操作即可。

图 DAC0830时序