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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流CPLD开发板资料.精品文档.第二章 CPLD硬件系统介绍2.1 系统总体介绍 本课程设计所采用的CPLD硬件开发板分为六个功能模块：LED发光二极管阵列、8*8LED阵列、步进电机驱动电路、串口、数码管以及指拨开关。这几种功能模块单独使用或结合在一起使用可实现多种功能。其硬件实物图如图2-1所示。图2-1 CPLD开发板硬件实物图2.2 功能模块介绍1、LED发光二极管阵列发光二极管阵列由红、黄、绿三种不同颜色的发光二极管组成，可实现流水灯功能，结合数码管可实现交通灯功能，其硬件实物图如图2-2所示：图2-2 发光二极管阵列硬件实物图发光二
2、极管阵列的电路原理图如图2-3所示：图2-3 发光二极管阵列的电路原理图 由图可知，发光二级管的阴极分别由四个I/O口控制，阳极分别由三个I/O口控制，通过240向不同的I/O送出相应的高低电平就可以轮流点亮各个发光二级管。例如，如果想点亮YEL3，240要向IO17送低电平，IO21送高电平。2、8*8LED点阵8*8LED点阵实际上是由64个发光二级管组成，其实物图如图2-4所示。多块LED点阵级联可扩展成更大的LED点阵阵列。8*8LED内部结构图如图2-5所示： 图2-4 8*8LED实物图 2-5 8*8LED点阵的内部结构图8*8LED点阵内部，二极管的阴极由8个列来进行控制，二极
3、管的阳极由8个行来进行控制。8个行控制和8个列控制分别接到240的16个管脚上。由240给相应行控制管脚和列控制管脚送高电平和低电平来点亮点阵中任何一个发光二极管。发光二极管实物的管脚并不是按照行和列顺序排列的，其行控制和列控制与240管脚的连接见图2-6，与图2-6对应的LED点阵实物管脚编号如图2-7所示。 图2-6 8*8LED点阵电路原理图 图2-7 8*8LED点阵实物管脚编号由图2-6可知，接电阻的管脚是列控制，0.2k的电阻是限流电阻，不接电阻的管脚是行控制。其行列对应表格如下表：列8*8LED点阵实物管脚编号行8*8LED点阵实物管脚编号col81row812col72row7
4、15col66row610col511row516col47row45col313row39col214row23col14row183、步进电机驱动电路步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实
5、现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。步进电机的基本参数有：电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。通常步进电机步距角的一般计算按下式计算。=360/(ZmK) 式中步进电机的步距角； Z转子齿数； m步进电动机的相数； K控制系数，是拍数与相数的比例系数步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。用
6、户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。图2-8 步进电机28BYJ48实物图本课程设计采用的步进电机28BYJ48型为四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度(一个步距角)。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单(单相绕组通电)四拍(A-B-C-D-A)，双(双相绕组通电)四拍(AB-BC-CD-D
7、A-AB-)，八拍(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)。其实物图如图2-8所示。其电路原理图如图2-9所示。图2-9 步进电机驱动电路电路原理图该步进电机一共五根引出线，分别是红、橙、黄、粉、蓝。红色线接P1口管脚2，是供电电源。剩下四个相脚依次为橙、黄、粉、蓝分别接P1口的3、4、5、6管脚，这四个管脚与步进电机驱动芯片ULN2003的输出OT1-OT4相连。由240给IO50IO53送脉冲来控制步进电机的转动。该步进电机的通电方式由如下各表给出：表2-1 单四拍逆时针橙A黄B粉C蓝D顺时针橙A黄B粉C蓝D0x0810000x0100010x0401000x0200100x0200
8、100x0401000x0100010x0810000x0810000x0100010x0401000x0200100x0200100x0401000x0100010x081000逆时针橙 A黄B粉C蓝D顺时针橙 A黄B粉C蓝D0x0C11000x0910010x0601100x0300110x0300110x0601100x0910010x0C11000x0C11000x0910010x0601100x0300110x0300110x0601100x0910010x0C1100表2-2 双四拍逆时针橙 A黄B粉C蓝D顺时针橙 A黄B粉C蓝D0x0810000x0910010x0c11000x
9、0100010x0401000x0300110x0601100x0200100x0200100x0601100x0300110x0401000x0100010x0c11000x0910010x081000表2-3 八拍4、串口串口驱动电路原理图如图2-11所示图2-11 串口驱动电路的电路原理图 串口驱动电路采用max3232作为驱动芯片与串口接口相连，结合串口调试助手软件实现开发板与PC进行串口通信。串口收发工作时可点亮两个LED发光二极管进行指示。5、8位共阳极数码管开发板采用4位共阳SR410281 MT02841B型数码管，实物图如图2-12所示图2-12 4位共阳SR410281 M
10、T02841B型数码管 由图2-12可知，4位数码管共12个管脚，其中8个管脚用于段选，4个管脚用于位选。位选和段选的管脚连接图如图2-13所示。图2-13 数码管管脚连接两个4位数码管级联成8位数码管，两个4位数码管的8个段选分别共用8个管脚，CPLD通过选通8个位选管脚(向相应的IO口送高电平)来点亮其中任何一位数码管。4位共阳SR410281 MT02841B型数码管的内部结构与管脚对应如图2-14所示。图2-14 共阳SR410281 MT02841B型数码管的内部结构与管脚对应6、8路拨码开关8路拨码开关与其他功能模块相搭配可实现多种功能。拨码开关实物图如图2-15所示。其电路原理图如图2-16所示。图2-15 8路拨码开关实物图图2-16 8路拨码开关电路原理图图2-16对应的内部结构如右图所示，拨码开关向上推到ON状态，表示开关S闭合，这时送给CPLD I/O口的电平为低电平；当拨码开关向下推到OFF状态，表示开关S断开，这时送给CPLD I/O口的电平为高电平。通过改变拨码开关的状态，进而实现对相应管脚的高低电平输入控制。