液体点滴速度监控系统(1)

大学毕业设计（论文）

图3-12 数码管显示电路

本系统的显示采用 ZLG7289B 驱动数码管的方式进行实现，ZLG289B是广州周立功单片机发展有限公司自行设计的数码管显示驱动及键盘扫描管理芯片，可直接驱动八位共阴式数码管。其内部含有译码器，可直接接受 BCD码16进制码，并同时具有两种译码方式。此外，ZLG7289B还具有多种指令控制，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。而且它与微控制器的接口也非常简单，采用SPI串行总线，仅占用很少几根I /O口线。

3.6 声光报警单元

本设计采用一个蜂鸣器与一个发光二极管实现声光报警。当传感器检测到液位低于预设值或传感器检测不到有液滴下落时，单片机控制蜂鸣器和报警灯工作，发出声光。在实际应用中，如果设定的滴速过高，输液瓶上升到支架顶部时，仍达不到设定的滴速，输液瓶继续上升有可能会拉倒支架，造成危险。

3.7 电机驱动单元

L297：L297是意大利SGS半导体公司生产的步进电机专用控制器，它能产生4相控制信号，可用于计算机控制的两相双极和四相单相步进电机，能够用单四拍、双四拍、四相八拍方式控制步进电机。芯片内的PWM斩波器电路可开关模式下调节步进电机绕组中的电机绕组中的电流。该集成电路采用了SGS公司的模拟/数字兼容的I2L技术，使用5V的电源电压，全部信号的连接都与TFL/CMOS或集电极开路的晶体管兼容。L297的芯片引脚特别紧凑，采用双列直插20脚塑封封装，其引脚见图3-13。

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液体点滴速度监控系统设计

SYNCGNDHOMEAINH11234567891020191817161514131211CINH2DENABLEBRESETHALF/FULLCLOCKCW/CCWOSCVrefSENS1SENS2VccCONTROL图3-13 L297引脚图

? 1脚(SYNG)——斩波器输出端。如多个L297同步控制，所有的SYNC端都要连在

一起，共用一套振荡元件。如果使用外部时钟源，则时钟信号接到此引脚上。 ? 2脚(GND)——接地端。

? 3脚(HOME)——集电极开路输出端。当L297在初始状态(ABCD=0101)时，此端有

指示。当此引脚有效时，晶体管开路。 ? 4脚(A)——A相驱动信号。

? 5脚(INH1)——控制A相和B相的驱动极。当此引脚为低电平时，A相、B相驱动

控制被禁止；当线圈级断电时，双极性桥用这个信号使负载电源快速衰减。若CONTROL端输入是低电平时，用斩波器调节负载电流。 ? 6脚(B)——B相驱动信号。 ? 7脚(C)——C相驱动信号。

? 8脚(INH2)——控制C相和D相的驱动级。作用同INH1相同。 ? 9脚(D)——D相驱动信号。

? 10脚(ENABLE)——L297的使能输入端。当它为低电平时，INH1，INH2，A，B，

C，D都为低电平。当系统被复位时用来阻止电机驱动。

? 11脚(CONTROL)——斩波器功能控制端。低电平时使INH1和INH2起作用，高电

平时使A，B，C，D起作用。 ? 12脚(V cc)——+5V电源输入端。

? 13脚(SENS2)——C相、D相绕组电流检测电压反馈输入端。 ? 14脚(SENS1)——A相、B相绕组电流检测电压反馈输入端。

? 15脚(Vref )——斩波器基准电压输入端。加到此引脚的电压决定绕组电流的峰值。 ? 16脚(OSC)——斩波器频率输入端。一个RC网络接至此引角以决定斩波器频率，

在多个L297同步工作时其中一个接到RC网络，其余的此引角接地，各个器件的脚 I (SYNC)应连接到一起这样可杂波的引入问题。

? 17脚(CW/CCW)—方向控制端。步进电机实际旋转方向由绕组的连接方法决定。当

改变此引脚 的电平状态时，步进电机反向旋转。 ? 18脚(CLOCK)——步进时钟输入端。该引脚输入负脉冲时步进电机向前步进一个增

量，该步进是在信号的上升沿产生。 ? 19脚(HALF/FULL)——半步、全步方式 选择端。此引脚输入高电平时为半步方式(四

相八拍)，低电平时为全步方式。如选择全步方式时变换器在奇数状态，会得到单相工作方式(单四拍)。

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? 20脚(RESET)——复位输入端。此引脚输入负脉冲时，变换器恢复初始状态

(ABCD=0101)。

L298N: L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是:工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。其引脚图见图3-14.

图3-14 L298N引脚图

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 1脚(SENA)——此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号。 2脚(OUT1)——此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载。 3脚(OUT2)——集此两脚是全桥式驱动器A的两个输出端，用来连接负载。 4脚(VS)——电机驱动电源输入端。

5脚(IN1)——输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A。

6脚(ENA)——使能控制端。输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动器禁止工作。

7脚(IN2)——输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器A。 8脚(GND)——接地端，芯片本身的散热片与8脚相通。 9脚(VSS)——逻辑控制部分的电源输人端口。

10脚(IN3)——输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关。 11脚(ENB)——使能控制端。输入标准TTL逻辑电平信号；低电平时全桥式驱动禁止工作。

12脚(IN4)——输入标准的TTL逻辑电平信号，用来控制全桥式驱动器B的开关。 13脚(OUT3)——此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载。 14脚(OUT4)——此两脚是全桥式驱动器B的两个输出端，用来连接负载。

15脚(SENB )——此两端与地连接电流检测电阻，并向驱动芯片反馈检测到的信号。

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液体点滴速度监控系统设计

图3-15 电机驱动电路

使用L297和L298N可以作为两相双极性的步进电机驱动电路，它是采用定电流方式驱动，每相电流峰值可达2A，L297是步进电机控制器，用来产生两相双极性驱动信号（A,B,C,D）与电机电流设定，L298N是用来驱动步进电机的电力输出，是双桥接方式驱动，由于采用双极性驱动，因此电机线圈完全利用，是步进电机可以到达最佳的驱动。 步进电机驱动电路见图3-15。

3.8 供电单元

任何电气设备的使用均离不开供电系统，在整个单片机系统设计中，电源的设计必须要考虑的。电源的设计取决于系统所要求的供电方式，如是采用单电源方案，还是多电源方案，系统的功耗有无特殊规定等。在本设计中由于系统所选用的单片机是 AT89S52，它的标准工作电压为+5V，采集所用的发光二极管和光敏三极管等电路它们的工作电压都是+5V ，因此在本设计中采用单电源方案，单电源方案的优点是系统简单、工作可靠。此外由于设计到对步进电机的控制，步进电机及驱动电路由一片L279和一片L298N 组成，L297的工作电压为+5V，L298N除逻辑电路工作电压+5V外，还需加入一较高的电源电压以便增强电机的驱动能力。根据L298N的相关资料，这个电源电压的范围在+2.5V ~+46V之间，考虑到用电安全及设计方便等因素，将其设定在+15V。因此我们的目标是设计出一个能够提供+5V与+15V的电源，其电路如图 3-16所示。

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