畢業(yè)設(shè)計基于80C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計

1、基于基于 80c5180c51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計摘摘 要要本文介紹了基于 80c51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計。分別概括的介紹了單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)以及步進(jìn)電機(jī)的各種驅(qū)動方案；對一款四相步進(jìn)電機(jī)以及 80c51 單片機(jī)的功能參數(shù)和一種驅(qū)動方式的優(yōu)點特點，以及其選擇原因進(jìn)行了必要的說明；對基于 80c51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的原理進(jìn)行了介紹；根據(jù) 80c51 單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)的原理以及特點和參數(shù)選擇了其他元件，并且建立了相應(yīng)的電路圖；進(jìn)行了必要的電路分析說明，并將這個電路圖制作成型，使其工作，實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，加速減速等功能。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： 80c5

2、1 單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；驅(qū)動；控制single chip microcomputer-based driving of stepping motorabstractthis paper introduces based on the 80c51 monolithic stepping motor control system design. in this paper, the characters of microcomputer of respectively and stepping motor and all kinds of stepping motor driver project;

3、 for a four phase stepping motor and the 80c51 monolithic function parameters and a driving way, as well as the characteristics of the advantages of the necessary choice reason that; based on 80c51 stepping motor control system are introduced, the principle of according to the 80c51 single chip micr

4、ocomputer and the step motor principle and characteristic parameter choice and other components, and establishes the circuit diagram; at last i have maken the necessary cricuit analysis and completed the production of molding with making the circuit to work, reverse, accelerate and decelerate . keyw

5、ords: 80c51 single-chip microcomputer; stepping motor; drive;control目目 錄錄第 1 章 前 言 .11.1 課題的背景 .11.2 發(fā)展概況 .11.3 課題主要內(nèi)容 .1第 2 章 步進(jìn)電機(jī)的基本原理、分類和選擇 .22.1 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) .22.2 步進(jìn)電機(jī)的特點 .22.3 步進(jìn)電機(jī)分類.32.4 四相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理及工作方式.32.5 步進(jìn)電機(jī)具體型號的選擇.4第 3 章 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)及驅(qū)動接口選擇 .63.1 單電壓功率驅(qū)動接口.63.2 雙電壓功率驅(qū)動接口.63.3 高低壓功率驅(qū)動接口.73.

6、4 斬波恒流功率驅(qū)動接口.83.5 集成功率驅(qū)動接口及驅(qū)動芯片的選擇.8第 4 章 驅(qū)動系統(tǒng)硬件組成及具體驅(qū)動方案分析 .104.1 關(guān)于 80c51 單片機(jī)的介紹 .104.2 驅(qū)動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu).134.3 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動原理.134.3.1 步進(jìn)電機(jī)的控制信號 .134.3.2 控制信號功率的放大 .144.3.3 單片機(jī)控制信號的輸出和編程 .154.4 驅(qū)動系統(tǒng)總電路電路及說明.18第 5 章 驅(qū)動系統(tǒng)硬件的焊接與調(diào)試 .225.1 電路的焊接.225.2 電路的檢查與調(diào)試.22第 6 章 結(jié) 論 .25致 謝 .26參考文獻(xiàn) .27第 1 章 前 言1.1 課題的背景步進(jìn)電機(jī)是現(xiàn)代數(shù)

7、字控制技術(shù)中最早出現(xiàn)的執(zhí)行部件，其特點是可以將數(shù)字脈沖控制信號直接轉(zhuǎn)換為一定數(shù)值的機(jī)械角位移，并且能夠自動產(chǎn)生定位轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)軸鎖定。如果在機(jī)械結(jié)構(gòu)中再配以滾珠絲杠，那步進(jìn)電機(jī)的高精度轉(zhuǎn)角就可以轉(zhuǎn)換為高精度直線位移，這在以精度為要求的現(xiàn)代機(jī)械控制中是極其重要的一點。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)作為一種控制用的特種電機(jī)，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、控制方便。尤其是步距值不受電壓、溫度的變化的影響、誤差不會長期積累的特點，給實際的應(yīng)用帶來了很大的方便。它廣泛用于消費類產(chǎn)品（打印機(jī)、照相機(jī)） 、工業(yè)控制（數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人） 、醫(yī)療器械等機(jī)電

8、產(chǎn)品中。研究步進(jìn)電機(jī)的控制方法，對提高控制精度和響應(yīng)速度、節(jié)約能源等都具有重要意義。為此，本文設(shè)計了一段步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動程序，可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動速度，轉(zhuǎn)動方向。1.2 發(fā)展概況雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。 目前，生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。

9、鑒于上述情況，本文決定以四相混合式步進(jìn)電機(jī)為例敘述其基本工作原理及設(shè)計簡單的驅(qū)動程序。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機(jī)改進(jìn)時有所幫助。1.3 課題主要內(nèi)容本課題將分析步進(jìn)電機(jī)的工作原理，并簡單介紹其各種驅(qū)動方式。最后使用單片機(jī)以軟件方式配合有關(guān)芯片和電路元件驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，通過 c 語言編程方法，對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)動方向等進(jìn)行控制使其在一定范圍下運行，方便靈活地控制步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)，以簡單的對步進(jìn)電機(jī)的工作方式進(jìn)行個性化制作，以滿足不同用戶的要2求。中間對可能發(fā)生的問題進(jìn)行論述，并提出解決方法。最后對所完成的電路圖進(jìn)行分析。第 2 章 步進(jìn)電機(jī)的基本原理、分類和選擇步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)

10、化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個脈沖信號，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角” ）它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差-精度為 100%的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。2.1 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)電機(jī)固有步距角：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值,如 86byg250a 型電機(jī)給出的值為 0.9/1.8(表示半步工作時為 0.9 整步

11、工作時為 1.8)這個步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”它不一定是電機(jī)實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 0.9/1.8、三相的為 0.75/1.5、五相的為 0.36/0.72。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。保持轉(zhuǎn)矩： 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步

12、進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。 由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說 2n.m 的步進(jìn)電機(jī),在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 2n.m 的步進(jìn)電機(jī)。2.2 步進(jìn)電機(jī)的特點1一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3%-5%，且不累積。2步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。3步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失3步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點； 一般來講，磁性材料的退磁點都在 130以上，有的甚至高達(dá) 200以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在 80

13、-90完全正常。4步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。5當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。6步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速） 。步進(jìn)電動

14、機(jī)以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。綜合各種步進(jìn)電機(jī)的特點以及實際情況，本課題選用某混合式四相步進(jìn)電機(jī)。2.3 步進(jìn)電機(jī)分類目前常用的有三種步進(jìn)電動機(jī)：1反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)(vr)。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動態(tài)性能差。2永磁式步進(jìn)電動機(jī)(pm)。永磁式步進(jìn)電動機(jī)出力大，動態(tài)性能好；但步距角大。3混合式步進(jìn)電動機(jī)(hb)?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動機(jī)兩者的優(yōu)點，它的步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動機(jī)。它有時也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)

15、電動機(jī)。綜合步進(jìn)電機(jī)的以上參數(shù)特點以及各種步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點，本課題將選用四相混合式（感應(yīng)子式）步進(jìn)電機(jī)42.4 四相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理及工作方式如圖 2-1。開始時，開關(guān) sb 接通電源，sa、sc、sd 斷開，b 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 1、4 號齒就和 c、d 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5 號齒就和 d、a相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān) sc 接通電源，sb、sa、sd 斷開時，由于 c 相繞組的磁力線和 1、4 號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4 號齒和 c 相繞組的磁極對齊。而0、3 號齒和 a、b 相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5 號齒就和 a、d 相繞組磁極產(chǎn)生錯

16、齒。依次類推，a、b、c、d 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 a、b、c、d 方向轉(zhuǎn)動。圖 2-1 四相步進(jìn)電機(jī)步工作進(jìn)示意圖四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 2-2a、b、c 所示：a. 單四拍 b. 雙四拍 c 八拍圖 2-2 步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖2.5 步進(jìn)電機(jī)具體型號的選擇考慮到實驗室材料和驅(qū)動功率大小等實際條件，以及連線的方便與否。最

17、終選擇5型號為 28ybj-48 的四相五線減速步進(jìn)電機(jī)。該步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)為：1額定電壓：5vdc2直流電阻：60 歐 加減 7%（25 攝氏度）3減速比：1/644步距叫：5.625 度/645驅(qū)動方式：四項八拍6牽入轉(zhuǎn)矩：大于 350gf.cm(工作頻率：100pps)7打滑扭力：800-1300 gf.cm8溫升：小于 55k（5vdc 工作頻率：100pps)9噪音：小于 35db（空載，100pps,水平距馬達(dá) 10cm)10絕對耐壓：600v ac/1 秒11引線拉力強(qiáng)度：1kgf/條圖 2-3 28ybj-48 型步進(jìn)電機(jī)67第 4 章 驅(qū)動系統(tǒng)硬件組成及具體驅(qū)動方案分析4.

18、1 關(guān)于 stc80c52 單片機(jī)的介紹單片機(jī)以其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等優(yōu)點，在各個領(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用，在我國，近幾年單片機(jī)也得到了廣泛的應(yīng)用特別是在工業(yè)控制、智能儀表等方面。而其中 mcs-51 系列單片機(jī)更是以抗干擾能力強(qiáng)、對環(huán)境要求不高、靈活性強(qiáng)等別的系統(tǒng)所不具備的優(yōu)點被廣泛使用。即使非電子計算機(jī)專業(yè)人員，通過學(xué)習(xí)一些專業(yè)基礎(chǔ)知識以后也能依靠自己的技術(shù)力量，來開發(fā)所希望的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。故在本次設(shè)計中采用了其中的低功耗型 80c51 單片機(jī)。80c51 是 mcs-51 系列單片機(jī)中 chmos 工藝的一個典型品種。其它廠商以 8051 為基核開發(fā)出的 cmos 工藝

19、單片機(jī)產(chǎn)品統(tǒng)稱為 80c51 系列。當(dāng)前常用的 80c51 系列單片機(jī)主要產(chǎn)品有： intel 的：80c31、80c51、87c51，80c32、80c52、87c52 等； atmel 的：89c51、89c52、89c2051 等； philips、華邦、dallas、siemens(infineon)等公司的許多產(chǎn)品 。 該系列單片機(jī)是采用高性能的靜態(tài) 80c51 設(shè)計，由先進(jìn) cmos 工藝制造，并帶有非易失性 flash 程序存儲器 ，全部支持 12 時鐘和 6 時鐘操作，p89c51x2 和p89c52x2/54x2/58x2 分別包含 128 字節(jié)和 256 字節(jié) ram、32

20、 條 i/o 口線、3 個 16 位定時/計數(shù)器、6 輸入 4 優(yōu)先級嵌套中斷結(jié)構(gòu)、1 個串行 i/o 口、可用于多機(jī)通信 i/o 擴(kuò)展或全雙工 uart 以及片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，由于器件采用了靜態(tài)設(shè)計，可提供很寬的操作頻率范圍，頻率可降至 0 ?？蓪崿F(xiàn)兩個由軟件選擇的節(jié)電模式，空閑模式和掉電模式，空閑模式凍結(jié) cpu 但 ram 定時器，串口和中斷系統(tǒng)仍然工作掉電模式保存 ram 的內(nèi)容 但是凍結(jié)振蕩器 導(dǎo)致所有其它的片內(nèi)功能停止工作。由于設(shè)計是靜態(tài)的時鐘可停止而不會丟失用戶數(shù)據(jù)，運行可從時鐘停止處恢復(fù)。 其主要結(jié)構(gòu)組成如下：1中央處理器（cpu）2內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（內(nèi)部 ram）3內(nèi)

21、部程序存儲器（內(nèi)部 rom）4定時器/計數(shù)器5并行 i/o 口86串行口7時鐘電路8中斷系統(tǒng)9外接晶體引腳圖 4-1 80c51 單片機(jī)管腳圖外中斷控制并行口外時事件計數(shù)外時鐘源振蕩器和時序程序存儲器8kb rom數(shù)據(jù)存儲器256b ram/sfr216 位定時器/計數(shù)器tmp87p809n64kb 總線擴(kuò)展控制線可編程 i/o可編程全雙工串行口串行通信圖 4-2 80c51 單片機(jī)工作系統(tǒng)圖9單片機(jī)管腳如圖 4-1 所示，下面對其各個管腳進(jìn)行必要的說明。p0、p1、p2、p3 口的電平與 cmos 和 ttl 電平兼容。 p0 口的每一位口線可以驅(qū)動 8 個 lsttl 負(fù)載。在作為通用 i

22、/o 口時，由于輸出驅(qū)動電路是開漏方式，由集電極開路（oc 門）電路或漏極開路電路驅(qū)動時需外接上拉電阻；當(dāng)作為地址/數(shù)據(jù)總線使用時，口線輸出不是開漏的，無須外接上拉電阻。 p1、p2、p3 口的每一位能驅(qū)動 4 個 lsttl 負(fù)載。它們的輸出驅(qū)動電路設(shè)有內(nèi)部上拉電阻，所以可以方便地由集電極開路（oc 門）電路或漏極開路電路所驅(qū)動，而無須外接上拉電阻。 當(dāng) cpu 不對 p3 口進(jìn)行字節(jié)或位尋址時，內(nèi)部硬件自動將口鎖存器的 q 端置 1。這時，p3 口作為第二功能使用。 p3.0 ：rxd（串行口輸入）； p3.1 ：txd（串行口輸出）； p3.2 ：外部中斷 0 輸入； p3.3 ：外部中

23、斷 1 輸入； p3.4 ：t0（定時器 0 的外部輸入）； p3.5 ：t1（定時器 1 的外部輸出）； p3.6 ：（片外數(shù)據(jù)存儲器“寫”選通控制輸出）； p3.7 ：（片外數(shù)據(jù)存儲器“讀”選通控制輸出）。 ea/vpp : 訪問程序存儲器控制信號，當(dāng)其為低電平時，對 rom 的讀操作限定在外部的程序存儲器，當(dāng)其為高電平時，對 rom 的讀操作是從內(nèi)部存儲器開始的，并可延至外部程序存儲器。 ale/prog : 編程脈沖 psen : 外部程序存儲器讀選通信號，在讀外部 rom 時 psen 是低電平有效，以實現(xiàn)對 rom 的讀操作。 rst/vpd : 復(fù)位信號，當(dāng)輸入信號延續(xù) 2 個周

24、期以上的高電平有效，用以完成單片機(jī)復(fù)位初始化操作。 xtal : 時鐘晶振輸入端。 104.2 驅(qū)動系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)實時控制錄入程序方向設(shè)定電源電源驅(qū)動電路及驅(qū)動電路及有關(guān)芯片有關(guān)芯片m供電供電供電計算機(jī)計算機(jī)單片機(jī)單片機(jī)按鈕按鈕驅(qū)動速度設(shè)定圖 4-3 驅(qū)動系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)由圖 4-3 可知，本系統(tǒng)通過計算機(jī)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的運行方向和速度，以及變速變向的控制，并且將這些參數(shù)和控制程序通過數(shù)據(jù)串口燒錄到單片機(jī)中。按鈕和單片機(jī)的控制信號通過驅(qū)動電路，輸入至步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的速度和方向。電源和變壓整流電路為單片機(jī)和驅(qū)動芯片的正常工作提供安全穩(wěn)定的直流高電平。4.3 驅(qū)動系統(tǒng)的驅(qū)動原理為了方便闡述，本節(jié)按

25、照步進(jìn)電機(jī)輸入信號要求，控制信號功率的放大，單片機(jī)控制信號的輸出和編程的順序分析其工作過程。4.3.1 步進(jìn)電機(jī)的控制信號橙 4黃 3粉 2藍(lán) 1紅 5m 圖 4-4 28ybj-48 型步進(jìn)電機(jī)接線指示圖表 4-1 步進(jìn)電機(jī)輸入信號分布表11分配順序連線序號導(dǎo)線顏色12345紅+4橙+-3黃+-+2粉-+1藍(lán)-+-如圖 4-4 所示，28ybj-48 型步進(jìn)電機(jī)接內(nèi)部共有四相線圈，其中 vcc 端共接在一起，為紅線。四相線圈的控制信號輸入端按順序依次為藍(lán)、粉、黃、橙。為方便編程與描述，本文采用單片機(jī)的雙四拍運行時序，則其通電線圈按照時序依次為：藍(lán)粉、粉黃、黃橙、橙藍(lán)。其輸入信號分布如表 4-

26、1 所示。以此時序，按照一定的頻率，步進(jìn)電機(jī)就可穩(wěn)定地轉(zhuǎn)動。4.3.2 控制信號功率的放大單片機(jī)不能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，這是由于單片機(jī) i/o 接口輸出功率很小，輸出信號不穩(wěn)定。因此就必須在單片機(jī) i/o 接口下方接功率驅(qū)動單元。按照前文所述，本文選擇具有信號放大，信號反相功能的 uln2003a 驅(qū)動芯片。圖 4-5 uln2003 電路圖（含負(fù)載）由圖 4-5 所示，uln2003a 本質(zhì)為達(dá)林頓管，其中 q1，q2，r2，r3 本質(zhì)為以放大倍數(shù)被加大的三極管。因此，當(dāng)輸入信號為高電平時，三極管導(dǎo)通，這時負(fù)載左端，即12芯片的信號輸出端為低電平，因此 uln2003a 為反相輸出。此時負(fù)載中

27、有電流產(chǎn)生。在本文中，負(fù)載即為步進(jìn)電機(jī)的某一相線圈，所以當(dāng)輸入信號為高電平時，與之相連的步進(jìn)電機(jī)線圈中有電流產(chǎn)生；當(dāng)輸入信號為低平時，負(fù)載左端即信號輸出端為高電平，負(fù)載中無電流產(chǎn)生，即與之相連的步進(jìn)電機(jī)線圈不工作。又因為達(dá)林頓管放大倍數(shù)為兩個三極管放大倍數(shù)之積，達(dá)到比較可觀的功率放大作用。綜上，將單片機(jī)四個 i/o 接口連接至 uln2003a 輸入接口，就將控制步進(jìn)電機(jī)的信號放大反相。使得步進(jìn)電機(jī)正常工作。4.3.3 單片機(jī)控制信號的輸出和編程考慮到步進(jìn)電機(jī)正常工作所需要的時序分布以及 uln2003a 的反相所用，單片機(jī)的輸出信號以及相應(yīng)的輸出端口如表 4-2 所示。為了實際電路中連線方便

28、，信號輸出端口為 p2.0，p2.1，p2.2，p2.3 口。表 4-2 單片機(jī)輸出信號分布表分配順序輸出接口對應(yīng)導(dǎo)線顏色一二三四p2.3橙0011p2.2黃0110p2.1粉1100p2.0藍(lán)1001對應(yīng) 16 進(jìn)制數(shù)0 xf30 xf60 xfc0 xf913根據(jù)以上輸出信號的描述，指定其系統(tǒng)流程圖為上電斷電反向減速電機(jī)轉(zhuǎn)動fr 按鍵是否按下開始slow 按鍵是否按下fast 按鍵是否按下結(jié)束加速圖 4-6 驅(qū)動程序流程圖根據(jù)以上輸出信號的描述以及過程流程圖 4-6，相應(yīng)的單片機(jī) c 語言編寫為：#includesbit fr=p10; /*定義端口 p1.0 對應(yīng)著步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制按鈕

29、*/sbit slow=p11; /*定義端口 p1.1 對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)減速控制按鈕*/sbit fast=p12; /*定義端口 p1。2 對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)加速控制按鈕*/int p; /*定義 p 為延時常數(shù)*/void delay(int t) /*定義延時函數(shù) delay*/ int k; int i; for(i=0;it;i+) for(k=0;k10;k+);void main()/*主函數(shù)*/14 p0=0 x00; /*初始化 p0*/ fr=1; /*初始化轉(zhuǎn)向為正向*/ p=50; /*初始化延時常數(shù) p*/ while(1) /*進(jìn)入旋轉(zhuǎn)信號輸出循環(huán)*/ if(fr=1) /

30、*正向旋轉(zhuǎn)*/ p2=0 xf3; delay(p); p2=0 xf6; delay(p); p2=0 xfc; delay(p); p2=0 xf9; delay(p); if(slow=0) /*按下按鈕 slow 電機(jī)減速*/ delay(1000); /*減速按鍵防抖*/ if(slow=0) p=p+5; if(fast=0) /*按下按鈕 fast 電機(jī)加速*/ delay(1000); /*減速按鍵防抖*/ if(fast=0) p=p-5; if(p=0) /*限制 p 為正整數(shù)*/ p=5; else/*當(dāng)長按下按鈕 fr 時步進(jìn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動*/ 15 p2=0 xf3;

31、delay(p); p2=0 xf9; delay(p); p2=0 xfc; delay(p); p2=0 xf6; delay(p); 程序說明：當(dāng)系統(tǒng)上電以后，單片機(jī)開始工作，輸出控制信號。步進(jìn)電機(jī)則按照預(yù)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)長按下按鍵 fr 后電機(jī)反相轉(zhuǎn)動。當(dāng)按下按鍵 slow 后步進(jìn)電機(jī)減速轉(zhuǎn)動。按下按鍵 fast 后步進(jìn)電機(jī)加速轉(zhuǎn)動。4.4 驅(qū)動系統(tǒng)總電路電路及說明按照以上思路，驅(qū)動系統(tǒng)最終的驅(qū)動過程如下：電路上電后，單片機(jī)開始運行，運行已經(jīng)燒錄至單片機(jī)內(nèi)的程序。由于程序中已經(jīng)安排好控制信號的輸出方式，單片機(jī)就按照此方式將控制信號輸出至 uln2003a?？刂菩盘柦?jīng)過 uln200

32、3a 芯片的信號反相，功率放大后，自 uln2003a 芯片的輸出接口輸出至步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)收到控制信號后開始工作。過程中，按鍵開關(guān)開關(guān)實時對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，控制進(jìn)行控制。長按 fr 開關(guān)后，步進(jìn)電機(jī)反方向轉(zhuǎn)動；松開 fr 開關(guān)后，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。按下 slow 開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)減速；按下 fast 開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)減速。以下圖 4-7 為實現(xiàn)以上功能所需要的電路原理圖，及電路原理圖各個元件在電路中的具體功能作用，如表 4-3。并且按照電路圖連接出了實際電路。如圖 4-816圖 4-7 驅(qū)動系統(tǒng)電路原理圖表 4-3 驅(qū)動系統(tǒng)電路原理圖電路元件作用說明名稱參數(shù)作用電阻 r110k提供復(fù)位電平電阻 r

33、2,r3,r410k限流極性電容10uf提供復(fù)位電流按鍵開關(guān) fr控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)按鍵開關(guān) slow控制電機(jī)減速按鍵開關(guān) fast控制電機(jī)加速電容 c1，c230pf提高晶振的穩(wěn)定性能和抗干擾能力電容 c1，c230pf提高晶振的穩(wěn)定性能和抗干擾能力晶振12mhz為單片機(jī)提供工作頻率電阻 r5，r6，r7，r810k上拉電阻單片機(jī) 80c51輸出控制信號，接收控制信號電阻 r9，r10，r11，r125.1k分壓保護(hù)步進(jìn)電機(jī)芯片 uln2003a為步進(jìn)電機(jī)提供穩(wěn)定的驅(qū)動信號17圖 4-8 驅(qū)動系統(tǒng)實際電路1. 單片機(jī)最小系統(tǒng)：如圖 4-9 所示，單片機(jī)最小系統(tǒng)位單片機(jī)可以正常工作的最少元件組成的

34、系統(tǒng)。reset 管腳接復(fù)位電路，高電平復(fù)位。工作過程是，當(dāng)系統(tǒng)上電時極性電容充電，reset 管腳為高電平。過后，電容充電完畢。reset 管腳恢復(fù)低電平，停止復(fù)位。xtal1 與 xtal2 管腳接晶振。ea 管腳加高電平，表示單片機(jī)尋址地址為內(nèi)置儲存器。圖 4-9 單片機(jī)最小系統(tǒng)接 vcc接 gnd80c51步進(jìn)電機(jī)uln2003a12mhz 晶振復(fù)位電路復(fù)位開關(guān)182. 按鍵開關(guān)部分：如圖 4-7 及圖 4-10 所示，三條開關(guān)線路分別與單片機(jī)p1.0，p1.1，p1.2 管腳相連。使得三個管腳常態(tài)為高電平，當(dāng)按鍵開關(guān)按下時，單片機(jī)檢測到這三個管腳電平為低電平。根據(jù)程序，對輸出信號進(jìn)行

35、控制。圖 4-10 按鍵開關(guān)部分3. 驅(qū)動芯片部分：如圖 4-11 及圖 4-7 所示，輸入端分別連接p2.0，p2.1，p2.2，p2.3 管腳。輸出分別連接步進(jìn)電機(jī)藍(lán)，粉，黃，橙導(dǎo)線。由于負(fù)載過大，此處必須加上 5 個阻值為 10k 的上拉電阻。圖 4-11 驅(qū)動芯片部分19第 5 章驅(qū)動系統(tǒng)硬件的焊接與調(diào)試由于實際電路的制作是一個復(fù)雜動手的過程，對于本人專業(yè)來講相對較為陌生，按照理論電路圖焊接出來的電路也許會在很不起眼的地方出現(xiàn)各種小錯誤而導(dǎo)致整個電路不能正常工作。在電路的焊接過程中要注意的地方有很多，必須嚴(yán)格按照焊接的程序，以防止最后返工時錯誤過多而浪費時間和精力。但是，無論多么小心的

36、焊接電路，一次成功幾乎是不可能的，在連接好電路為了防止元件燒壞，以及排除其他可以排除的錯誤，不得不對電路進(jìn)行測試，以判斷錯誤的位置。5.1 電路的焊接本電路的焊接采用錫焊。采用錫鉛焊料進(jìn)行焊接的稱為錫鉛焊，簡稱錫焊，其機(jī)理是：在錫焊的過程中將焊料、焊件與銅箔在焊接熱的作用下，焊件與銅箔不熔化，焊料熔化并濕潤焊接面，依靠焊件、銅箔兩者問原子分子的移動，從而引起金屬之間的擴(kuò)散形成在銅箔與焊件之間的金屬合金層，并使銅箔與焊件連接在一起，就得到牢固可靠的焊接點。焊接時，要保證每個焊點焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。好的焊點應(yīng)是錫點光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊。

37、虛焊是焊點處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時通時斷。假焊是指表面上好像焊住了，但實際上并沒有焊上，有時用手一撥，元件就從焊點中拔出。這兩種情況將給電子制作的調(diào)試和檢修帶來極大的困難。焊接電路板時，一定要控制好時間。太長，電路板將被燒焦，或造成銅箔脫落。從電路板上拆卸元件是，可將電烙鐵頭貼在焊點上，待焊點上的錫熔化后，將元件拔出。對焊點的基本要求1焊點要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證被焊件在受振動或沖擊時不致脫落、松動。不能用過多焊料堆積，這樣容易造成虛焊、焊點與焊點的短路。2焊接可靠，具有良好導(dǎo)電性，必須防止虛焊。虛焊是指焊料與被焊件表面沒有形成合金結(jié)構(gòu)，只是簡單地依附在被焊金屬表面上。3焊點表面要光

38、滑、清潔，焊點表面應(yīng)有良好光澤，不應(yīng)有毛刺、空隙，無污垢，尤其是焊劑的有害殘留物質(zhì)，要選擇合適的焊料與焊劑。205.2 電路的檢查與調(diào)試由于初學(xué)單片機(jī)等相關(guān)內(nèi)容，而且在平時學(xué)習(xí)中有關(guān)電路連接的練習(xí)與實習(xí)較少，在實際操作中會有各種錯誤和失誤出現(xiàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作。因此，在系統(tǒng)上電前和系統(tǒng)不能正常工作的時候，必須對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試。調(diào)試步驟如下：上電前使用萬用表檢查：1. 按照原理圖檢查線路是否存在短路，短路。2. 按照原理圖檢查極性電容等記性元件的正負(fù)極是否反接。3. 按照原理圖檢查按鍵開關(guān)是否有錯誤。如果上電前排除錯誤，上電后系統(tǒng)仍然不能正常工作，則測試單片機(jī)和 uln2003a是否能正

39、常工作。將如下程序?qū)懭雴纹瑱C(jī)：#includesbit a3=p13;sbit a4=p14;sbit a5=p15;sbit a6=p16;sbit a7=p17;sbit b0=p20;sbit b1=p21;sbit b2=p22;sbit b3=p23;sbit b4=p24;sbit b5=p25;sbit b6=p26;sbit b7=p27;sbit c1=p31;sbit c2=p32;sbit c3=p33;sbit c4=p35;sbit c5=p35;sbit c6=p36;sbit c7=p37;void main() p0=0 x00; a3=0; a4=1; a5=

40、0; a6=1; a7=0; b0=1; b1=0; b2=1; b3=0; b4=1; b5=0; b6=1; b7=0; b0=1; c1=0; c2=1; c3=0;21 c4=1; c5=0; c6=1; c7=0; 以上程序定義了單片機(jī) i/o 接口 p1，p2，p3 各個接口的輸出電平的高低，“o”為低電平，“1”為高電平。將單片機(jī)嵌入工作電路，上電后使用萬用表測量單片機(jī)檢測各個 i/o 接口的高低電平是否和定義相符，相符則證明單片機(jī)工作正常。將單片機(jī)調(diào)試正常后，在工作電路上電的情況下檢測 uln2003a 與單片機(jī)相連的四個管腳電平以及相應(yīng)的輸出管腳的電平。若輸入輸出電平都與測試

41、程序相符，則uln2003a 芯片工作正常。若單片機(jī)工作正常，但與 uln2003 相連的單片機(jī)管腳電壓過低，原因是 uln2003芯片負(fù)載過大，則考慮加上拉電阻，增加芯片的驅(qū)動能力。第 6 章 結(jié) 論由于數(shù)字電子技術(shù)的不斷發(fā)展，已取得很大成就。數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用亦越來越廣泛。在動力方面，由于傳統(tǒng)電機(jī)為模擬電子范疇，并不能直接與以計算機(jī)為代表的數(shù)字電子設(shè)備直接配合使用。需要 ad,da 轉(zhuǎn)化裝置，加大了控制成本和技術(shù)難度。但是步進(jìn)電機(jī)作為一種數(shù)字動力元件的出現(xiàn)，則大大的改善了此情況。由于步進(jìn)電機(jī)可以直接被計算機(jī)控制，使其具有可以將數(shù)字脈沖控制信號直接轉(zhuǎn)換為一定數(shù)值的機(jī)械角位移，并且能夠自動產(chǎn)生定

42、位轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)軸鎖定的性能特點，大大提高了電機(jī)的控制精度。這對于對精度要求較高的現(xiàn)代機(jī)械控制有著重要意義。而單片機(jī)作為一種簡單可靠，且低功耗，性能穩(wěn)定的計算機(jī)，在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用也愈加廣泛。這就使得單片機(jī)驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)這一應(yīng)用收到更廣泛的觀眾，本文在此選擇較為簡單的單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的芯片，組成簡單的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。做簡單的論述，主要工作如下：1了解步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，特點。研究其工作原理，以及使用中的具體注意事項。2了解單片機(jī)的工作原理，掌握其基于 c 語言的編程方法，以及最小系統(tǒng)的組成。3搜集步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方案，對驅(qū)動方案進(jìn)行比較，選取合適的驅(qū)動方式。4按照選取的驅(qū)動方式，選取相應(yīng)的元器件，畫出電

43、路圖，并且根據(jù)電路圖焊接出相應(yīng)的實際電路，調(diào)試電路，排除故障，使得實際電路按照電路圖工作，并完成相應(yīng)的功能。5對電路各個部分的功能進(jìn)行詳細(xì)的講解。由于時間有限，精力的不足，而且受到實驗設(shè)備，實驗元件特別是缺少 7805 芯片等硬件條件的限制，本設(shè)計還存在著電路較為簡單，缺少獨立的供電電源等問題和不足。下一步需要在電路上加獨立供電模塊以及電機(jī)暫停按鈕以及轉(zhuǎn)向和速度的顯示led 管，將系統(tǒng)電路改進(jìn)。并且加上一定的保護(hù)外殼，使其更加人性化，方便使用。23致 謝值此畢業(yè)設(shè)計接近尾聲之際，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師xxx 老師表示衷心的感謝。幾個月來，x 老師為指導(dǎo)我順利完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)投注了極大的精力和熱情。在

44、本設(shè)計的制作過程中，由于牽扯到許多本人專業(yè)之外的知識，尤其是數(shù)字電子技術(shù)知識，使得本人在設(shè)計過程中著實遇到很多困難。在我每一次遭遇技術(shù)瓶頸的時候，總能得到 x老師的悉心教導(dǎo)。在對待專業(yè)知識的態(tài)度上，x 老師的博學(xué)和嚴(yán)謹(jǐn)給我留下了深刻的印象，x 老師具備豐富的單片機(jī)開發(fā)經(jīng)驗和扎實的電子電路專業(yè)知識，這使我受益良多。我還要感謝和我同組的 5 位同學(xué)。在畢業(yè)設(shè)計過程中，我們 6 人結(jié)為至交好友，我們互相幫助，相互配合，這保證了我們按時，順利地完成畢業(yè)設(shè)計。感謝答辯組老師抽出寶貴的時間對我的課題進(jìn)行指導(dǎo)。在此，感謝答辯組老師的精心指導(dǎo)和寶貴的建議！最后，衷心感謝機(jī)電工程學(xué)院所有老師四年來對我的教導(dǎo)，感

45、謝母校xxxx 大學(xué)對我的栽培。謝謝！24參考文獻(xiàn)1 王曉明，電動機(jī)的單片機(jī)控制m. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20022 黃俊，王兆安.電力電子技術(shù)m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.110-1233 胡壽松.自動控制原理m.北京:國防工業(yè)出版社，2004.231-2464 叢君麗. 基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計m，電力電子技術(shù)2008.02-0315 王幸之.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗千擾技術(shù)m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000.146-1696 張毅剛.單片機(jī)原理及應(yīng)用m. 北京：高等教育出版社，2006.159-1787 王燦，馬瑞卿，李玲娟，徐仲春.高可靠性混合式步進(jìn)電

46、機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)研究.微電機(jī).2006，39(9):54-56，608 田林波，李興根.混合式步進(jìn)電機(jī) spwm 微步驅(qū)動技術(shù)的研究j.微電機(jī)，2000，33(3):16-189 陳強(qiáng)，解云龍，廖寶劍，等.機(jī)械系統(tǒng)的微機(jī)控制m.北京：清華大學(xué)出版社，2002：4-7. 10 徐愛華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程m.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：126-133. 11 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)m。北京：清華大學(xué)出版社，1996：396-397. 12王伯林.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計的誤區(qū)與對策j.電子技術(shù)應(yīng)用，2005.24-3613 kuo b c, singh g. a dc type hybrid step

47、 motor for large power applicationsj. ieee trans on ind, 1975, 12,365-37214 bryso a, hu yuehi. applied optimal control. london: hemishere publishing co,1975，86-290ag an employment tribunal clai emloyment tribunals sort out disagreements between employers and employees. you may need to make a claim t

48、o an employment tribunal if: you dont agree with the disciplinary action your employer has taken against you your employer dismisses you and you think that you have been dismissed unfairly. for more informu, take advice from one of the organisations listed under fur ther help. employment tribunals a

49、re less formal than some other courts, but it is still a legal process and you will need to give evidence under an oath or affirmation. most people find making a claim to an employment tribunal challenging. if you are thinking about making a claim to an employment tribunal, you should get help strai

50、ght away from one of the organisations listed under further help. ation about dismissal and unfair dismissal, see dismissal. you can make a claim to an employment tribunal, even if you havent appealed against the disciplinary action your employer has taken against you. however, if you win your case,

51、 the tribunal may reduce any compensation awarded to you as a result of your failure to appeal. remember that in most cases you must make an application to an employment tribunal within three months of the date when the event you are complaining about happened. if your application is received after

52、this time limit, the tribunal will not usually accept i. if you are worried about how the time limits apply to you if you are being represented by a solicitor at the tribunal, they may ask you to sign an agreement where you pay their fee out of your compensation if you win the case. this is known as

53、 a damages-based agreement. in england and wales, your solicitor cant charge you more than 35% of your compensation if you win the case. you are clear about the terms of the agreement. it might be best to get advice from an experienced adviser, for example, at a citizens advice bureau. to find your

54、nearest cab, including those that give advice by e-mail, click on nearest cab. for more information about making a claim to an employment tribunal, see employment tribunals. the (lack of) air up there watch 25m cay man islands-based webb, the head of fifas anti-racism taskforce, is in london for the

55、 football associations 150th anniversary celebrations and will attend citys premier league match at chelsea on sunday. i am going to be at the match tomorrow and i have asked to meet ya ya toure, he told bbc sport. for me its about how he felt and i would like to speak to him first to find out what

56、his experience was. uefa has opened disciplinary proceedings against cska for the racist behaviour of their fans during citys 2-1 win. michel platini, president of european footballs governing body, has also ordered an immediate investigation into the referees actions. cska said they were surprised

57、and disappointed by toures complaint. in a statement the russian side added: we found no racist insults from fans of cska. age has reached the end of the beginning of a word. may be guilty in his seems to passing a lot of different life became the appearance of the same day; may be back in the past,

58、 to oneself the paranoid weird belief disillusionment, these days, my mind has been very messy, in my mind constantly. always feel oneself should go to do something, or write something. twenty years of life trajectory deeply shallow, suddenly feel something, do it.一字開頭的年齡已經(jīng)到了尾聲?；蛟S是愧疚于自己似乎把轉(zhuǎn)瞬即逝的很多個不同

59、的日子過成了同一天的樣子；或許是追溯過去，對自己那些近乎偏執(zhí)的怪異信念的醒悟，這些天以來，思緒一直很凌亂，在腦海中不斷糾纏?？傆X得自己似乎應(yīng)該去做點什么，或者寫點什么。二十年的人生軌跡深深淺淺，突然就感覺到有些事情，非做不可了。the end of our life, and can meet many things really do?而窮盡我們的一生，又能遇到多少事情是真正地非做不可？ during my childhood, think lucky money and new clothes are necessary for new year, but as the advance o

60、f the age, will be more and more found that those things are optional; junior high school, thought to have a crush on just means that the real growth, but over the past three years later, his writing of alumni in peace, suddenly found that isnt really grow up, it seems is not so important; then in h