基于51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)方案

1、 . . . 工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)系 （部）：信 息 工 程 系 專 業(yè)：自 動(dòng) 控 制 學(xué) 號(hào)： 2 學(xué)生： 鋼 鋼 指導(dǎo)教師：忠平 講 師 2011 年 3 月44 / 44目 錄第一部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告第二部分 設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)湖 南 工 程 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院HUNAN ENGINEERING POLYTECHNIC畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告（ 2011屆） 系 （部）：信 息 工 程 系 專 業(yè)：自 動(dòng) 控 制 學(xué) 號(hào)： 2 學(xué)生： 鋼 鋼 指導(dǎo)教師：忠平 講 師 2011 年4月5日基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告一本文研究的意

2、義和目的 本設(shè)計(jì)主要援用51單片機(jī)控制六線4項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，友單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖型號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速向某一方向產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。同時(shí)能夠利用單片機(jī)的正、反轉(zhuǎn)與速度控制，并能在數(shù)碼管上顯示相應(yīng)的速度。設(shè)計(jì)單片機(jī)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的意義在于：1、單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制可以熟悉步進(jìn)電機(jī)的原理和應(yīng)用。2、單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制可以熟悉單哦就功能已經(jīng)原理、構(gòu)造。3、通過(guò)本選題能運(yùn)用所學(xué)基本理論知識(shí)、專業(yè)技能來(lái)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，思考，解決，提高對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握以與鍛煉邏輯思維能力。 二研究的依據(jù)步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一，是一種性能良好的數(shù)字執(zhí)行元件，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)控

3、制技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的普與與深入，步進(jìn)電機(jī)的需求量越練越大。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以與同類產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。但近30年來(lái)，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景，近幾年來(lái)，步進(jìn)電機(jī)需求量一直呈現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)速度，其中掃描儀、打印機(jī)、 、DVD-ROM/CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、空調(diào)與多功能自動(dòng)化辦公設(shè)備等應(yīng)用對(duì)步進(jìn)電機(jī)的需求增長(zhǎng)最強(qiáng)。此外由于USB2.0的日益流行促進(jìn)了高分辨率掃描儀的銷售，步進(jìn)電機(jī)向著小型、薄型和更小的步進(jìn)角度發(fā)展。步進(jìn)電機(jī)有著方方面面重要應(yīng)用，如何對(duì)其進(jìn)行有效控制，使其能夠發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)是

4、各個(gè)行業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)人員所共同關(guān)注的，本次設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單的通用控制系統(tǒng)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向?qū)嵭惺謩?dòng)控制，并能通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖星號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€線位移的開(kāi)環(huán)控制原件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止位置只取決于脈沖星號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無(wú)累計(jì)誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變得非常簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不向普通的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)性脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。目前步進(jìn)

5、電機(jī)在工業(yè)控制生產(chǎn)以與儀器上應(yīng)用十分廣泛。通常都要對(duì)一些機(jī)械部件平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)移動(dòng)的位移和角度控制要求較高，一般的電機(jī)很難實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和角度的精確控制，在一些智能化要求較高的場(chǎng)合，用模擬芯片控制器與信號(hào)發(fā)生器來(lái)控制有一定局限性。而且單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)可以改善性能，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)精確的角度和轉(zhuǎn)數(shù)，具有良好的步進(jìn)特性，最適合數(shù)字控制。在工控設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。而單片機(jī)具有芯片體積小，兼容性強(qiáng)，低電壓了，低功耗等特點(diǎn)，使得單片機(jī)成為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的最佳空盒單元。所以單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)控制精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，得以廣泛運(yùn)用。三 本文研究容本設(shè)計(jì)主要是研究基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制，采用單片機(jī)AT89C52

6、和脈沖分配器PMM8713控制步進(jìn)電機(jī)在三相六拍工作方式下的啟?？刂?，正反轉(zhuǎn)控制。四本文研究思路1、了解單片機(jī)本身部應(yīng)有的資源，如：中斷、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、IO的使用。2、了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理和作用。3、根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的原理，分析并分配單片機(jī)部資源，并根據(jù)單片機(jī)的資源，來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)以與軟件程序的編寫(xiě)。4、對(duì)于自己不熟悉的東西，查閱資料。5、在設(shè)計(jì)好單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，要學(xué)會(huì)分析電路中出現(xiàn)的問(wèn)題，并好好總結(jié)。五、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排 第1周：查閱參考文獻(xiàn)和相關(guān)資料。 第2周：通過(guò)反復(fù)閱讀、揣摩參考文獻(xiàn)和相關(guān)資料，弄清楚研究對(duì)象的基本原理。 第3-4周：完成論文初稿。 第5-11周：遞交初稿，并在指導(dǎo)

7、老師的幫助下，完成論文的修改，確定終稿。 第12周：再次檢查、確認(rèn)終稿符合要求后，打印，遞交正式論文，同時(shí)準(zhǔn)備論文答辯。4.指導(dǎo)教師意見(jiàn)。指導(dǎo)教師： 年 月 日教研室意見(jiàn)教研室主任： 年 月 日說(shuō)明：開(kāi)題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一，此報(bào)告應(yīng)在導(dǎo)師指導(dǎo)下，由學(xué)生填寫(xiě)，將作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)考查的重要依據(jù)，經(jīng)導(dǎo)師審查后簽署意見(jiàn)生效。湖 南 工 程 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院HUNAN ENGINEERING POLYTECHNIC畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2011屆） 系 （部）：信 息 工 程 系 專 業(yè)：自 動(dòng) 控 制 學(xué) 號(hào)： 2 學(xué)生： 鋼 鋼

8、指導(dǎo)教師：忠平 講 師 2011 年 4 月 5日摘 要步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的本文應(yīng)用單片機(jī)AT89C52和脈沖分配器PMM8713，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，光電隔離器4N25等，構(gòu)建了步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)

9、動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)AT89C52和脈沖分配器PMM8713完成步進(jìn)電機(jī)的各種運(yùn)行控制方式，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在3相6拍的工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制和加減速控制。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)人機(jī)交互換接口可實(shí)現(xiàn)各功能設(shè)置，操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)在機(jī)電一體化控制等大多數(shù)場(chǎng)合。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī);單片機(jī)控制; AT89C51 步距角 目 錄第一章 步進(jìn)電機(jī)的介紹101.1步進(jìn)電機(jī)的概念101.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與其分類111.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理121.4步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)131.5步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)14第二章 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)152.1單片機(jī)簡(jiǎn)介152.2單片機(jī)的特點(diǎn)172.3單片

10、機(jī)技術(shù)的發(fā)展18第三章 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)193.1步進(jìn)電機(jī)的選擇193.2單片機(jī)的選擇203.3單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇29第四章 系統(tǒng)程序與分析344.1正反轉(zhuǎn)程序流程圖344.2程序設(shè)計(jì)344.3程序驅(qū)動(dòng)39結(jié)論41致43參考文獻(xiàn)44第1章 步進(jìn)電機(jī)的介紹1.1 步進(jìn)電機(jī)的概念步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)

11、控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（與步進(jìn)角）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 圖1 步進(jìn)電機(jī)1.2步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與其分類步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分：1.定子：由硅鋼片疊成的，定子上有6大磁極，每2個(gè)相對(duì)的磁極（，S）組成一對(duì)，共有3對(duì)。定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。 0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊

12、，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A'與齒5相對(duì)齊，（A'就是A，齒5就是齒1）。2.轉(zhuǎn)子：由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒,與定子上的小齒一樣，并且小齒的大小一樣，間距一樣分類步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)

13、的應(yīng)用最為廣泛。 永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度； 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角?。坏珓?dòng)態(tài)性能差。 混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它又分為兩相和五

14、相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。1.3步進(jìn)電機(jī)的工作原理電機(jī)的U1、V1、W1接電源，分別有三個(gè)開(kāi)關(guān)控制，U2、V2、W2分別接地。如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（即最小磁阻位置）位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器 。以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例：如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任

15、何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3，此時(shí)齒4與A偏移為1/3對(duì)齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3 這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序

16、決定。 不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音與減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制這是旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。 工作方式（三相）1.單三拍：通電順序?yàn)?A®B®C ；2.雙三拍：通電

17、順序?yàn)?AB®BC®CA ；3.三相六拍：通電順序?yàn)?A®AB®B®BC®C®CA 這三種工作方式的區(qū)別，如下表所示：表2.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)三種工作方式的性能比較工作方式單三拍雙三拍六拍步進(jìn)周期TTT每相通電時(shí)間T2T3T走齒周期3T3T6T相電流小較大最大高頻性能差較好較好轉(zhuǎn)矩小中大電磁阻尼小較大較大振蕩容易較容易不容易功耗小大中1.4步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)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。 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的

18、最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 3步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)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。 4步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況

19、下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)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?gòu)牡退偕礁咚伲?步進(jìn)電機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)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)展以與步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。1.5步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)； 2 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）； 3 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； 4 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)； 5 由于沒(méi)有電刷靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承

20、的壽命； 6 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本 7 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。 8 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速圍。 缺點(diǎn)1 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振； 2 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。第2 章 單片機(jī)的相關(guān)知識(shí)2.1 單片機(jī)的簡(jiǎn)介單片機(jī)是續(xù)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)之后，并隨著電器時(shí)代大到來(lái)，人們借助電氣技術(shù)想實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制機(jī)械，自動(dòng)生 產(chǎn)線甚至自動(dòng)工廠，但依靠計(jì)算機(jī)去完成每一個(gè)自動(dòng)的過(guò)程，反而有些復(fù)雜以與資源的亂費(fèi)；所以用更方便，更微小，更智能的微型處理器來(lái)處理工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)控領(lǐng)域，控制領(lǐng)域，有著重大意義；更

21、何況目前，彩電，冰箱，空調(diào)，錄像機(jī)，VCD，遙 控器，游戲機(jī)，電飯煲等無(wú)處不見(jiàn)單片機(jī)的影子，所以單片機(jī)將會(huì)更滿足我們的生活，會(huì)更取代大型的計(jì)算機(jī)?，F(xiàn)在單片機(jī)主要按用途，大體上可分為兩大類： 1-通用型單片機(jī) 2-專用型單片機(jī) 專用型單片機(jī)是指用途比較專一，出廠時(shí)程序已經(jīng)一次性固化好， 不能再修該的單片機(jī)。例如電子表里的單片機(jī)就是其中的一種。 其生產(chǎn)成本很低。 通用型單片機(jī)的用途很廣泛，使用不同的接口電路與編制不同的應(yīng) 用程序就可完成不同的功能。小到家用電器儀器儀表，大到機(jī)器設(shè) 備和整套生產(chǎn)線都可用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 通用型單片機(jī)按位數(shù)分有4位機(jī),8位機(jī),16位機(jī)和32位機(jī)等等.按廠 家分

22、種類就更多,我國(guó)目前最常用的單片機(jī)有如下幾家: Intel- (MCS51系列,MCS96系列) Atmel- (AT89系列,MCS51核) Microchip- (PIC系列) Motorola- (68HCXX系列) Zilog- (Z86系列) Philips- (87,80系列,MCS51核) Siemens- (SAB80系列,MCS51核) NEC- (78系列) Epson- (系列)而現(xiàn)在單片機(jī)主要包括：中央處理器、存儲(chǔ)器、特殊功能寄存器。對(duì)于其部資源各功能都體現(xiàn)一臺(tái)計(jì)算機(jī)，如：A    中央處理器中央處理器是由運(yùn)算部件和控制部件組成。a,運(yùn)算部

23、件包括：算術(shù)邏輯部件ALU，布爾處理器，累加器ACC，寄存器B，程序狀態(tài)字PSW等等，該部件實(shí)現(xiàn)的功能是：數(shù)據(jù)的算術(shù)，邏輯運(yùn)算，位變量的處理和數(shù)據(jù)傳送。b,控制部件包括：定時(shí)控制邏輯，指令寄存器，譯碼器以與信息傳送控制部件等等。B    存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器包括：程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。1,MCS51部有4K的程序存儲(chǔ)器，如果在實(shí)際運(yùn)用中存不夠的話，可以在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展到64K大小，對(duì)于程序員來(lái)講，無(wú)論是部的EPROM，還是擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器是沒(méi)有什么區(qū)別的，在MCU部有一個(gè)十六位的程序記數(shù)器PC可以尋址片與片外的EPROM。2,MCU51有128字節(jié)的RAM，也可以外接RA

24、M電路，是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量達(dá)到64K字節(jié)如圖：在00H-1FH單元：共32字節(jié)的緩沖區(qū)，分為四組，每組為8個(gè)工作寄存器R0-R7，由PSW.3和PSW.4決定使用哪個(gè)組。若在實(shí)際使用中，不需要四組工作寄存器的話，那么這個(gè)區(qū)域的多余的單元可以作為一般的數(shù)據(jù)緩沖器使用。在20H-2FH單元：共16字節(jié)的緩沖區(qū)，其中每一個(gè)字節(jié)的每一位都有一個(gè)位地址，他們占據(jù)地址空間0-7FH，一般在這個(gè)16*8位的單元里，用于存放各種程序標(biāo)志，位控制變量。在30H-7FH單元：是數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，在中斷系統(tǒng)中，往往需要一個(gè)堆棧來(lái)保護(hù)CPU的現(xiàn)場(chǎng)，這個(gè)堆棧一般設(shè)在30-7FH單元里，并且棧指針SP指出棧頂?shù)奈恢谩５菑?fù)位以

25、后（SP）為07H，所以一般應(yīng)對(duì)SP初始化?？偨Y(jié)：部RAM中，除了作為工作寄存器，位標(biāo)志和堆棧區(qū)以外的單元，都可以數(shù)據(jù)緩沖區(qū)使用，存放輸入的數(shù)據(jù)或運(yùn)算的結(jié)果。C。特殊功能寄存器（如圖）                  特殊功能寄存器包括：I/O鎖存器，串口數(shù)據(jù)緩沖器，定時(shí)/記數(shù)器，以與各種控制寄存器和狀態(tài)寄存器。2.2單片機(jī)的特點(diǎn)單片微型計(jì)算機(jī)(Single-Chip Microcomputer),簡(jiǎn)稱單片計(jì)算機(jī).就是將CP

26、U,RAM,ROM,定時(shí)/計(jì)時(shí)器和多種接口集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī). 其主要特點(diǎn)如下:2.2.1片存儲(chǔ)容量較小:原因是受集成度的限制.ROM一般小于8KB,RAM一般小于256B,但可以在外部擴(kuò)展.通常ROM,RAM可分別擴(kuò)展至64KB.2.2.2可靠性高:因?yàn)樾酒前垂I(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的,故抗干擾的能力優(yōu)于PC機(jī).系統(tǒng)軟件(如:程序指令,常數(shù),表格)固化在ROM中,不易受病毒破壞.許多信號(hào)的通道均在一個(gè)芯片,故運(yùn)作時(shí)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠.2.2.3便于擴(kuò)展:片具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件,片外有很多供擴(kuò)展用的(總線,并行和串行的輸入/輸出)管腳,很容易組成一定規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng). 2.2.

27、4控制功能強(qiáng):具有豐富的控制指令:如:條件分支轉(zhuǎn)移指令,I/O口的邏輯操作指令,位處理指令. 2.2.5實(shí)用性好: 體積小,功耗低,價(jià)格便宜,易于產(chǎn)品化.2.3單片機(jī)的發(fā)展第1階段(1971年1978年),以MCS-48系列為代表,稱4位單片機(jī).在片:CPU有4位或8位;ROM有1KB或2KB;RAM有64B或128B;只有并行接口,無(wú)串行接口;只有1個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器;中斷源只有2個(gè).在片外:尋址圍只有4KB;芯片引腳有40個(gè).第2階段(1978年1983年),以MCS-51系列為代表,稱8位單片機(jī).在片:CPU有8位;ROM有4KB或8KB;RAM有128B或256B;有串/并行接口;有

28、2個(gè)或3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器;中斷源有5至7個(gè).在片外:尋址圍有64KB;芯片引腳有40個(gè).第3階段(1983年以后),以MCS-96系列為代表,稱16位單片機(jī).在片:CPU有16位;ROM有8KB;RAM有232B;有串/并行接口;有4個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)時(shí)器;中斷源有8個(gè);增加了D/A和A/D轉(zhuǎn)換電路.在片外:尋址圍有64KB;芯片引腳有48個(gè)或68個(gè).第3章 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇在生產(chǎn)或使用中步進(jìn)電機(jī)主要由步距角（涉與到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、與電流三大要素組成。所以選擇好步進(jìn)電機(jī)，主要選擇步進(jìn)電機(jī)的三大要素；一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。

29、60; 3.1.1步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。  3.1.2、靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)

30、時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座與長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸） 3.1.3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、與驅(qū)動(dòng)電壓）總的來(lái)說(shuō)，選擇步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該按照以下步驟進(jìn)行3.2 單片機(jī)的選擇單片機(jī)現(xiàn)在分為4位、8位、16位的單片機(jī)，也分為不同公司的單片機(jī)類型，而與我們最熟悉的應(yīng)是 ATMEL公司的89C52單片機(jī),是增強(qiáng)型RISC載Flash的單片機(jī),芯片上的Flash存儲(chǔ)器附在用戶的產(chǎn)品中,可隨時(shí)編程,再編程

31、,使用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)容易,更新?lián)Q代方便。89C52單片機(jī)采用增強(qiáng)的RISC結(jié)構(gòu),使其具有高速處理能力,在一個(gè)時(shí)鐘周期可執(zhí)行復(fù)雜的指令,每MHz可實(shí)現(xiàn)1MIPS的處理能力。89C52單片機(jī)工作電壓為2.76.0V,可以實(shí)現(xiàn)耗電最優(yōu)化。89C52的單片機(jī)廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備,工業(yè)實(shí)時(shí)控制,儀器儀表,通訊設(shè)備,家用電器,宇航設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域.由于單片機(jī)的種類很多，在選擇單片機(jī)時(shí)要依據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求選擇合適的單片機(jī)。例如當(dāng)設(shè)計(jì)僅僅需要一個(gè)單片機(jī)定時(shí)器那么選擇89C1051或89C2051即可，而不選擇89C52,因?yàn)楹笳叩膬r(jià)格較高一些。當(dāng)然若程序和數(shù)據(jù)區(qū)的要求較高那么選擇的單片機(jī)還要滿足程序空間的要求。

32、下面我們來(lái)比較89C51和89C52：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器定時(shí)器中斷51系列128B4KB2552系列256B8KB38表2-1-1 51和52的比較在本課題中，我們選用現(xiàn)在較為流行的52系列單片機(jī)，即選用ATMEL公司的STC89C52。3.2.1MCS-52單片機(jī)部結(jié)構(gòu)：MCS-51單片機(jī)是在一塊芯片中集成了CPU，RAM，ROM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器和多種功能的I/O線等一臺(tái)計(jì)算機(jī)所需要的基本功能部件。MCS-51單片機(jī)包含下列幾個(gè)部件： 一個(gè)8位CPU； 一個(gè)片振蕩器與時(shí)鐘電路； 4K字節(jié)ROM程序存儲(chǔ)器； 128字節(jié)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器； 可尋址64K外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

33、和64K外部程序存儲(chǔ)器空間的控制電路； 32條可編程的I/O線（四個(gè)8位并行I/O端口）； 一個(gè)可編程全雙工串行口；振蕩器與定時(shí)電路8051CPU4K字節(jié)ROM128字節(jié)RAM2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器64K總線擴(kuò)展控制可編程I/O可編程串行口 具有五個(gè)中斷源、兩個(gè)優(yōu)先級(jí)嵌套中斷結(jié)構(gòu)。1、 CPUCPU是單片機(jī)的核心部件。它由運(yùn)算器和控制器等部件組成。 運(yùn)算器運(yùn)算器的功能是進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算?？梢詫?duì)半字節(jié)（4位）、單字節(jié)等數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。例如能完成加、減、乘、除、加1、減1、BCD碼十進(jìn)制調(diào)整、比較等算術(shù)運(yùn)算和與、或、異或、求補(bǔ)、循環(huán)等邏輯操作，操作結(jié)果的狀態(tài)信息送至狀態(tài)寄存器。8051運(yùn)算器

34、還包含有一個(gè)布爾處理器，用來(lái)處理位操作。它是以進(jìn)位標(biāo)志位C為累加器的，可執(zhí)行置位、復(fù)位、取反、等于1轉(zhuǎn)移、等于0轉(zhuǎn)移、等于1轉(zhuǎn)移且清0以與進(jìn)位標(biāo)志位與其他可尋址的位之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送等位操作。也能使進(jìn)位標(biāo)志位與其他可位尋址的位之間進(jìn)行邏輯與、或操作。程序計(jì)數(shù)器PC程序計(jì)數(shù)器PC用來(lái)存放即將要執(zhí)行的指令地址，共16位，可對(duì)64K程序存儲(chǔ)器直接尋址。執(zhí)行指令時(shí)，PC容的低8位經(jīng)P0口輸出，高8位經(jīng)P2口輸出。令寄存器指令寄存器中存放指令代碼。CPU執(zhí)行指令時(shí)，由程序存儲(chǔ)器中讀取的指令代碼送入指令寄存器，經(jīng)譯碼后由定時(shí)與控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)，完成指令功能。定時(shí)與控制部件時(shí)鐘電路8052片設(shè)有一個(gè)

35、由反向放大器所構(gòu)成的振蕩電路，XTAL1和 XTAL2分別為振蕩電路的輸入和輸出端，時(shí)鐘可以由部方式產(chǎn)生或外部方式產(chǎn)生。部方式時(shí)鐘電路如圖2-2所示。在XTAL1和 XTAL2引腳上外接定時(shí)元件，部振蕩電路就產(chǎn)生自激振蕩。定時(shí)元件通常采用石英晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。晶振可以在1.2MHz到12MHz之間選擇，電容值在5-30PF之間選擇，電容的大小可起頻率微調(diào)作用。XTAL1XTAL2 電容1 晶振 電容2 圖 2-2 部方式時(shí)鐘電路外部方式的時(shí)鐘很少用，若要用時(shí)，只要將XTAL1接地，XTAL2接外部振蕩器就行。對(duì)外部振蕩信號(hào)無(wú)特殊要求，只要保證脈沖寬度，一般采用頻率低于12MHz的方

36、波信號(hào)。時(shí)鐘發(fā)生器把振蕩頻率兩分頻，產(chǎn)生一個(gè)兩相時(shí)鐘信號(hào)P1和P2供單片機(jī)使用。P1在每一個(gè)狀態(tài)S的前半部分有效，P2在每個(gè)狀態(tài)的后半部分有效。 時(shí)序MCS-52典型的指令周期（執(zhí)行一條指令的時(shí)間稱為指令周期）為一個(gè)機(jī)器周期，一個(gè)機(jī)器周期由六個(gè)狀態(tài)（十二振蕩周期）組成。每個(gè)狀態(tài)又被分成兩個(gè)時(shí)相P1和P2。所以，一個(gè)機(jī)器周期可以依次表示為S1P1，S1P2，S6P1，S6P2。通常算術(shù)邏輯操作在P1時(shí)相進(jìn)行，而部寄存器傳送在P2時(shí)相進(jìn)行。2、存儲(chǔ)器MCS-52單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是互相獨(dú)立的，物理結(jié)構(gòu)也不同。程序存儲(chǔ)器為只讀存儲(chǔ)器（ROM）。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器為隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）。單

37、片機(jī)的存儲(chǔ)器編址方式采用與工作寄存器、I/O口鎖存器統(tǒng)一編址的方式。有關(guān)存儲(chǔ)器的容將在下一節(jié)中詳述。3、I/O端口I/O端口又稱為I/O接口，也叫做I/O通道或I/O通路，I/O端口是MCS-51單片機(jī)對(duì)外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，I/O端口有串行和并行之分，串行I/O端口一次只能傳送一位二進(jìn)制信息，并行I/O端口一次能傳送一組二進(jìn)制信息。、并行I/O端口MCS-52單片機(jī)設(shè)有四個(gè)8位雙向I/O端口（P0、P1、P2、P3），每一條I/O線都能獨(dú)立地用作輸入或輸出。P0口為三態(tài)雙向口，能帶8個(gè)LSTTL電路。P1、P2、P3口為準(zhǔn)雙向口（在用作輸入線時(shí)，口鎖存器必須先寫(xiě)入“1”，故稱為準(zhǔn)

38、雙向口），負(fù)載能力為4個(gè)LSTTL電路。4、總線MCS-52單片機(jī)屬總線型結(jié)構(gòu)，通過(guò)地址/數(shù)據(jù)總線可以與存儲(chǔ)器（RAM、EPROM）、并行I/O接口芯片相連接。在訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出高8位地址，P0口輸出低8位地址，由ALE（地址鎖存允許）信號(hào)將P0口（地址/數(shù)據(jù)總線）上的低8位鎖存到外部地址鎖存器中，從而為P0口接受數(shù)據(jù)作準(zhǔn)備。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器（即執(zhí)行MOVX）指令時(shí)，PSEN（外部程序存儲(chǔ)器選通）信號(hào)有效，在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（即執(zhí)行MOVX）指令時(shí)，由P3口自動(dòng)產(chǎn)生讀/寫(xiě)（/）信號(hào)，通過(guò)P0口對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元進(jìn)行讀/寫(xiě)操作。3.2.2 MCS-52單片機(jī)外部結(jié)構(gòu)：1.單片

39、機(jī)的引腳分布與功能MCS-52的引腳說(shuō)明：MCS-52系列單片機(jī)中的8032、8052與8752均采用40Pin封裝的雙列直接DIP結(jié)構(gòu)，右圖是它們的引腳配置，40個(gè)引腳中，正電源和地線兩根，外置石英振蕩器的時(shí)鐘線兩根，4組8位共32個(gè)I/O口，中斷口線與P3口線復(fù)用?，F(xiàn)在我們對(duì)這些引腳的功能加以說(shuō)明： 圖2-2-1 STC89C52的引腳圖Pin9:RESET/Vpd復(fù)位信號(hào)復(fù)用腳，當(dāng)8052通電，時(shí)鐘電路開(kāi)始工作，在RESET引腳上出現(xiàn)24個(gè)時(shí)鐘周期以上的高電平，系統(tǒng)即初始復(fù)位。初始化后，程序計(jì)數(shù)器PC指向0000H，P0-P3輸出口全部為高電平，堆棧指針寫(xiě)入07H，其它專用寄存器被清“0

40、”。RESET由高電平下降為低電平后，系統(tǒng)即從0000H地址開(kāi)始執(zhí)行程序。然而，初始復(fù)位不改變RAM（包括工作寄存器R0-R7）的狀態(tài)，8052的初始態(tài)。8052的復(fù)位方式可以是自動(dòng)復(fù)位，也可以是手動(dòng)復(fù)位，見(jiàn)下圖4。此外，RESET/Vpd還是一復(fù)用腳，Vcc掉電其間，此腳可接上備用電源，以保證單片機(jī)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。圖2-2-2復(fù)位電路和晶振電路圖1、8位微處理器和控制器2、部含有4KB的程序ROM。3、2個(gè)16位的計(jì)數(shù)/定時(shí)器。4、部時(shí)鐘振蕩器5、全雙工方式的串行接口（UART）種尋址方式。6、最高時(shí)鐘振蕩頻率可達(dá)12MHZ，大部分指令執(zhí)行時(shí)間為1µs，乘、除指令為4

41、1;s。2.2 信號(hào)引腳介紹：1.輸入/輸出口線2.ALE地址鎖存控制信號(hào)3.在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE用于控制把 口輸出的底8位地址送入鎖存器鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。此外由于ALE是以十二分之一晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖，因此可作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用。4.外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)5.在讀外部ROM時(shí) 有效（低電平），以實(shí)現(xiàn)外部ROM單元的讀操作6.訪問(wèn)程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)7.當(dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器；而當(dāng) 信號(hào)為高電平時(shí)，則對(duì)ROM的讀操作是從部程序存儲(chǔ)器開(kāi)始，并可延續(xù)至外部程序存儲(chǔ)8.RST 復(fù)位信號(hào) 當(dāng)輸入的復(fù)位信號(hào)

42、延續(xù)2個(gè)機(jī)器周期以上高電平時(shí)即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位操作。9.XTAL1和XTAL2外接晶體引線端當(dāng)使用芯片部時(shí)鐘時(shí)，此二引線端用于外接石英晶體和微調(diào)電容；當(dāng)使用外部時(shí)鐘時(shí)，用于接外部時(shí)鐘脈沖信號(hào)。10.VSS地線11.VCC+5V 電源3.3 單片機(jī)的存儲(chǔ)器配置（b）圖2-3-1 單片機(jī)的部存儲(chǔ)器配置從用戶的角度存儲(chǔ)器分3個(gè)邏輯地址空間：1. 片外統(tǒng)一編址的64KB程序存儲(chǔ)器地址空間0000HFFFFH即（a）圖；2. 256B的片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址空間00HFFH（包括低128B的部RAM地址00H7FH和高128B的特殊功能寄存器地址空間）即（b）圖；64KB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/

43、O接口地址空間0000HFFFFH如（c）圖。畫(huà)出RAM的組成RAM共有256個(gè)單元，按功能分為兩部分低128單元（單元地址00H7FH）和高128單元（單元地址80HFFH）。其中高128單元是供給專用寄存器使用，因這些寄存器的功能已作為專門(mén)規(guī)定故此稱之為特殊功能寄存器SFR11個(gè)SFR有位尋址作用，而且要說(shuō)明低128單元是單片機(jī)的真正RAM存儲(chǔ)器。30H7FH通用RAM區(qū)20H2FH位尋址區(qū)（00H7FH）18H1FH工作寄存器3區(qū)（R7R0）10H17H工作寄存器2區(qū)（R7R0）08H0FH工作寄存器1區(qū)（R7R0）00H07H工作寄存器0區(qū) (R7R0)圖2-3-2 RAM的組成圖低1

44、28單元是單片機(jī)的真正RAM存儲(chǔ)器，按其用途劃分為三個(gè)區(qū)域：通用寄存器區(qū) 通用寄存器為CPU提供了就近數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的便利，有利于提高單片機(jī)的運(yùn)算速度。此外，使用通用存儲(chǔ)器還能提高程序編制的靈活性，因此在單片機(jī)的應(yīng)用編程中應(yīng)充分利用這些寄存器，以簡(jiǎn)化程序設(shè)計(jì)，提高程序運(yùn)行速度。位尋址區(qū)部RAM的20H2FH單元，即可作為一般RAM單元使用，進(jìn)行字節(jié)操作，也可以對(duì)單元中每一位進(jìn)行位操作，因此把該區(qū)稱之為位尋址區(qū)。工作寄存區(qū)用戶存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。3.2.3單片機(jī)的最小系統(tǒng)52單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路圖: 說(shuō)明: 復(fù)位電路:由電容串聯(lián)電阻構(gòu)成,由圖并結(jié)合"電容電壓不能突變"的性質(zhì),可以知道,當(dāng)系

45、統(tǒng)一上電,RST腳將會(huì)出現(xiàn)高電平,并且,這個(gè)高電平持續(xù)的時(shí)間由電路的RC值來(lái)決定.典型的51單片機(jī)當(dāng)RST腳的高電平持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上就將復(fù)位,所以,適當(dāng)組合RC的取值就可以保證可靠的復(fù)位.一般教科書(shū)推薦C 取10u,R取8.2K.當(dāng)然也有其他取法的,原則就要讓RC組合可以在RST腳上產(chǎn)生不少于2個(gè)機(jī)周期的高電平；復(fù)位輸入高電平有效，當(dāng)振蕩器工作是，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平，使單片機(jī)復(fù)位。此電路除具有上電復(fù)位功能外，若要復(fù)位只需按“RST”鍵，此電源Vcc經(jīng)電阻分壓，在RST端產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位高電平；晶振電路:典型的晶振取11.0592MHz(因?yàn)榭梢詼?zhǔn)確地得到9600波特率和19

46、200波特率,用于有串口通訊的場(chǎng)合)/12MHz(產(chǎn)生精確的方波便于12分頻,方便定時(shí)操作)；單片機(jī):一片AT89S51/52或其他51系列兼容單片機(jī)；注意:對(duì)于31腳(EA/Vpp),當(dāng)接高電平時(shí),單片機(jī)在復(fù)位后從部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行；當(dāng)接低電平時(shí),復(fù)位后直接從外部ROM的0000H開(kāi)始執(zhí)行；電源部分：接+5伏特的電壓。3.3 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元可以用微機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步

47、進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。   圖2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1、331單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口實(shí)用電路如圖3所示。在電機(jī)繞組回路中串有電阻Rs，使電機(jī)回路時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡(jiǎn)單單電壓驅(qū)動(dòng)線路中，Rs是不可缺少的。Rs對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單步響應(yīng)的改善如圖3(b)。   圖3 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口與單步響應(yīng)曲線    圖4 爽電壓功率驅(qū)動(dòng)接口3.3.2雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口雙電壓驅(qū)動(dòng)的功率接口如圖4所示。雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本思路是在較低（低頻段）用較低的

48、電壓UL驅(qū)動(dòng)，而在高速（高頻段）時(shí)用較高的電壓UH驅(qū)動(dòng)。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號(hào)，Uh為高壓有效控制信號(hào)，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。圖中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對(duì)繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對(duì)繞組供電。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。 33.3高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口 圖5高低壓功率驅(qū)動(dòng)借口高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口如圖5所示。高低壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，不論電機(jī)工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來(lái)提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過(guò)后，用低電壓UL來(lái)維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動(dòng)

49、器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，如圖5所示。圖中，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間tl不能太大，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過(guò)載；太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。一般可取13ms。（當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適）。3.3.4斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，設(shè)法使導(dǎo)通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時(shí)均保持固定數(shù)值。使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是目前使用較多、效果較好的一種功率接口。圖6是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個(gè)用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流

50、不大時(shí)，VT1和VT2同時(shí)受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過(guò)恒流給定的數(shù)值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機(jī)繞組具有較大電感，此時(shí)靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機(jī)靠消耗電感中的磁場(chǎng)能量產(chǎn)生出力。此時(shí)電流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)，電機(jī)繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖6所示。    圖6斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號(hào)。這種功率接口的特點(diǎn)是：高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。目

51、前已有相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。3.3.5升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口為了進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高頻響應(yīng)，可采用升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口。這種接口對(duì)繞組提供的電壓與電機(jī)的運(yùn)行頻率成線性關(guān)系。它的主回路實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，利用頻率-電壓變換器，將驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率轉(zhuǎn)換成直流電平，并用此電平去控制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸入，這就構(gòu)成了具有頻率反饋的功率驅(qū)動(dòng)接口。 33.6集成功率驅(qū)動(dòng)接口目前已有多種用于小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的集成功率驅(qū)動(dòng)接口電路可供選用。 L298芯片是一種H橋式驅(qū)動(dòng)器，它設(shè)計(jì)成接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。H橋可承受46V電壓，相電流高達(dá)2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級(jí)使用546V電壓，下橋發(fā)射極均單獨(dú)引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級(jí)