機(jī)電類畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)智能控制（led顯示）

1、XXXX大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)作 者:學(xué) 號(hào)：教學(xué)點(diǎn):專 業(yè):機(jī)電一體化工程題 目:基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)智能控制（LED顯示）指導(dǎo)者： 評(píng)閱者： 2011年 5 月XXXX 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)語學(xué)生姓名： 班級(jí)、學(xué)號(hào)： 題 目：基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)智能控制（LED顯示） 綜合成績： 指導(dǎo)者評(píng)語：該生在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間能夠嚴(yán)格完成設(shè)計(jì)要求，平時(shí)能夠通過查閱資料和積極提問解決設(shè)計(jì)中遇到的問題，具有一定的編程能力，熟悉硬件的一些性能，最后能夠做出設(shè)計(jì)的實(shí)物來，寫作規(guī)范、詳細(xì)，完成設(shè)計(jì)要求，該設(shè)計(jì)思路清晰、詳細(xì)、完整。同意提交答辯，建議成績?cè)u(píng)定為良。 指導(dǎo)者(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)

2、語評(píng)閱者評(píng)語：該生按設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，完成了基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)智能控制的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)和開發(fā)。論文選題貼合工程實(shí)踐，具有較大的應(yīng)用價(jià)值及一定的理論意義，所得成果對(duì)生產(chǎn)實(shí)際有一定的參考價(jià)值，有一定創(chuàng)新性，工作量適中，論文結(jié)構(gòu)較合理。但軟件設(shè)計(jì)還可以改進(jìn)，論文格式還需進(jìn)一步規(guī)范。論文達(dá)到本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求。可以提交答辯，建議成績?cè)u(píng)定為良好。 評(píng)閱者(簽字)： 年 月 日答辯委員會(huì)（小組）評(píng)語：該生答辯思路清晰，知識(shí)掌握較全面，口頭表達(dá)能力較好，回答問題正確率高，經(jīng)答辯委員會(huì)評(píng)議，一致通過，該生成績?yōu)榱肌?答辯委員會(huì)（小組）負(fù)責(zé)人(簽字)： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在機(jī)電

3、一體化系統(tǒng)中常用做開環(huán)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，是一種能將電脈沖輸入轉(zhuǎn)換為模擬輸出軸運(yùn)動(dòng)的理想數(shù)字控制元件。它具有結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低廉，工作可靠，維修容易等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此，在簡易數(shù)控系統(tǒng)，辦公自動(dòng)化設(shè)備等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用脈沖信號(hào)控制的，步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動(dòng)、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實(shí)現(xiàn)快速起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)，而且有自鎖的能力，不需要機(jī)械制動(dòng)裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運(yùn)行。它每轉(zhuǎn)過一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用

4、于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。本設(shè)計(jì)采用AT89C51 MCU作為控制芯片改進(jìn)了傳統(tǒng)時(shí)序方法,軟體通匯編語言編寫,硬件方面規(guī)劃由單片機(jī)應(yīng)用電路、三按鍵電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)碼管顯示電路組成，通過設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼管中顯示其轉(zhuǎn)速大小，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的智能化控制。關(guān)鍵詞 單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī) 脈沖信號(hào) LED顯示畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要Title Based on SCM step-motor intelligent control (LED display) AbstractStepping motors often used i

5、n mechatronics system of open loop motion control system, is a kind of driving motor can be input into analog output electrical pulses axis motion ideal digital control components. It is simple in structure, low prices, reliable work, maintenance easy and so on a series of advantages. So, in summary

6、 CNC system, office automation equipment etc widely application.Stepping motors is by using a pulse signal control, step distance Angle and speed size from voltage fluctuation and load change effects and also not affected by various environmental conditions such as temperature, pressure, vibration a

7、nd impact etc effects which only and pulse frequency is proportional to the discretion of by changing the pulse frequency can be big range adjusting motor speed, and can realize the fast starting, braking, inversion, and has the ability of the lock, dont need mechanical braking device, not through r

8、educer can also get low speed operation. It turned a week each step is fixed, as long as it doesnt throw step, angular displacement error does not exist long-term accumulated situation, mainly used in digital control system, high precision, reliable operation. If use position detection and speed clo

9、sed-loop control feedback, can also be achieved.The design USES AT89C51 MCU as control chip overlooked traditional time-series method, software through the assembly language, hardware planning MCU application circuit, by three buttons circuit, stepping motor drive circuit and digital tube display ci

10、rcuit composition, the motor speed through setting in digital tube display its speed size, so as to realize intelligent control of stepping motor.Keywords single-chip microcomputer control step motor the pulse signal the LED display目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc293572773 1 引言 PAGEREF _Toc293572

11、773 h 1 HYPERLINK l _Toc293572774 2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 PAGEREF _Toc293572774 h 2 HYPERLINK l _Toc293572775 2.1 方案概述 PAGEREF _Toc293572775 h 2 HYPERLINK l _Toc293572776 2.2 系統(tǒng)的功能 PAGEREF _Toc293572776 h 2 HYPERLINK l _Toc293572777 3 步進(jìn)電機(jī)智能控制的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572777 h 4 HYPERLINK l _Toc293572778 3.1 單片機(jī)的概述

12、PAGEREF _Toc293572778 h 4 HYPERLINK l _Toc293572779 3.1.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc293572779 h 5 HYPERLINK l _Toc293572780 單片機(jī)的選擇 PAGEREF _Toc293572780 h 6 HYPERLINK l _Toc293572781 3.1.3 AT89C51芯片介紹 PAGEREF _Toc293572781 h 6 HYPERLINK l _Toc293572782 3.1.4 單片機(jī)復(fù)位 PAGEREF _Toc293572782 h 10 HYPERLINK l _

13、Toc293572783 3.2 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)圖示 PAGEREF _Toc293572783 h 11 HYPERLINK l _Toc293572784 3.3 單片機(jī)電源部分的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572784 h 11 HYPERLINK l _Toc293572785 3.4 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用 PAGEREF _Toc293572785 h 12 HYPERLINK l _Toc293572786 3.4.1 步進(jìn)電機(jī)概述 PAGEREF _Toc293572786 h 12 HYPERLINK l _Toc293572787 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)工作原理 PAGER

14、EF _Toc293572787 h 13 HYPERLINK l _Toc293572788 3.4.3 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) PAGEREF _Toc293572788 h 14 HYPERLINK l _Toc293572789 3.4.4 步進(jìn)電機(jī)的指標(biāo)概述 PAGEREF _Toc293572789 h 14 HYPERLINK l _Toc293572790 3.5 步進(jìn)電機(jī)的軟件控制 PAGEREF _Toc293572790 h 16 HYPERLINK l _Toc293572791 3.5.1 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) PAGEREF _Toc293572791 h 16 HY

15、PERLINK l _Toc293572792 3.5.2 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制 PAGEREF _Toc293572792 h 16 HYPERLINK l _Toc293572793 3.5.3 應(yīng)用注意事項(xiàng) PAGEREF _Toc293572793 h 16 HYPERLINK l _Toc293572794 3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572794 h 17 HYPERLINK l _Toc293572795 3.7 按鍵電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572795 h 18 HYPERLINK l _Toc293572796 3.8 步進(jìn)電機(jī)

16、工作波形 PAGEREF _Toc293572796 h 18 HYPERLINK l _Toc293572797 3.9 數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572797 h 19 HYPERLINK l _Toc293572798 3.9.1 LED之內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性 PAGEREF _Toc293572798 h 19 HYPERLINK l _Toc293572799 3.9.2 LED顯示器原理 PAGEREF _Toc293572799 h 20 HYPERLINK l _Toc293572800 3.9.3 LED不良顯示分析 PAGEREF _Toc293572800

17、 h 20 HYPERLINK l _Toc293572801 3.9.4 LED顯示電路 PAGEREF _Toc293572801 h 21 HYPERLINK l _Toc293572802 4 步進(jìn)電機(jī)智能控制的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc293572802 h 23 HYPERLINK l _Toc293572803 4.1 程序框圖 PAGEREF _Toc293572803 h 23 HYPERLINK l _Toc293572804 4.1.1 主程序流程圖 PAGEREF _Toc293572804 h 23 HYPERLINK l _Toc293572805 中斷服務(wù)

18、程序流程圖 PAGEREF _Toc293572805 h 24 HYPERLINK l _Toc293572806 4.1.3 計(jì)算程序流程 PAGEREF _Toc293572806 h 24 HYPERLINK l _Toc293572807 4.2 程序源代碼 PAGEREF _Toc293572807 h 25 HYPERLINK l _Toc293572808 5 調(diào)試 PAGEREF _Toc293572808 h 33 HYPERLINK l _Toc293572809 5.1 軟件調(diào)試 PAGEREF _Toc293572809 h 33 HYPERLINK l _Toc29

19、3572810 5.2 硬件調(diào)試 PAGEREF _Toc293572810 h 34 HYPERLINK l _Toc293572811 結(jié)束語 PAGEREF _Toc293572811 h 35 HYPERLINK l _Toc293572812 致謝 PAGEREF _Toc293572812 h 36 HYPERLINK l _Toc293572813 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc293572813 h 37 HYPERLINK l _Toc293572814 附錄A protues設(shè)計(jì)仿真圖 PAGEREF _Toc293572814 h 38 HYPERLINK l _To

20、c293572815 附錄B protel設(shè)計(jì)原理圖 PAGEREF _Toc293572815 h 39 HYPERLINK l _Toc293572816 附錄C 元器件清單 PAGEREF _Toc293572816 h 40 HYPERLINK l _Toc293572817 附錄D 實(shí)物圖 PAGEREF _Toc293572817 h 411 引言隨著微電子和計(jì)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(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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

21、以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)的控制由時(shí)序邏輯門電路來控制，用此工作方式會(huì)使得工作的硬件電路變得異常的復(fù)雜，而且硬件電路一旦成形，就使得硬件電路更改變更非常復(fù)雜，給工作人員帶來很大的不變，形成時(shí)序邏輯電路的硬

22、件成本相對(duì)單片機(jī)的硬件成本來說是較高的，無論從哪一方面來說，時(shí)序邏輯電路都沒有優(yōu)勢.隨著大規(guī)模集成電路以及微處理技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)成為大部人群所要選的首選對(duì)象微處理器對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制是借助于軟件程序?qū)崿F(xiàn)的，其人機(jī)界面簡單易于控制,具有很好的靈活性和通用性。本設(shè)計(jì)涉及到單片機(jī)技術(shù)，軟件設(shè)計(jì)知識(shí)，Keil uVision3、protues7.5、protel等軟件應(yīng)用能力，對(duì)于學(xué)生的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力、編程能力、軟件使用能力的培養(yǎng)具有重要意義。2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案 方案概述步進(jìn)電機(jī)的控制可以由時(shí)序邏輯門電路來控制，但用此工作方式會(huì)使得工作的硬件電路變得異常的復(fù)雜，而且硬件電路一旦成形，就使得硬件電

23、路更改變更非常復(fù)雜，給工作人員帶來很大的不變，形成時(shí)序邏輯電路的硬件成本相對(duì)單片機(jī)的硬件成本來說是較高的，無論從哪一方面來說，時(shí)序邏輯電路都沒有優(yōu)勢。傳統(tǒng)方法上是采用時(shí)序電路的方法來對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制的,其工作的硬件電路異常的復(fù)雜，而且硬件電路一旦成形，就使得硬件電路更改變更非常難。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)無論是從價(jià)格還是從工作的可靠信方面來說，單片機(jī)都成為大部人群所要選的首選對(duì)象。隨著單片機(jī)的功能也在日益的壯大。單片機(jī)的應(yīng)用也越來越廣泛，單片機(jī)正在逐漸走進(jìn)人們的生活，并讓人們的生活逐漸走向智能化。本設(shè)計(jì)采用AT89C51 MCU作為控制芯片改進(jìn)了傳統(tǒng)時(shí)序方法,軟體通過匯編語言編寫,硬

24、件方面規(guī)劃由單片機(jī)應(yīng)用電路、三按鍵電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及數(shù)碼管顯示電路組成，通過設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速并在數(shù)碼管中顯示其轉(zhuǎn)速大小，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的智能化控制。本設(shè)計(jì)采用protel繪制原理圖，將基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)智能控制（LED顯示）工作的原理圖畫出來，通過protues進(jìn)行仿真，protues能夠很好反應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的工作情況，通過Keil uVision3對(duì)程序進(jìn)行編譯，看程序是否正確。 系統(tǒng)的功能 2.21 預(yù)計(jì)達(dá)到的要求 （1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串行輸入/并行輸出； （2）系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)正、反轉(zhuǎn)，個(gè)位速度的加速，十位速度的加速； （3）能夠通過LED顯示各種功能； 預(yù)計(jì)關(guān)鍵的技術(shù) （1）單片機(jī)的選擇與擴(kuò)

25、展； （2）步進(jìn)電機(jī)在系統(tǒng)中的接法； （3）數(shù)據(jù)組織的傳入并出的程序和硬件電路實(shí)現(xiàn)；3 步進(jìn)電機(jī)智能控制的硬件設(shè)計(jì)3.1 單片機(jī)的概述單片微型計(jì)算機(jī)(Single Chip Microcomputer)簡稱單片機(jī)。它把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器CPU、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、可編程存儲(chǔ)器EPROM、并行及串行輸入輸出I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器、等部件集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，組成微型機(jī)算計(jì)的各功能部件：中央處理器、儲(chǔ)存器、串/并輸入輸出接口、定是器/計(jì)數(shù)器、中斷控制器，以及許多特殊功能單元，如：A/D

26、、D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA、浮點(diǎn)運(yùn)算等已集成在一塊半導(dǎo)體晶體芯片上，構(gòu)成一個(gè)完整的微型機(jī)算計(jì)單片機(jī)。由于它具有功能強(qiáng)、體積小、功耗低、價(jià)格便宜、工作可靠、所以方便等特點(diǎn)，因此特別適合于工業(yè)控制有關(guān)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，愈來愈廣泛地應(yīng)用于自動(dòng)控制、智能化儀器、儀表、數(shù)據(jù)采集、軍工產(chǎn)品以及家用電器等各個(gè)領(lǐng)域。由于其結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特點(diǎn)，不同于通用的微型計(jì)算機(jī)，因此，了解單片機(jī)的原理及應(yīng)用是非常必要的。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器、存儲(chǔ)器、串/并行輸入/輸出接口，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器/中斷控制器，以及計(jì)多特殊功能單元，如A/D、D/A轉(zhuǎn)換器、高速輸入輸出部件、DMA、

27、浮點(diǎn)運(yùn)算等已集成在一塊半導(dǎo)體晶體芯片上，構(gòu)成一完整的微型計(jì)算機(jī)單片機(jī)。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長，但發(fā)展十分迅猛。它的產(chǎn)生與發(fā)展和微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體同步，自1971年美國Intel公司首先推出4位微處理器以來，它的發(fā)展到目前為止大致可分為5個(gè)階段：第1階段(19711976)：單片機(jī)發(fā)展的初級(jí)階段。第2階段(19761980)：低性能單片機(jī)階段。第3階段(19801983)：高性能單片機(jī)階段。第4階段(19831990)：超高性能單片機(jī)階段。第5階段(90年代)： 單片機(jī)在集成度、功能、速度、可靠性、應(yīng)用領(lǐng)域等全方位向更高水平發(fā)展。如：CPU的位數(shù)有8位、16位、32位，而結(jié)構(gòu)上更進(jìn)一步采用

28、雙CPU結(jié)構(gòu)或內(nèi)部流水線結(jié)構(gòu)，以及提高處理能力和運(yùn)算速度；時(shí)鐘頻率高達(dá)20MHz，使指令執(zhí)行速度相對(duì)加快；提供新型的串行總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴(kuò)展與配置打下良好的基礎(chǔ)；增加新的特殊功能部件(如：PWM輸出、監(jiān)視定時(shí)器WDT、可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA、DMA傳輸，調(diào)制解調(diào)器、通信控制器、浮點(diǎn)運(yùn)算單元等)；半導(dǎo)體制造工藝的不斷改進(jìn)，失芯片高集成化、低功耗發(fā)展等等。以上這些方面的發(fā)展，使單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，高級(jí)通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、復(fù)雜工業(yè)過程控制，高級(jí)機(jī)器人以及局域網(wǎng)絡(luò)方面得到大量應(yīng)用。 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析MCS-51系列單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖3.1）并按其功能部件劃分可以看出，MCS-51系

29、列單片機(jī)時(shí)由8大部分組成的。這8大部分是：（1）一個(gè)8位中央處理器CPU。它由運(yùn)算部件、控制部件組成，其中包括振蕩電路和時(shí)鐘電路，其主要完成單片機(jī)的運(yùn)算和控制功能。它是單片機(jī)的核心部件，決定了單片機(jī)的主要功能特性。（2）128個(gè)字節(jié)(MCS-52子系列為256字節(jié))的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM。其片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的尋址范圍為64KB，用于存放可讀寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果或最終結(jié)果等等。（3）4KB(MCS-52子系列為8KB)的片內(nèi)程序只讀存儲(chǔ)器ROM或EPROM(8031和8032無)。其片外可尋址范圍為64KB，主要用于存放已編制的程序，也可用于存放一些原始數(shù)據(jù)和表格。（4）18個(gè)(MCS-52

30、子系列為21個(gè))特殊功能寄存器SFR。它用于控制和管理片內(nèi)算術(shù)邏輯部件、并行I/O口、串行I/O口、定時(shí)器/記數(shù)器、中斷系統(tǒng)等功能模塊工作。（5）4個(gè)8位并行輸入輸出接口I/O接口：P0口、P1口、P2口、P3口(共32線)，用于并行輸入輸出數(shù)據(jù)。（6）1個(gè)串行I/O接口。它可以時(shí)數(shù)據(jù)1位1位串行地在計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳送，可用軟件設(shè)置為4種工作方式，用于多處理機(jī)通訊、I/O擴(kuò)展或全雙工通用異步接收器(UART)。（7）2個(gè)(MCS-52子系列為3個(gè))16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。它可以設(shè)置為記數(shù)方式對(duì)外部事件進(jìn)行記數(shù)，也可以設(shè)置為定時(shí)方式進(jìn)行計(jì)時(shí)。記數(shù)或定時(shí)的范圍由軟件來設(shè)定，一旦記數(shù)或定時(shí)范圍到則向

31、CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU根據(jù)記數(shù)或定時(shí)的結(jié)果對(duì)計(jì)算機(jī)或外設(shè)進(jìn)行控制。（8）1個(gè)具有5個(gè)(MCS-52子系列為6個(gè)或7個(gè))中斷源，可編程為2個(gè)優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)。它可以接受外部中斷請(qǐng)求、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷申請(qǐng)和串行口中斷申請(qǐng)。常用于適時(shí)實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間傳送數(shù)據(jù)及人-機(jī)對(duì)話等。 圖3.1 單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的選擇單片機(jī)采用89C51或其兼容系列的芯片進(jìn)行控制，它負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路以及相應(yīng)的程序的運(yùn)行、以及給屏體電路部分發(fā)送命令。在本設(shè)計(jì)中我們選擇了內(nèi)含4K字節(jié)Flash的AT89C51，因?yàn)槲覀冎恍枰@示特定的圖形和文字，無需龐大的字庫，因此4K Flash已經(jīng)可以滿

32、足字庫儲(chǔ)存的需求，不需要擴(kuò)展外存儲(chǔ)器。3.1.3 AT89C51芯片介紹AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的8位Flash ROM單片機(jī)。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是片內(nèi)ROM為Flash ROM，可擦寫1000次以上，應(yīng)用并不復(fù)雜的通用ROM寫入器就能方便的擦寫，讀取也很方便，價(jià)格低廉，具有在片程序ROM二級(jí)保密系統(tǒng)。因此可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C51包含以下一些功能部件：（1）一個(gè)8位CPU ；（2）一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路；（3）4KB Flash ROM ；（4）128B 內(nèi)RAM；（5）可尋址64KB的外ROM和外RAM控制電路；（6）兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；（7）21個(gè)特殊功能寄

33、存器 ；（8）4個(gè)8位并行I/O口；（9）一個(gè)可編程全雙工串行口 ；（10）5個(gè)中斷源，可設(shè)置成2個(gè)優(yōu)先級(jí)。AT89C51單片機(jī)一般采用雙列直插DIP封裝，共40個(gè)引腳，圖為其引腳排列圖。40個(gè)引腳大致可分為4類：電源、時(shí)鐘、控制各I/O引腳。圖3.2 AT89C51引腳排列圖（一）電源Vcc芯片電源，接+5V；GND接地端。（二）時(shí)鐘XTAL1、XTAL2晶體振蕩電路反相輸入端和輸出端。（三）控制線控制線共有4根，其中3根是復(fù)用線。所謂復(fù)用線是指具有兩種功能，正常使用時(shí)是一種功能，在某種條件下是另一種功能。（1）ALE/地址鎖存允許/片內(nèi)EPROM編程脈沖。1）ALE功能：用來鎖存P0口送出

34、的低八位地址。AT89C51在并行擴(kuò)展外存儲(chǔ)器時(shí)，P0口用于分時(shí)傳送低8位地址和數(shù)據(jù)信號(hào)，且均為二進(jìn)制數(shù)。當(dāng)ALE信號(hào)有效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號(hào)；ALE信號(hào)無效時(shí)，P0口傳送的是低8位地址信號(hào)。在ALE信號(hào)的下降沿，鎖定P0口傳送的內(nèi)容，即低8位地址信號(hào)。需要指出的是，當(dāng)CPU不執(zhí)行訪問外RAM指令，ALE以時(shí)鐘振蕩頻率1/6的固定頻率輸出，因此ALE信號(hào)也可作為外部芯片CLK時(shí)鐘或其他需要。但是，當(dāng)CPU執(zhí)行MOVX指令時(shí)，ALE將跳過一個(gè)ALE脈沖。2）功能：片內(nèi)EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳輸入編程脈沖。（2） 外ROM讀選通信號(hào)。89C51讀外ROM時(shí)，每個(gè)機(jī)

35、器周期內(nèi)兩次有效輸出?？勺鳛橥釸OM芯片輸出允許的選通信號(hào)。在讀內(nèi)ROM或讀外RAM時(shí)，無效。（3）RST/VPD復(fù)位/備用電源。1）正常工作時(shí)，RST端為復(fù)位信號(hào)輸入端，只要在該引腳上連續(xù)保持兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平，AT89C51芯片即實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，復(fù)位后一切從頭開始，CPU從0000H開始執(zhí)行指令。2）VPD功能：在VCC掉電情況下，該引腳可接上備用電源，由VPD向片內(nèi)RAM供電，以保持片內(nèi)RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（4）/VPP內(nèi)外ROM選擇/片內(nèi)EPROM編程電源。1）功能：正常工作時(shí)，為內(nèi)外ROM選擇端。AT89C51單片機(jī)ROM尋址范圍為64KB，其中4KB在片內(nèi)，60KB在片外。當(dāng)保

36、持高電平時(shí)，先訪問內(nèi)ROM，但當(dāng)PC值超過4KB時(shí)，將自動(dòng)轉(zhuǎn)向執(zhí)行外ROM中的程序。當(dāng)保持低電平時(shí)，則只訪問外ROM，不管芯片內(nèi)有否內(nèi)ROM。2）VPP功能：片內(nèi)有EPROM的芯片，在EPROM編程期間，此引腳用于施加編程電源。（四）I/O引腳AT89C51有P0、P1、P2、P3 4個(gè)8位并行I/O端口，共32個(gè)引腳。P0口是一組8位漏級(jí)開路型雙向I/O口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能以吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫1時(shí)，又可作高阻抗輸入端用。在訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，它是分時(shí)多路轉(zhuǎn)換的地址（低8位）/數(shù)據(jù)總線，在訪問期間激活了內(nèi)部的上拉電阻。在Fl

37、ash編程時(shí)，P0端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證時(shí)，要求外接上拉電阻。P1 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P1口寫入1時(shí)P1口被內(nèi)部上拉為高電平，可用作輸入口。當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部信號(hào)拉低的P1口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出一個(gè)電流。Flash編程和程序校驗(yàn)期間，P1接收低8位地址。P2 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P2口寫入1時(shí)P2口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P2口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(例如執(zhí)行MOVX DPTR指令)時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)，當(dāng)使用8位尋址方式(MOVXR

38、I)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口發(fā)送P2特殊功能寄存器的內(nèi)容，在整個(gè)訪問期間不改變。Flash編程和程序校驗(yàn)時(shí)，P2也接收高位地址和一些控制信號(hào)。P3 口是帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，向P3口寫入1時(shí)P3口被內(nèi)部上拉為高電平可用作輸入口，當(dāng)作為輸入腳時(shí)被外部拉低的P3口會(huì)因?yàn)閮?nèi)部上拉而輸出電流。P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的是它的第二功能，如表31所示：表3.1 P3各端口第二功能3.1.4 單片機(jī)復(fù)位復(fù)位的實(shí)現(xiàn)通常用2種方式(如圖3.3): (1) 開機(jī)上電復(fù)位(2) 外部手動(dòng)復(fù)位圖3.3 單片機(jī)復(fù)位圖本設(shè)計(jì)采用的是外部手動(dòng)復(fù)位（如圖3.4）：圖3.4 外部手動(dòng)復(fù)位電路圖 單片

39、機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)圖示圖3.5 單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)原理圖說明: （如圖3.5）該最小系統(tǒng)由按鍵復(fù)位RESET電路、晶體振蕩電路以及I/O接口電路組成。 功能鍵由S2、S3、S4和三個(gè)上拉電阻組成。S2是開關(guān)鍵，控制電機(jī)的開、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。S3是上升鍵，按下以后電機(jī)的個(gè)位速度的加快。S4是上升鍵，按下以后電機(jī)的十位速度將加快。3.3 單片機(jī)電源部分的設(shè)計(jì)根據(jù)要求所確定的穩(wěn)壓電源的電路形式（如圖所示）。圖中變壓器T將來自電網(wǎng)的220V交流電壓變換為整流電路所需要的7.5V交流電壓，再經(jīng)整流電橋（4個(gè)二極管）D1將交流電壓變換成脈動(dòng)的直流電壓，隨后電解電容器C4將脈動(dòng)直流電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到

40、較為平滑的直流電壓。為了得到改善的紋波電壓，再將直流電壓通過電容C5，然后經(jīng)集成穩(wěn)壓器7805穩(wěn)壓，在輸出端得到穩(wěn)定的5V直流電壓。這時(shí)，在輸出端接上電容C7，用以濾除輸出端的高頻信號(hào)，改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，最后即可得到所需的、穩(wěn)定的直流電壓。電路最后接入的發(fā)光二極管用做電源指示燈。圖3.6 單片機(jī)電源原理圖3.4 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用 步進(jìn)電機(jī)概述目前步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需高定位精度、高分解能以及高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。從生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡。尤其在重視速度和位置控制，需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場合中，步進(jìn)電機(jī)用得最多。步

41、進(jìn)電機(jī)已經(jīng)滲透入我們生活的方方面面，下面介紹了一些重要的步進(jìn)電機(jī)相關(guān)技術(shù)，為開發(fā)人員基本了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理提供了足夠的信息，同時(shí)也介紹了用微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器控制步進(jìn)電機(jī)的方法。 步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器，它利用電磁學(xué)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，人們?cè)缭?0世紀(jì)20年代就開始使用這種電機(jī)。隨著嵌入式系統(tǒng)(例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、震動(dòng)尋呼機(jī)、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等)的日益流行，步進(jìn)電機(jī)的使用也開始暴增。不論在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、汽車還是娛樂業(yè)中，只要需要把某件物體從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，步進(jìn)電機(jī)就一定能派上用場。步進(jìn)電機(jī)有許多種形狀和尺寸，但不論形狀和尺寸如何，它們都可以歸為兩類：可變

42、磁阻步進(jìn)電機(jī)和永磁步進(jìn)電機(jī)。本文重點(diǎn)討論更為簡單也更常用的永磁步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件-定子齒槽上的線圈驅(qū)動(dòng)的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機(jī)中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。如果線圈中電流的流向，并且我們從電機(jī)頂部向下看齒槽的頂部，那么電流在繞兩個(gè)齒槽按逆時(shí)針流向流動(dòng)。根據(jù)安培定律和右手準(zhǔn)則，這樣的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)北極向上的磁場。步進(jìn)電機(jī)具有力矩慣性比高，步進(jìn)頻率高，頻率響應(yīng)快，可以雙向轉(zhuǎn)動(dòng)等特點(diǎn)，常被用作伺服系統(tǒng)的執(zhí)行元件.由于步進(jìn)電機(jī)的步距角較大，且存在低頻共振、高速運(yùn)行精度差、易失步等缺陷，往往滿足不了某些高精密定位的要求，從而限制了

43、它的應(yīng)用因此，下文提出了基于AT89C51單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案，該方案不僅使步距角減小，且使低頻振蕩大幅減小，在很大程度上提高了控制精度。 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作原理是建立在被勵(lì)磁的定子電磁鐵吸引可旋移的銜鐵產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而旋轉(zhuǎn)，即靠磁鐵引力作用把電磁能轉(zhuǎn)變成機(jī)械角位移。脈沖的個(gè)數(shù)決定了轉(zhuǎn)角的大小，而脈沖的頻率決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以，步進(jìn)電機(jī)相當(dāng)于一個(gè)將電脈信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移的機(jī)電式數(shù)模轉(zhuǎn)換。它的工作過程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無磁通。為使磁通路徑最短，在磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的

44、一對(duì)齒與被激勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。在圖中A相是被激勵(lì),轉(zhuǎn)子大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。從這個(gè)位置再對(duì)B相進(jìn)行激勵(lì)，如圖(b)，轉(zhuǎn)子向反時(shí)針轉(zhuǎn)過15。若是D相被激勵(lì)，如圖(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過15。下一步是C相被激勵(lì)。因?yàn)镃相有兩種可能性：ABCD或ADCB。一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15。電機(jī)步長(步距角)是步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，不同的應(yīng)用場合，對(duì)步長大小的要求不同。在實(shí)際應(yīng)用中，最流行的還是混和型的步進(jìn)電機(jī)。但工作原理與下圖所示的可變磁阻型同步電機(jī)相同。但結(jié)構(gòu)上稍有不同。例如它的轉(zhuǎn)子嵌有永磁鐵。激勵(lì)磁通平行于X軸。一般來說，這類電機(jī)具有四相繞組，有

45、八個(gè)獨(dú)立的引線終端，或者接成兩個(gè)三端形式每相用雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)，并且連接的極性要正確。步進(jìn)電機(jī)分三相，四相和六相，同一步進(jìn)電機(jī)有多種控制方式，以三相步進(jìn)電機(jī)為例，有以下幾種基本的控制方式:(1)單三拍控制方式：即A，B，C三個(gè)繞組以A_B_C的順序通電。(2)六拍控制方式：通電順序?yàn)锳ABB一BCCCA。(3)雙三拍通電方式：通電順序?yàn)锳BBC一CA。 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)主要是通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的相電流進(jìn)行階梯化控制(圖給出三相電機(jī)四細(xì)分時(shí)的各相電流狀態(tài))，使電機(jī)以足夠小的單位步距角運(yùn)行，從而減小步長和低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)行分辨率通過對(duì)相電流的均勻細(xì)分就能使步距角均勻n細(xì)分，這是在

46、相電流與步距角之間為線性關(guān)系的前提下才能成立的而實(shí)際上，由于步進(jìn)電機(jī)磁化曲線本身的非線性和磁滯現(xiàn)象等因素的影響，等分相電流并不能等分步距角，而必須根據(jù)步距角和相電流的關(guān)系曲線，對(duì)各相電流加以控制和修正，才能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的均勻細(xì)分另一方面合成磁場的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小因此本文提出了一種恒流均勻細(xì)分控制的方法，它的基本思想是：維持步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場的幅值恒定，合成磁場的方向均勻變化對(duì)于那種完全用硬件來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)細(xì)分的驅(qū)動(dòng)電路，要進(jìn)行恒力矩均勻細(xì)分控制是相當(dāng)困難的，但是對(duì)于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)這種控制就容易得

47、多了，它通過軟件可以方便地計(jì)算出各相的電流值，并進(jìn)行適當(dāng)修正，以相應(yīng)的數(shù)字量存儲(chǔ)于E2PROM 的不同區(qū)域，采用軟件查表法輸出細(xì)分電流的控制信號(hào)。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)后，解決了步進(jìn)電機(jī)低頻振蕩、高頻出力不足的問題，電機(jī)運(yùn)行性能大大提高，是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一種較好選擇。3.4.4 步進(jìn)電機(jī)的指標(biāo)概述 (一)步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo):(1)相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。 (2)拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-D

48、A-A。 (3)步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 (4)定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。 (5)靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣

49、隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。(二)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：(1)步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。 (2)失步: 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。(3)失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。(4)最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。(5)最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在

50、某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。(6)運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。(7)電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)

51、電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。(8)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA或()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB為反轉(zhuǎn)。3.5 步進(jìn)電機(jī)的軟件控制 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn),只需將索引值的增量變?yōu)樨?fù)值即可,這樣實(shí)現(xiàn)的反轉(zhuǎn)不但簡單產(chǎn)生的電流沖擊和機(jī)械振動(dòng)也較小。 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制為提高控制系統(tǒng)的性能，即提高運(yùn)行速度，并使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步和不過沖，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用變速控制,即啟動(dòng)頻率低,中間頻率高,控制到位再減速的方法。步進(jìn)電機(jī)通常按照一定

52、的加減速曲線來運(yùn)行，常見的加減速曲線有：梯形曲線、S形曲線和指數(shù)曲線等。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系接近指數(shù)規(guī)律，所以采用指數(shù)加減速曲線是最好的選擇。但在編制程序時(shí)要用離散法將非線性加減速曲線離散化(見圖3.7)。并將離散所得的轉(zhuǎn)速序列所對(duì)應(yīng)的定時(shí)常數(shù)序列存儲(chǔ)在程序存儲(chǔ)器中。 圖3.7 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制原理圖3.5.3 應(yīng)用注意事項(xiàng)（1）步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。 （2)步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。 （

53、3）由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過要考慮溫升。 （4）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。 （5）電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。 （6）高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)

54、廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 （7）電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 （8）電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。（9）應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。 3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)圖3.8 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖說明: （如圖3.8）驅(qū)動(dòng)電路由四個(gè)PNP型三極管(9012)Q1Q4，續(xù)流二極管D1D4組成。采用四個(gè)線圈ABCD表示步進(jìn)電機(jī)的四相繞組，用續(xù)流二極管保護(hù)四個(gè)驅(qū)動(dòng)三極管避免在三極管截止的瞬間，步進(jìn)電機(jī)的繞組上會(huì)產(chǎn)生瞬間的高壓反電勢，此電勢能將三極管擊穿。四個(gè) PNP的基極連接到單片機(jī)的P0口分別由軟體控

55、制。3.7 按鍵電路設(shè)計(jì)圖按鍵電路原理圖說明: （如圖3.9） 功能鍵由S2、S3、S4和三個(gè)上拉電阻組成。S2是開關(guān)鍵，控制電機(jī)的開啟、正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。S3是上升鍵，按下以后電機(jī)的個(gè)位速度的加快。S4是上升鍵，按下以后電機(jī)的十位速度加快。由原理圖可知，只要不讓“灌”到每個(gè)引腳電流不要超出單片機(jī)所能承受的范圍就可以了，該電阻應(yīng)盡量選的大一點(diǎn)（沒有該電阻電路也能正常工作）本次設(shè)計(jì)忽略。3.8 步進(jìn)電機(jī)工作波形由步進(jìn)電機(jī)的工作原理可知，步進(jìn)的工作只需單片機(jī)輸出（如圖3.10）所示波形，這就需要占用單片機(jī)的四個(gè)輸出端口，由于單片機(jī)的輸出電流有限并不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這就需要四個(gè)驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，只要

56、按以上步驟所說接好電路就可以使步進(jìn)電機(jī)工作。但一般我們都不用此工作方式，所以我在設(shè)計(jì)是并沒有優(yōu)先考慮使用此工作方式，步進(jìn)電機(jī)除以上工作方式外還有第二工作方式，其工作方式使用的波形如圖所示，但此兩種工作方式都存在一定的缺陷，就是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)完成一個(gè)角度動(dòng)作以后，并沒有給步進(jìn)停止提供電源，而是給此相繞組繼續(xù)供電，形成加電自鎖，而我們所做的步進(jìn)電機(jī)并步需要此功能，需要值得注意的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)這樣供電容易使步進(jìn)電機(jī)發(fā)熱，所以我選擇的工作方式如圖所示。圖3.9 數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì) LED之內(nèi)部結(jié)構(gòu)及特性（1）LED顯示器上一個(gè)數(shù)字稱為一個(gè)字符(用D表示)，每一個(gè)字符由a,b,c,d,e,f,g七個(gè)字劃組成(每

57、一個(gè)字劃由一至二個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成)。（2）LED顯示器又分為共陰顯示器(代號(hào)DC)和共陽顯示器(代號(hào)DA)。若是共陰顯示器，它每一個(gè)字符之七個(gè)發(fā)光二極管負(fù)值連在一起引出一個(gè)公共腳，幾個(gè)字符之同一個(gè)字劃的二極管陽極連在一起引出一個(gè)字劃腳，則為共陰顯示器，反之則為共陽：三個(gè)字符共引出10個(gè)腳，若有一個(gè)小數(shù)點(diǎn)(以P表示)則為11個(gè)腳，以此類推，一般地，P表示小數(shù)點(diǎn)，二極管之公共腳是在第二字符上。（3）調(diào)試方法：假設(shè)有一顯示器腳位如圖FIG 2，而妳不知道哪一個(gè)腳是a字劃，也不知道是共陰還是共陽，妳可以這樣來測(用指針式萬用表測)：先用黑表筆(測試棒)對(duì)準(zhǔn)第一腳不動(dòng)，紅表筆依次掃過其它腳，若其中有三個(gè)

58、腳可顯示三個(gè)字符之a(chǎn)字劃，說明第一腳為a字劃腳，所對(duì)準(zhǔn)的那三個(gè)腳即為字符腳，也可以說明此顯示器是共陰顯示器再將紅表筆對(duì)準(zhǔn)某個(gè)字符腳，黑表筆依次掃過其它腳即可找出其它字劃腳反之，若第一步測試時(shí)都不亮，再將紅表筆掉換過來對(duì)準(zhǔn)第一腳，其它測試步驟同上(數(shù)字萬用表極性相反)。 LED顯示器原理LED分共陽和共陰兩種共陽指將各發(fā)光二極管的陽極連在一起共陰反之即將發(fā)光二極管的陰極連在一起通常將控制發(fā)光二極管的8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極和共陰極的段選碼互為補(bǔ)碼見表3.2。（本設(shè)計(jì)采用共陽極）表3.2 LED段碼表 LED不良顯示分析（1） 斷字劃：如果只斷某一個(gè)字符的一個(gè)字劃，很可能該字劃的腳與其它字符

59、腳短路(顯示器外)，否則就是顯示器不良(如該字劃之二極管燒壞，假焊或顯示器內(nèi)線路有短路等)若斷幾個(gè)字劃且不是同一字劃，則只有可能是顯示器本身不良。如果幾個(gè)字符同時(shí)斷同一個(gè)字劃，則有可能是和該字劃間相連之線路斷開(包括顯示器之線路)，再者IC不良。（2）多字劃：如多出資劃，則有可能是該字劃腳與其它字劃腳短路(含顯示器內(nèi)短路)。如多字符，則有可能是不同字符之公共點(diǎn)短路(含顯示器內(nèi)短路)。（3）亮度不均：分為某一字劃亮度不均或某幾個(gè)字劃(不同的)亮度不均，此現(xiàn)象不良判定同（1）。另一種是幾個(gè)字符同一字劃較亮或較暗，此有可能是該字劃同電源正(負(fù))極短路(分共陰或共陽而論)，否則為IC不良，或此字劃(二

60、極管)之限流電阻誤配。 LED顯示電路圖1 LED顯示電路數(shù)碼顯示部分由七段數(shù)碼顯示器和七個(gè)限流電阻組成。由于單片機(jī)的輸出電流不能直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器，為了節(jié)約成本所以我們采用灌電流的方式，但需要注意的是，輸出的七段碼必須取反以后才能送入P1口。說明: （1）發(fā)光二極管的接法有兩種基本形式:靜態(tài)掃描和動(dòng)態(tài)掃描。 （2）所謂靜態(tài)掃描是指將數(shù)碼管的字符引腳(SEGMENT),分別接單片機(jī)的I/O腳此接法適合LED較少的情況。（3）所謂動(dòng)態(tài)掃描是指將多個(gè)數(shù)碼管的SEGMENT連在一起,將各自對(duì)應(yīng)的公共端接到單片機(jī)的口上,通過動(dòng)態(tài)掃描的方法依次點(diǎn)亮各個(gè)LED。 （4）由于單片機(jī)的輸出電流并不能直接驅(qū)動(dòng)發(fā)