【技術(shù)教程】單片機(jī)原理及應(yīng)用第9章 單片機(jī)系統(tǒng)的工程設(shè)計

1、*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組第9章 單片機(jī)系統(tǒng)的工程設(shè)計單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計要求及設(shè)計方法 單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng)實例 單片機(jī)控制的紙機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)實例 步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用實例 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組本章主要內(nèi)容 9.1 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概述 9.2 單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng) 9.3 單片機(jī)控制的紙機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng) 9.4 步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用實例*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.1.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成 1.典型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)9.1 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計概述*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組單片機(jī)擴(kuò)展系統(tǒng)、常用輸入/輸出設(shè)備、輸入通道和輸出通道、通信接口9.1.1 單

2、片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.1.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成 2.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成形式專用型單片機(jī)系統(tǒng) :系統(tǒng)中所有的硬件根據(jù)具體的應(yīng)用要求完全選配，選擇最適用的微處理器，合理配置存儲器和接口電路，系統(tǒng)軟件完全按具體應(yīng)用要求設(shè)計，組成專用軟、硬件系統(tǒng)，具有最實用的配置。單片單板機(jī)系統(tǒng) :典型的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)配置在一塊印制電路板上，目前國內(nèi)有許多由8051單片機(jī)組成的單片單板機(jī)，它們自帶監(jiān)控程序，采用十六進(jìn)制小鍵盤，具有自開發(fā)和二次開發(fā)能力。 模塊化系統(tǒng) ：單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的系統(tǒng)擴(kuò)展和通道配置電路具有典型性，有些計算機(jī)生產(chǎn)廠家將不同的典型配置劃分成功能模塊，并按某種總線標(biāo)

3、準(zhǔn)制成用戶系列模板，如CPU模板、存儲器模板及各種I/O接口模板等。用戶可根據(jù)具體需要選擇適當(dāng)?shù)哪K，組成應(yīng)用系統(tǒng)。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.1.2 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計要求 可靠性要高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是實時控制系統(tǒng)，最重要的一個根本要求是要有很高的可靠性。因為一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將造成生產(chǎn)過程混亂，指揮或監(jiān)視系統(tǒng)失靈，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。 系統(tǒng)自診斷功能在總體設(shè)計時應(yīng)考慮系統(tǒng)的故障自動檢測和處理功能 。 操作維修方便系統(tǒng)的控制開關(guān)不有太多，不能太復(fù)雜，越少越好，操作順序應(yīng)簡單明了，參數(shù)的輸入/輸出應(yīng)采用十進(jìn)制表示。結(jié)構(gòu)要標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。 性價比要高硬件軟化是提高系統(tǒng)性能價格比的實用方法

4、。在進(jìn)行總體設(shè)計時，應(yīng)盡可能減少硬件本錢，能用軟件實現(xiàn)的功能盡量用軟件實現(xiàn)，以求得最高的性能價格比 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.1.3 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計方法 了解測控對象的結(jié)構(gòu)、性能、特點和測控要求，深入認(rèn)真地進(jìn)行目標(biāo)分析，根據(jù)應(yīng)用場合、工作環(huán)境、具體用途，考慮系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性、先進(jìn)性，以及本錢等，提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo)，以便設(shè)計出合理、實用的應(yīng)用系統(tǒng)。 選擇機(jī)型：單片機(jī)是應(yīng)用系統(tǒng)的心臟，選擇得是否適宜，對系統(tǒng)性能好壞、結(jié)構(gòu)繁簡，設(shè)計難易及本錢上下都有直接影響。選擇元器件：主要考慮精度、速度、容量和可靠性等技術(shù)指標(biāo)，并且還要考慮貨源和本錢。硬件與軟件的功能劃分：單

5、片機(jī)系統(tǒng)硬件、軟件設(shè)計的關(guān)系很緊密，具有一定的互換性。 1單片機(jī)電路設(shè)計：主要完成時鐘電路、復(fù)位電路、供電電路、I/O電路的設(shè)計；2擴(kuò)展電路設(shè)計：主要完成程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路的設(shè)計；3輸入/輸出通道設(shè)計：主要完成檢測傳感器電路、放大電路、多路開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、開關(guān)量接口電路、驅(qū)動及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計；4控制面板的設(shè)計：主要完成按鍵、開關(guān)、顯示器、報警等電路的設(shè)計。 硬件設(shè)計遵循以下原那么：1相關(guān)元件性能應(yīng)匹配，片外ROM、RAM、接口芯片應(yīng)盡可能選大容量，以減少芯片數(shù)量，使譯碼電路簡單。2盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，符合常規(guī)用法，提高設(shè)計成功率和靈活性。

6、 3應(yīng)滿足對硬件配置的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開發(fā)。4工藝設(shè)計時要考慮安裝、調(diào)試、維修的方便。合理的軟件設(shè)計是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的根底，軟件能使CPU有條不紊地對各個相對獨(dú)立的任務(wù)進(jìn)行處理。軟件通常應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集和處理程序、控制算法實現(xiàn)程序、人機(jī)聯(lián)系程序、數(shù)據(jù)管理程序。軟件設(shè)計通常采用模塊化程序設(shè)計和自頂向下的程序設(shè)計方法 系統(tǒng)的仿真調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試,而且兩者是密不可分的 。設(shè)計好的硬件電路和軟件程序，只有經(jīng)過聯(lián)合調(diào)試，才能驗證其正確性；才能發(fā)現(xiàn)問題并加以解決、完善，驗證其是否到達(dá)設(shè)計任務(wù)的要求，最終開發(fā)成實用產(chǎn)品。硬件調(diào)試分單元電路調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試，單元電路調(diào)試在硬件電路設(shè)

7、計時已經(jīng)進(jìn)行，這里的調(diào)試只是試驗電路是否正確，并排除一些加工工藝性錯誤如開路、短路、連線錯誤等。這種調(diào)試可單獨(dú)模擬進(jìn)行，也可通過開發(fā)裝置由軟件配合進(jìn)行。硬件聯(lián)機(jī)調(diào)試那么必須在系統(tǒng)軟件的配合下進(jìn)行。軟件調(diào)試一般包括分塊調(diào)試和聯(lián)機(jī)調(diào)試兩個階段。程序的分塊調(diào)試一般在單片機(jī)開發(fā)裝置上進(jìn)行，可根據(jù)所調(diào)程序功能塊的入口參量或變量初值編制一個特殊的程序段，并連同被調(diào)程序功能塊一起在開發(fā)裝置上運(yùn)行；也可配合對應(yīng)硬件電路單獨(dú)運(yùn)行某程序功能塊，然后檢查結(jié)果是否正確程序。聯(lián)機(jī)調(diào)試就是將已調(diào)試好的各程序功能塊按總體結(jié)構(gòu)聯(lián)成一個完整程序，在所研制的硬件電路上運(yùn)行。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2 單片機(jī)控制的溫

8、度采集系統(tǒng)溫度是工業(yè)對象中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、機(jī)械制造等各類工業(yè)中，廣泛使用加熱爐、反響爐等；在日常生活中，我們也常用到微波爐、電熱水器、烘干箱等家用電器，這些都需要進(jìn)行溫度檢測與控制。采用單片機(jī)來實現(xiàn)溫度控制不僅具有控制方便、簡單、靈活等優(yōu)點，而且可以大幅度提高被控溫度的技術(shù)指標(biāo)，從而大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。現(xiàn)以烘干箱的溫度控制系統(tǒng)為例進(jìn)行介紹。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2 單片機(jī)控制的溫度采集系統(tǒng)烘干箱控制系統(tǒng)：由2 kW的電爐加熱，最高溫度為500 。烘干箱的溫度可預(yù)置，預(yù)置時顯示設(shè)定溫度，溫度超過預(yù)置溫度5 時發(fā)出報警。烘干時顯示實時溫度，顯示精

9、確到1 。烘干過程恒溫控制，溫度控制意味著其變化范圍不大于2 。對升/降溫過程的線性沒有要求。 控制方式：用最簡單的通斷控制方式，即當(dāng)烘干箱溫度到達(dá)設(shè)定值時斷開加熱爐，當(dāng)溫度降到低于某值時接通電爐開始加熱，從而保持恒溫控制。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 溫度檢測：溫度傳感器和變送器的類型選擇與被控溫度的范圍及精度等級有關(guān)。型號為WZB-003、分度號為BA2的鉑熱電阻適用于0500 的溫度測量范圍，可以滿足本系統(tǒng)的要求。變送器將電阻信號轉(zhuǎn)換成與溫度成正比的電壓，當(dāng)溫度在0500 時，變送器輸出04.9 V的電壓。A/D轉(zhuǎn)換器采用ADC0809。電爐溫度控制采

10、用雙向可控硅實現(xiàn)。單片機(jī)的P1.7口經(jīng)光電隔離器和驅(qū)動電路連接可控硅的控制端，其電平的高低可控制雙向可控硅的導(dǎo)通與斷開，從而控制電爐的通電加熱時間。 人機(jī)聯(lián)系1：鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤，為使系統(tǒng)簡單緊湊，只設(shè)置5個功能鍵，分別是“復(fù)位”、“啟動”、“+100”、“+10”和“+1”鍵。后4個鍵接至P1口的低4位。利用后3個按鍵可以分別對預(yù)置溫度的百位、十位和個位進(jìn)行加“1”設(shè)置，并在LED上顯示當(dāng)前設(shè)置值。連續(xù)按動這3個鍵，可實現(xiàn)0500 的溫度設(shè)置。 人機(jī)聯(lián)系2：本系統(tǒng)設(shè)有3位LED數(shù)碼管顯示器，啟動加熱時顯示當(dāng)前烤箱溫度，停止加熱時顯示當(dāng)前烤箱溫度。采用芯片74LS164進(jìn)行串行口擴(kuò)展顯示接口

11、電路，實現(xiàn)靜態(tài)顯示。報警功能由蜂鳴器實現(xiàn)。當(dāng)由于意外因素導(dǎo)致烘干箱溫度高于設(shè)定值時，P1.6口送出的低電平經(jīng)反相器驅(qū)動蜂鳴器進(jìn)行報警。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 單片機(jī)資源分配情況如下：程序存儲器：EPROM2764的地址范圍為0000H1FFFFH。I/O口：P1.0P1.3為鍵盤輸入，P1.6、P1.7為報警控制和電爐控制。A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809：通道0通道7的地址為7FF8H7FFFH，本系統(tǒng)使用通道0 1. 主程序和中斷效勞程序 主程序完成系統(tǒng)的初始化、溫度預(yù)置及其合法性檢測、預(yù)置溫度的顯示及定時/計數(shù)器T0設(shè)置。中斷由定時/計數(shù)器T0產(chǎn)生，根據(jù)需要

12、每隔15 s中斷一次，即每15 s采樣控制一次。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 A/D轉(zhuǎn)換采用查詢方式。為提高數(shù)據(jù)采樣的可靠性，對采樣溫度進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波的算法很多，在此采用4次采樣取平均值的方法。如前所述，本系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果乘2正好是溫度值，因此，4次采樣的數(shù)字量之和除以2即是檢測的當(dāng)前溫度。檢測結(jié)果高位存入40H，低位存入41H。 2. 溫度檢測模塊 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 將當(dāng)前溫度與預(yù)置溫度進(jìn)行比較，

13、當(dāng)前溫度小于預(yù)置溫度時，繼電器閉合，接通電爐加熱；當(dāng)前溫度大于預(yù)置溫度時，繼電器斷開，停止加熱；當(dāng)二者相等時電爐保持原來狀態(tài)；當(dāng)前溫度降低到比預(yù)置溫度低2 時，那么重新啟動加熱；當(dāng)前溫度超出報警上下限時將啟動報警，并停止加熱。由于電爐開始加熱時，當(dāng)前溫度可能低于報警下限，為了防止誤報警，在未到達(dá)預(yù)置溫度時，不允許報警，為此設(shè)置了報警允許標(biāo)志F0。報警的同時關(guān)閉電爐。 3. 溫度控制模塊及溫度越限報警模塊 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖9-6 溫度控制子程序流程圖*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖9-7 溫度越限報警子程序流程圖 *廣東松山

14、職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 鍵盤管理模塊 上電復(fù)位后系統(tǒng)處于鍵盤管理狀態(tài)，其功能是監(jiān)測鍵盤輸入，接收預(yù)置溫度和啟動系統(tǒng)。程序設(shè)有預(yù)置溫度合法檢測報警，當(dāng)預(yù)置溫度超過500 時會報警并將溫度設(shè)定在500 4. 人機(jī)聯(lián)系 顯示模塊 顯示子程序的功能是將顯示緩沖區(qū)47H48H的二進(jìn)制數(shù)據(jù)先轉(zhuǎn)換成三個BCD碼，分別存入百位、十位和個位顯示緩沖區(qū)，然后通過串行口送出顯示。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 圖9-8 鍵盤管理子程序流程圖*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3 單片機(jī)控制的紙機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速開展，單片機(jī)的性能越來

15、越高，價格越來越廉價。此外，電力電子技術(shù)的開展使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用單片機(jī)來控制各類電機(jī)，完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分發(fā)揮，性能更符合使用要求。 電機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)包括硬件和軟件兩局部，硬件由電機(jī)、單片機(jī)、傳感器、功率放大元件等組成。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3 單片機(jī)控制的紙機(jī)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)在電機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)中，電機(jī)是被控對象，單片機(jī)那么起控制器的作用，主要完成實時控制、監(jiān)控和數(shù)據(jù)處理等任務(wù)。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 系統(tǒng)框圖 轉(zhuǎn)速控制采用了帶有轉(zhuǎn)速單閉環(huán)的直流電動機(jī)調(diào)速

16、系統(tǒng)；驅(qū)動電路由晶閘管-直流電動機(jī)構(gòu)成；控制電路主要包括轉(zhuǎn)速給定、轉(zhuǎn)速反響、比例-積分-微分調(diào)節(jié)器及晶閘管脈沖觸發(fā)電路；走紙的長度控制主要由紙長設(shè)定和紙長脈沖反響構(gòu)成。單片機(jī)在控制線路中要完成的功能*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.1 系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)硬件原理圖*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計 1.紙長的設(shè)定紙長的設(shè)定由4位撥盤給出。8155的控制字為0CCH。當(dāng)8155的計數(shù)器取分頻系數(shù)為1000=03E8H，并處于具有自動重裝此計數(shù)初值和方波信號輸出的工作方式時，計數(shù)器初值為43E8H。圖9-12 紙長設(shè)定硬件原理圖*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)

17、院課件制作組MOV R0,#00HMOV A,#0CCHMOVX R0,AMOV R1,#04HMOV A,#0E8HMOVX R1,AINC R1MOV A,#43HMOVX R1,AMOV R0,#01HMOVX A,R0MOV 7FH,AINC R0MOV A,R0MOV 7EH,AINC R0MOV A,#01HMOVX R0,A9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計2. 轉(zhuǎn)速的給定在調(diào)速過程中要求轉(zhuǎn)速能夠圓滑地調(diào)節(jié)，系統(tǒng)采用模擬電壓設(shè)定轉(zhuǎn)速大小的方法。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入單片機(jī)內(nèi)作

18、為轉(zhuǎn)速設(shè)定值。3. 紙長檢測與控制假設(shè)系統(tǒng)采用的脈沖當(dāng)量為1cm/脈沖，當(dāng)計紙長度單位為10m時，1000個反響脈沖可使紙長設(shè)定值減1.此功能由T1實現(xiàn)。T1的計數(shù)初值為03E8H補(bǔ)=FC18H.當(dāng)T1在工作方式1的計數(shù)狀態(tài)時，每引入T1腳1000個脈沖后，單片機(jī)將自動T1的中斷效勞程序，使計數(shù)值減1并重置計數(shù)初值。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計T1INT:PUSH A PUSH PSW MOV TH1,#0FCH MOV TL1,#18H DEC 7FH MOV A,7FH ANL A,#0FH CJNE A,#0FH,ED DEC 7FH DEC 7FH

19、DEC 7FH DEC 7FH DEC 7FH DEC 7FH ED: POP PSW POP A RETI由于T1工作在方式1，1000D=03E8H，那么計1000個脈沖時的計數(shù)器初值為03E8H補(bǔ)=0FC18H。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計4. 轉(zhuǎn)速反響量的求取光電碼盤的脈沖除用于檢測紙長外，也用來求取紙機(jī)運(yùn)行的線速度。設(shè)在單片機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生了一固定頻率的計量信號周期為Tc，兩光電反響脈沖間的間距為D，當(dāng)紙機(jī)運(yùn)行時，在兩反響脈沖間的計量到n個測量信號，那么有： v=D/nTc固定頻率的計量信號的個數(shù)可由8155的計數(shù)器對單片機(jī)的ALE分頻得到。*廣東松

20、山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計獲取兩反響脈沖間計量信號的個數(shù)，可由外部中斷0和T0聯(lián)合實現(xiàn)。方法：將8155輸出的計量信號直接引入定時器T0的外部引腳，以自動加1的方式累加計量信號的個數(shù)；反響脈沖那么接入外中斷0，通過程序?qū)⑵湓O(shè)置成由下降沿引起中斷的工作方式，兩次中斷間的時間反映兩反響脈沖間的持續(xù)時間過程，在每次中斷效勞程序中，讀出T0中已有的測量脈沖個數(shù)，并在主程序中加以運(yùn)算得到紙機(jī)運(yùn)行的線速度。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計下面是在外部中斷0中斷效勞程序中讀出T0的計數(shù)值的程序清單。 T0ZD： PUSH A PUSH PSW

21、 CLR TR0 MOV A，TL0 MOV 7CH，A MOV A，TH0 MOV 7BH，A MOV TL0，#00H MOV TH0，#00H SETB TR0 POP PSW POP A RETI*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.3.2 系統(tǒng)控制功能及軟件設(shè)計5. 單片機(jī)PID調(diào)節(jié)器單片機(jī)在獲得了轉(zhuǎn)速的給定值和反響值后，將形成轉(zhuǎn)速的偏差，并且利用調(diào)節(jié)器算法得到輸出值去控制晶閘管電動機(jī)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對整個直流調(diào)速系統(tǒng)的閉環(huán)控制。在本系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器采用比例積分PI的形式。單片機(jī)要構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器只能采用離散差分式算法。實現(xiàn)比例積分算法的程序略。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4

22、步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用實例步進(jìn)電機(jī)是依靠電脈沖信號驅(qū)動的執(zhí)行電器。它將接收到的控制脈沖轉(zhuǎn)變成電動機(jī)軸上的角位移輸出。步進(jìn)電機(jī)具有啟停迅速、精確步進(jìn)、控制靈活方便等諸多優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于需要精確定位的控制系統(tǒng)和各種智能化儀器儀表，如數(shù)控機(jī)床、加工中心、機(jī)器人、醫(yī)療儀器和計算機(jī)的外部設(shè)備如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動器等。常用的步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相四種，本節(jié)以三相反響式步進(jìn)電機(jī)為例，介紹其控制原理及程序設(shè)計。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識1. 步進(jìn)電機(jī)工作原理反響式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)上分為定子和轉(zhuǎn)子兩局部。電機(jī)的定子上有六個等分磁極，相鄰的兩個磁極之間夾角為60，相對

23、的兩個磁極組成一相A-A，B-B，C-C。當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極形成N極和S極，每個磁極上各有5個均勻分布的矩形小齒。電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有40個矩形小齒均勻地分布在圓周上，相鄰兩個齒之間夾角為9。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極形成N極和S極，每個磁極上各有5個均勻分布的矩形小齒。電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有40個矩形小齒均勻地分布在圓周上，相鄰兩個齒之間夾角為9。 反響式步進(jìn)電機(jī)的工作原理當(dāng)某一相繞組通電時，對應(yīng)的磁極就產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，如果定子的小齒和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度。由此可見，錯

24、齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 步距角s：轉(zhuǎn)子走一步所轉(zhuǎn)過的角度。定子從一種通電狀態(tài)變換到另一種通電狀態(tài)，叫做“一拍，每一拍轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個s，定子的通電狀態(tài)循環(huán)改變一次所包含的狀態(tài)稱為拍數(shù)N，步距角的表達(dá)式為（Zr轉(zhuǎn)子齒數(shù)） *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識2. 步進(jìn)電機(jī)控制原理根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，如果按順序給步進(jìn)電機(jī)的繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。對于三相反響式步進(jìn)電機(jī)，電流脈沖的施加有3種方式。1單相三拍方式：按單相繞組施加電流脈沖。 正轉(zhuǎn)：ABCA 反轉(zhuǎn)：ACBA2雙相三拍方式：按雙相繞組施加電流脈沖。 正轉(zhuǎn)：AB

25、BCCAAB 反轉(zhuǎn)：ACCBBAAC3三相六拍方式：單相繞組和雙相繞組交替施加電流脈沖。 正轉(zhuǎn)： AABBBCCCAA 反轉(zhuǎn)：AACCCBBBAA *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識結(jié)論 單相三拍方式的每一拍步距角為3，三相六拍的步距角那么為1.5。因此在三相六拍下，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要平穩(wěn)，但在同樣的運(yùn)行角度與速度下，三相六拍驅(qū)動脈沖的頻率需要提高一倍，對驅(qū)動開關(guān)管的開關(guān)特性要求較高。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.2 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的主要任務(wù)把二進(jìn)制數(shù)的控制字即通電狀態(tài)變成脈沖序列，輸入給步進(jìn)電機(jī)，脈沖的產(chǎn)生與分配、步數(shù)、方向和速

26、度的控制，都是由單片機(jī)的軟件來實現(xiàn)的。通過接口電路，可進(jìn)行信號傳遞和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識1. 系統(tǒng)硬件接口電路 P1P1.0、P1.1、P1.2口為脈沖輸出接口，P1.0、P1.1、P1.2分別控制步進(jìn)電機(jī)的A、B、C三相繞組。當(dāng)P1口中的某一位如P1.0輸出高電平時，光電耦合器導(dǎo)通，V1截止，V2導(dǎo)通，A相繞組通電。當(dāng)P1.0輸出低電平時，A相不通電。 *廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組9.4.1 步進(jìn)電機(jī)根底知識2. 系統(tǒng)軟件設(shè)計三相步進(jìn)電機(jī)的三相六拍工作方式和控制字見表9-2。 表9-2 三相六拍控制模型節(jié)拍通電繞組控制模型正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)二進(jìn)制數(shù)十六進(jìn)制數(shù)16A0000000101H25AB0000001103H34B0000001002H43BC0000011006H52C0000010004H61CA0000010105H*廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院課件制作組2. 系統(tǒng)軟件設(shè)計設(shè)所