基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(完整資料)

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編號(hào):基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)(完整資料）(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）畢業(yè)論文（設(shè)計(jì))題目基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師學(xué)生姓名學(xué)號(hào)專業(yè)教學(xué)單位（蓋章）二O一一年五月四日畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告書(shū)2011院（系）機(jī)電工程系專業(yè)自動(dòng)化姓名學(xué)號(hào)論文（設(shè)計(jì)）題目基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、選題目的和意義隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義.二、本選題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國(guó)外一般稱為Steppingmotor，Pulsemotor或Stepperservo，其應(yīng)用發(fā)展已有80年的歷史。正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn),所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中.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(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到了廣泛應(yīng)用。目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)能夠自行研制開(kāi)發(fā)適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。其中華中數(shù)控系統(tǒng)解決了“五軸聯(lián)動(dòng)”，為“神州”系列飛船順利升空立下了汗馬功勞。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國(guó)占有非常重要的地位，并起了很大的作用。三、課題設(shè)計(jì)方案[主要說(shuō)明：研究（設(shè)計(jì))的基本內(nèi)容、觀點(diǎn)及擬采取的研究途徑和方法.]為了使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低、功能齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、電機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)指示一目了然，操作方便、系統(tǒng)抗干擾和可靠性高，所以本課題采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能,充分利用單片機(jī)的各種資源,能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制。采用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。用軟件代替環(huán)形分配器,達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能,還可設(shè)計(jì)大量的外圍電路,鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來(lái)調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制,顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度，環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),采用軟件編程的方法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。本方案有以下優(yōu)點(diǎn)(1）單片機(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和精確控制，避免了失步、振蕩等控制精度的影響；（2）用軟件代替環(huán)形分配器,通過(guò)對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng),大大提高了接口電路的靈活性和通用性；（3)單片機(jī)的強(qiáng)大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路等外圍電路有機(jī)的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性。四、計(jì)劃進(jìn)度安排［主要說(shuō)明:起止時(shí)間及分階段的進(jìn)度要求。]（1）步進(jìn)電機(jī)的概述.闡述步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)、分類和工作原理，為后面的硬件、軟件設(shè)計(jì)提供必須的理論基礎(chǔ)。（20112。20—3。3）(2)概述步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng),在框架結(jié)構(gòu)上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，而且重點(diǎn)闡述基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)的一般框架,為自己的設(shè)計(jì)提供有力的支持,接著介紹本論文要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn)，及要實(shí)現(xiàn)的操作方式.（2011。3。4-3.15）（3）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。先提出框架，然后分別闡述單片機(jī)端口分配、外圍電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì).（2011。3。16—3.27)（4）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).按照模塊化的思想，主要闡述主流程、初始化流程及幾種模式下的不同的控制流程。（2011。3。28—4。7）（5）進(jìn)一步完善初稿。（2011。4。8—4.10）五、主要參考文獻(xiàn)［1］張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M］。上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2005。[2]李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.［3]王鴻鈺。步進(jìn)電機(jī)控制入門[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.［4]袁任光,張偉武.電動(dòng)機(jī)控制電路選用與258實(shí)例［M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.［5]王秀和.永磁電機(jī)［M］。北京：中國(guó)電力出版社，2007.[6］房玉明,杭柏林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)［J].電機(jī)與控制應(yīng)用,2006，33（4）：64—64。［7]孫笑輝,韓曾晉.減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法［J].電氣傳動(dòng)，2001，(1)：8—11.[8］馮江華,陳高華，黃松濤。異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制［J］。電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1999，(6)：29-33。指導(dǎo)教師意見(jiàn)及建議：議：簽名：年月日教學(xué)單位領(lǐng)導(dǎo)小組審批意見(jiàn)：組長(zhǎng)簽名：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查表院(系）：機(jī)電工程系專業(yè)：自動(dòng)化2011年4月1日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì))題目:基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱副教授計(jì)劃完成時(shí)間：2011年4月20日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的進(jìn)度計(jì)劃：20112。20—3.3步進(jìn)電機(jī)的概述。闡述步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)、分類和工作原理,為后面的硬件、軟件設(shè)計(jì)提供必須的理論基礎(chǔ)。2011。3.4—3.15概述步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，在框架結(jié)構(gòu)上對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行介紹，而且重點(diǎn)闡述基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)的一般框架，為自己的設(shè)計(jì)提供有力的支持，接著介紹本論文要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)的功能特點(diǎn),及要實(shí)現(xiàn)的操作方式。2011.3。16—3.27系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。先提出框架，然后分別闡述單片機(jī)端口分配、外圍電路、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。2011。3.28—4。7系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。按照模塊化的思想，主要闡述主流程、初始化流程及幾種模式下的不同的控制流程。2011.4.8-4。10進(jìn)一步完善初稿.完成情況：到現(xiàn)在為止，我通過(guò)查找資料學(xué)到了很多……指導(dǎo)教師評(píng)議(指出優(yōu)點(diǎn)和不足,如有其它建議，可另附頁(yè)）簽名：xxxx年x月x日備注：目錄TOC\o"1—2”\h\z\uHYPERLINK\l”_Toc293065422"1引言11.1課題研究的目的和意義1_Toc293065425”2。1步進(jìn)電機(jī)介紹2HYPERLINK\l”_Toc293065426"2。2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹6HYPERLINK\l”_Toc293065427"2.3單片機(jī)原理8HYPERLINK\l”_Toc293065428”3系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)133.1系統(tǒng)整圖133.4驅(qū)動(dòng)部分163。5狀態(tài)指示部分163。6時(shí)鐘部分17HYPERLINK\l”_Toc293065435”4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)18HYPERLINK\l”_Toc293065436"4.1系統(tǒng)主程序18HYPERLINK\l”_Toc293065437"4。2查鍵部分184.3前進(jìn)部分194.4后退部分204.5加速部分21HYPERLINK\l”_Toc293065441”4.6減速部分22參考文獻(xiàn)23謝辭24基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：步進(jìn)電機(jī)由于用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單，廉價(jià),又非常可行，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用匯編語(yǔ)言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過(guò)單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來(lái)。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成,同時(shí)對(duì)軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)介紹了調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決問(wèn)題的方法。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；單片機(jī);轉(zhuǎn)動(dòng)1引言1.1課題研究的目的和意義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增,研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本論文所選的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，采用的方法是利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。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。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的,并且通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級(jí)別.另外通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，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(méi)有積累誤差(精度為100％）的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。2步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡(jiǎn)介2。1步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)概述步進(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，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(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)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變得非常的簡(jiǎn)單.正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系,不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響.由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制.本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是步距角為1.8度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)：(一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)1、相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)N、S磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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-DA-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(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)＊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θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=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(chǎng)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(wú)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(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)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(yǔ)：1、步距角精度:步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)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(cè)試條件下測(cè)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)。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。

要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓,使采用小電感大電流的電機(jī)。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)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-AB—B-BC-C—CD-D—DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A—D-CD—C—BC—B-AB-A時(shí)為反轉(zhuǎn).步進(jìn)電機(jī)的特征如下：1、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3％—5％，且不積累。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）的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。4、步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，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２竭M(jìn)電動(dòng)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(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng),其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率(f）成正比，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，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。如下所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī),采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。圖1

四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源,SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí),由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒,2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2所示：圖2步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖2。1。3步進(jìn)電機(jī)的分類與選擇現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小,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，但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差。永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，它的出力大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角一般比較大.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.混合式步進(jìn)電機(jī)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)的應(yīng)用最為廣泛,它是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好,是性能較好的一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī).步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。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。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。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)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倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸).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、及驅(qū)動(dòng)電壓）。4、力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：P=

Ω·M

Ω=2π·n/60

P=2πnM/60（1）

其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米P=2πfM/400（半步工作）(2）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS）2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹2.2。1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備——步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣.典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)本體三部分組成。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號(hào),每發(fā)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，即步進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于脈沖的有無(wú)或頻率的高低?？刂破鞯姆较蛐盘?hào)決定步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。通常，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和電源組成。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一旦接收到來(lái)自控制器的方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機(jī)通電方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組導(dǎo)通或截止信號(hào)?？刂齐娐份敵龅男盘?hào)功率很低，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功率驅(qū)動(dòng)部分。功率驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。保護(hù)電路在出現(xiàn)短路、過(guò)載、過(guò)熱等故障時(shí)迅速停止驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的運(yùn)行。2。2.2步進(jìn)電機(jī)繞組的電氣特性步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機(jī)相繞組的兩個(gè)固有屬性，電機(jī)的性能和這兩個(gè)因素密切相關(guān).繞組通電時(shí),電感使繞組電流上升速度受到限制，因此影響電機(jī)繞組電流的大小。繞組線圈的電阻是電機(jī)溫升和電能損耗的主要因素。圖3電感—電阻串聯(lián)電路及其電流波形步進(jìn)電機(jī)的相繞組可以等效為一個(gè)電感一電阻串聯(lián)電路。圖3表明了一個(gè)電感一電阻電路的電氣特性。在t=0時(shí)刻，電壓V施加到該電路上時(shí)，電路中的電流變化規(guī)律為：I(t)=V（1—e—Rt/L)/R（3）通電瞬間繞組電流上升速率為:di（0）/dt=V/t（4)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，電流達(dá)到最大值：Imax=V/R(5）L/R定義為該電路的時(shí)間常數(shù)，是電路中的電流達(dá)到最大電流Imax的63%所需要的時(shí)間.在t=t：時(shí)刻，電路斷開(kāi)與直流電壓源V的連接,并且短路，電路中的電流以初始速率一V/L開(kāi)始下降，電流變化規(guī)律為:I(t）=Ve—R(t—t1）/L/R（6）不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上，電流波形如圖4所示。低頻時(shí)電流能夠達(dá)到最大值(a）；當(dāng)矩形波頻率上升達(dá)到某一臨界頻率,電流剛達(dá)到最大值就開(kāi)始下降(（b)：矩形波頻率超過(guò)此臨界值后，繞組中的電流不能達(dá)到最大值（c)。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小與繞組的電流成正比，所以電機(jī)低速運(yùn)行時(shí),電機(jī)能夠達(dá)到其額定轉(zhuǎn)矩，而在某一特定頻率以上運(yùn)行時(shí)，繞組電流隨著頻率的提高逐漸下降，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)逐漸減小,從而降低了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶負(fù)載能力。圖4不同頻率脈沖作用下電感—電阻電路的電流波形要改善電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)的性能，有兩種辦法：提高電流上升速度VA和減小時(shí)間常數(shù)L/R；可以通過(guò)加大繞組的電壓從而增加電流上升的速率得時(shí)間常數(shù)?；蛘咴陔娐分写?lián)電阻，使L/R減少。2.3單片機(jī)原理2.3。1單片機(jī)原理概述單片機(jī)（single-chipmicrocomputer）是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī).圖5中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運(yùn)行速度,同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用.圖5典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí),需要與外界交換信息。人們需要通過(guò)人機(jī)對(duì)話,了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制。單片機(jī)芯片與其它CPU比較，功能雖然要強(qiáng)得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)ROM、RAM、I/O口等不能很多，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作情況。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖6所示.圖6單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況,可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用系統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡(jiǎn)單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用來(lái)構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng),如開(kāi)關(guān)量的輸入/輸出控制、時(shí)序控制等。對(duì)于片內(nèi)有ROM/EPROM的芯片來(lái)說(shuō),最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片;對(duì)與片內(nèi)沒(méi)有ROM/EPROM芯片來(lái)說(shuō),其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備EPROM或EEPROM作為程序存儲(chǔ)器使用。2.3.3AT89C51簡(jiǎn)介AT89C51的主要參數(shù)如表1表1AT89C51的主要參數(shù)型號(hào)存儲(chǔ)器定時(shí)器I/0串行口中斷速度（MH)其它特點(diǎn)E2PROMROMRAM89C514K1282321624低電壓AT89C51含E2PROM電可編閃速存儲(chǔ)器.有兩級(jí)或三級(jí)程序存儲(chǔ)器保密系統(tǒng)，防止E2PROM中的程序被非法復(fù)制。不用紫外線擦除，提高了編程效率。程序存儲(chǔ)器E2PROM容量可達(dá)20K字節(jié).AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS—51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器,為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其引腳如圖7所示。1、主要特性：

·與MCS—51兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器

壽命：1000寫/擦循環(huán)

圖7單片機(jī)的引腳排列·全靜態(tài)工作：0Hz—24Hz

·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線

·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

·5個(gè)中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2、管腳說(shuō)明：

VCC:供電電壓。

GND:接地.

P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入.P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí),P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高,可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí),將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收.

P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低,將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故.P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí),它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí),P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào).

P3口:P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口,可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入,由于外部下拉為低電平,P3口將輸出電流（ILL)這是由于上拉的緣故.

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口,如下所示：

P3口管腳備選功能

P3。0RXD(串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）

P3。2/INT0（外部中斷0）

P3。3/INT1（外部中斷1）

P3。4T0(記時(shí)器0外部輸入）

P3.5T1（記時(shí)器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

P3。7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）

P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào).

RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。

ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器時(shí),地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié).在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖.在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào),此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的.然而要注意的是:每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),將跳過(guò)一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外,該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止,置位無(wú)效.

/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào).在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器(0000H—FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間,此引腳也用于施加12V編程電源（VPP)。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。

XTAL2:來(lái)自反向振蕩器的輸出。3、I/O口引腳：a：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用；b:P1口，8位準(zhǔn)雙向I/O口；c:P2口,8位準(zhǔn)雙向I/O口,與地址總線(高8位）復(fù)用；d：P3口,8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口。4、振蕩器特性:

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求,但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。5、芯片擦除：整個(gè)EPROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中,代碼陣列全被寫“1"且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作.但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器,禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)3.1系統(tǒng)整圖系統(tǒng)整圖如圖8所示，本系統(tǒng)采用外部中斷方式，p0口作為信號(hào)的輸入部分，p1口為發(fā)光二極管顯示部分，p2口作為電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分。圖8系統(tǒng)整圖3。2電源部分利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的電壓，它們的應(yīng)用要注意以下幾點(diǎn)：(1）輸入輸出壓差不能太大,太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；（2）輸出電流不能太大，1。5A是其極限值。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大,否則會(huì)導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿；（3)輸入輸出壓差也不能太小,大小效率很差。其中12V電壓給步進(jìn)電機(jī)供電,5V電壓則給單片機(jī)供電。分別如圖9、圖10所示。(1)、產(chǎn)生12V的電壓給步進(jìn)電機(jī)供電圖912V電路部分（2）產(chǎn)生5V的電壓給單片機(jī)供電圖105V電路部分3。3按鍵部分本次設(shè)計(jì)選用的是單片機(jī)的P0口來(lái)控制信號(hào)的輸入，所以把按鍵開(kāi)關(guān)和P0口連接起來(lái)，當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S1時(shí)，相當(dāng)于給P0。0口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S2時(shí)，相當(dāng)于給P0。1口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S3時(shí)，相當(dāng)于給P0。2口一個(gè)低電平；當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S4時(shí)，相當(dāng)于給P0.3口一個(gè)低電平;當(dāng)按下開(kāi)關(guān)S5時(shí)，相當(dāng)于給P0。4口一個(gè)低電平.然后通過(guò)單片機(jī)實(shí)行相應(yīng)的操作。如圖11圖11按鍵部分電路3.4驅(qū)動(dòng)部分此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分,我選用的是ULN2004芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)的，ULN2004系列是一款高耐壓，大電流達(dá)林頓管驅(qū)動(dòng)器,包含7個(gè)NPN達(dá)林頓管。如圖12圖12驅(qū)動(dòng)部分電路3。5狀態(tài)指示部分狀態(tài)指示用P1口控制發(fā)光二極管的顯示，如果相應(yīng)端口是低電平，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會(huì)亮,用它來(lái)表示步進(jìn)電機(jī)所處的狀態(tài)。如圖13圖13狀態(tài)指示部分電路3.6時(shí)鐘部分時(shí)鐘電路是計(jì)算機(jī)的心臟，它控制著計(jì)算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通過(guò)提高時(shí)鐘頻率來(lái)提高CPU的速度，本次設(shè)計(jì)采用的晶振為12MHz.如圖14圖14時(shí)鐘部分電路4系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4。1系統(tǒng)主程序系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速與電機(jī)減速的幾部分組成，其主程序框圖如圖15所示。開(kāi)始開(kāi)始初始化調(diào)按鍵子程序調(diào)按鍵子程序調(diào)用正反轉(zhuǎn)子程序調(diào)用加減速子程序停止圖15主程序框圖4.2查鍵部分查鍵程序用于判斷P0.0口與P0.1口的值，當(dāng)p0。0口為0時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)p0.0口為1時(shí),繼續(xù)判斷p0。1口的值，p0.1口為0時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖16所示.NNNYY調(diào)按鍵子程序P0.0是否為0P0.1是否為0前進(jìn)后退圖16查鍵部分流程圖4。3前進(jìn)部分系統(tǒng)初始化之后，前進(jìn)子程序R0用于給P2口送不同的值，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的相序，使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，P2口的值分別為01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H,09H。流程圖如圖17所示。開(kāi)始開(kāi)始（R0）+1→R0延時(shí)子程序（R0）是否等于17H10H→（R0）NY圖17前進(jìn)部分流程圖4。4后退部分電機(jī)反轉(zhuǎn)原理與正轉(zhuǎn)相似，此時(shí)P2口的值分別為09H，08H，0CH,04H，06H，02H，03H，01H。流程圖如圖18所示。開(kāi)始開(kāi)始（R0）—1→R0延時(shí)子程序（R0）是否等于10H17H→（R0）NY圖18后退部分流程圖4。5加速部分當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下加速鍵，調(diào)用加速子程序，使電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的延時(shí)時(shí)間變短，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速。流程圖如圖19所示。YYN開(kāi)始（R1）是否為25H（（R1）+1）→R1正反轉(zhuǎn)子程序圖19加速部分流程圖4。6減速部分電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下減速鍵，通過(guò)改變電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的延時(shí)時(shí)間，使時(shí)間變長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)減速.流程圖如圖20所示。YYN開(kāi)始（R1）是否為20H（（R1）—1）→R1正反轉(zhuǎn)子程序圖20減速部分流程圖參考文獻(xiàn):［1］張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M］。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社,2005。[2]李夙。異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M］。北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998.［3］王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制入門［M］。上海：同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.[4]袁任光，張偉武。電動(dòng)機(jī)控制電路選用與258實(shí)例[M］。北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005。［5]王秀和.永磁電機(jī)［M］.北京:中國(guó)電力出版社,2007.[6]房玉明，杭柏林。基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)[J]。電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（4）：64—64.［7]孫笑輝,韓曾晉.減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法[J］.電氣傳動(dòng)，2001，（1)：8-11。[8]馮江華，陳高華，黃松濤.異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制［J］.電工技術(shù)學(xué)報(bào)，1999，（6):29-33。［9］江一,朱凌，申仲濤.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,(1）:10-13。[10］韓利虎.淺談步進(jìn)電機(jī)的基本原理[J］。內(nèi)蒙古石油化工,InnerMongoliaPetrochemicalIndustry,2007，(11）：109。［11］張巍.淺談單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)[J]。安防科技，2006,（3)：25.［12]喬璐.，景林，韓英桃.一種實(shí)用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)［J].微特電機(jī)，2005，(10）：29—31.[13］康晶。采用反饋控制的步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動(dòng)電路[J]。電力電子技術(shù),2003,37(1):61-62,65.Microcontroller-basedsteppermotorcontrolsystemXianghaidong(MechanicalandElectronicEngineeringDepartmentofDezhouUniversity,DezhouShandong，253023Abstract：Abstract：Thesteppermotorduetotheuseofitsopen—loopsystemcomposedofsimple，inexpensive,andverypractical，soprintersandotherofficeautomationequipmentandvariouscontroldevices，andotherfieldshasaverywiderangeofapplications.Thisarticledescribesastepmotor—basedsystemdesign，assemblylanguagethemotorforward，reverse，speedup,slowdown,stoptheprogram,throughthemicrocontroller,motordriverchipULN2004andthecorrespondingkeytoachievetheabovefunction,andtheworkingstatusofthesteppermotortousethecorrespondinglight-emittingdiodedisplay。Thisarticledescribestheprinciplesofthesteppermotorandthemicrocontroller,thehardwarecircuit，programcomponents，whilesoftwareandhardwaredebugging,thedebuggingprocessisalsointroducedproblemsandsolutionstotheproblem。Thedesignhasaclearideaof??highreliability，stabilityandothercharacteristics,toachievetheabovethroughthedebuggingfunctions.KeyWords:steppingmotor；pulsewidthmodulation；drivemechanism；SCM；rotation致謝感謝我的室友們,有你們?cè)谛袆?dòng)和思想上的支持和鼓勵(lì)，才使得我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利完成。感謝此次指導(dǎo)我完成這篇論文的唐在他們身上我學(xué)到了許多東西，尤其是做不出來(lái)死不休的那種干勁，一種年輕人的執(zhí)著與堅(jiān)定信念.讓我懂得了許多曾經(jīng)不知道的知識(shí).在今后的人生道路上要不畏艱難，堅(jiān)定執(zhí)著的去追尋我的夢(mèng)想。在此誠(chéng)心的謝謝大家!謝謝！德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)院（系）:機(jī)電工程系專業(yè):自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：題目：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ):評(píng)定成績(jī)：指導(dǎo)教師簽名：年月日德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)院（系）：機(jī)電工程系專業(yè):自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：題目：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)評(píng)閱人評(píng)語(yǔ)：評(píng)定成績(jī)：評(píng)閱人簽名:年月日德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)德州學(xué)院畢業(yè)(論文)設(shè)計(jì)評(píng)語(yǔ)院（系）：機(jī)電工程系專業(yè)：自動(dòng)化學(xué)生姓名:學(xué)號(hào)：題目：基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)答辯小組評(píng)語(yǔ)：評(píng)定成績(jī)：答辯小組組長(zhǎng)簽名:年月日指導(dǎo)教師評(píng)定成績(jī)（30％）評(píng)閱人評(píng)定成績(jī)（30％）答辯小組評(píng)定成績(jī)(40％）答辯委員會(huì)主任簽字：年月日綜合評(píng)定成績(jī)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可行，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用匯編語(yǔ)言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過(guò)單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片ULN2004以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來(lái)。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時(shí)對(duì)軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)介紹了調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題以及解決問(wèn)題的方法。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制;驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)DesignofTheControlSystemofStep-motorAbstract:Theopen—loopsystemwhichiscomposedbystep-motorissimple，cheapandverypractical，sothereareverywiderangeofapplicationsinprintersandotherofficeautomationequipmentandvariouscontroldevices，andmanyotherfields。Thisarticledescribesonedesignofstep—motorsystembasedonmicrocontroller.Theprogramofthepreparationofamotor，reverse,speedup,slowdown，stopiswrittenbycompilelanguage.Theabovefunctionsarerealizedthroughthemicrocontroller，motordriverchipULN2004andcorrespondkey,andtheworkstateofsteppermotorisdiaplayedthroughthelight-emittingdiode。Thisarticleintroducestheprincipleofsteppermotorandsingle—chipmicrocomputer，thesystemhardwarecircuit，theprogramcomponents，whilesoftwareandhardwareforthedebugging，atthesametimeintroducestheproblemswhichareappearedinthedebuggingprocessandthesolutionsoftheproblems。Thedesignhastheadvantagesofclear,highreliability,strongstability，etc。,andtheabove—mentionedfunctionsarerealizedthroughthedebugging。。KeyWords：Steppermotor;Pulse—widthmodulated;drivingmechanism；singlechip；rotation目錄HYPERLINK\l”_Toc231933227”序言1第1章緒論2HYPERLINK\l”_Toc231933229"1.1課題研究的目的和意義21.2國(guó)內(nèi)外研究概況2_Toc231933232"第2章步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡(jiǎn)介42。1。1步進(jìn)電機(jī)概述4HYPERLINK\l”_Toc231933235"步進(jìn)電機(jī)的工作原理6_Toc231933237"2。2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹92.2.2步進(jìn)電機(jī)繞組的電氣特性10HYPERLINK\l”_Toc231933240"2。3單片機(jī)原理112。3.1單片機(jī)原理概述11HYPERLINK\l”_Toc231933242"單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)122。3.3AT89C51簡(jiǎn)介13_Toc231933250”3.1系統(tǒng)整圖17HYPERLINK\l”_Toc231933245”3.2電源部分18HYPERLINK\l”_Toc231933246"3.3按鍵部分18HYPERLINK\l”_Toc231933247”3.4驅(qū)動(dòng)部分19HYPERLINK\l”_Toc231933248"3.5狀態(tài)指示部分20HYPERLINK\l”_Toc231933249"3。6時(shí)鐘部分20_Toc231933253”4。2系統(tǒng)主程序21_Toc231933255”4.4前進(jìn)部分22HYPERLINK\l”_Toc231933256"4。5后退部分23HYPERLINK\l”_Toc231933257”4.6加速部分24HYPERLINK\l”_Toc231933258”4.7減速部分25第5章系統(tǒng)的調(diào)試與檢測(cè)26HYPERLINK\l”_Toc231933261”5。1程序編譯時(shí)的錯(cuò)誤與解決方法26HYPERLINK\l”_Toc231933262”5。2LM7812輸出電壓錯(cuò)誤與解決方法265.3步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)錯(cuò)誤及解決方法26HYPERLINK\l”_Toc231933264"5.4結(jié)論與展望27致謝29附錄1:源程序清單30HYPERLINK\l”_Toc231933268"附錄2:英文資料及其中文翻譯35基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)序言步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。它是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等,并且用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非常可行，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)軟件和硬件的結(jié)合實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速功能,并且步進(jìn)電機(jī)所處的狀態(tài)用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示。主要通過(guò)三大塊來(lái)設(shè)計(jì)，包括驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、狀態(tài)顯示部分和按鍵部分是設(shè)計(jì)。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而精確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度;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)的角度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本次論文分為六章，序言簡(jiǎn)要介紹了此次設(shè)計(jì)中有關(guān)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器的相關(guān)概念.第1章是緒論，主要探討了步進(jìn)電機(jī)的研究背景和本論文的主要研究?jī)?nèi)容；第2章步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的原理；第3章系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)；第4章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì);第5章系統(tǒng)的調(diào)試與檢測(cè)；最后是參考文獻(xiàn)、附錄和致謝。通過(guò)七章內(nèi)容的描述，詳細(xì)介紹了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法、以及設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題和解決問(wèn)題的途徑。第1章緒論1.1課題研究的目的和意義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī),它最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速,快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用.隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增，研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。1。2國(guó)內(nèi)外研究概況步進(jìn)電機(jī)是國(guó)外發(fā)明的。中國(guó)在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用,例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用,驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。國(guó)外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)上,目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對(duì)速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比來(lái)比較，比較不劃算，還是用直流電動(dòng)機(jī)，加電動(dòng)機(jī)編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。國(guó)外在小功率的場(chǎng)合,還使用步進(jìn)電機(jī)，例如一些工業(yè)器材,工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī),銀行自動(dòng)柜員機(jī).國(guó)外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機(jī)排擠出驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機(jī)還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制.國(guó)內(nèi)過(guò)去是用大力矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控，有實(shí)力的公司現(xiàn)在也采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的主要差距，是國(guó)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制理論與工程分析和應(yīng)用能力強(qiáng),先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部?？偟膩?lái)說(shuō),步進(jìn)電機(jī)是一種簡(jiǎn)易的開(kāi)環(huán)控制，對(duì)運(yùn)用者的要求低,不適合在大功率的場(chǎng)合使用。在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場(chǎng)合，中國(guó)在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)，在高品質(zhì)的控制場(chǎng)合，有時(shí)還不能使用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開(kāi)放初期，國(guó)內(nèi)就已經(jīng)基本掌握,這與交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制相比，難度要低得多。1。3論文的主要研究?jī)?nèi)容本論文所選的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī),采用的方法是利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。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。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的，并且通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級(jí)別.另外通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，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(méi)有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。第2章步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡(jiǎn)介2.1步進(jìn)電機(jī)介紹2。1.1步進(jìn)電機(jī)概述步進(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，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(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)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn).使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單.正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響.由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是步距角為1.8度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī).步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)：（一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)1、相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)N、S磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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—DA-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(guò)的角位移用θ表示.θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*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θ=360度/（50＊4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=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(chǎng)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(wú)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(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)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(yǔ)：1、步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)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(cè)試條件下測(cè)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).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。

要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。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)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—AB—B—BC—C-CD-D—DA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-D—CD-C-BC—B—AB—A時(shí)為反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的特征如下:1、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%-5%,且不積累。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)的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降.4、步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，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)電動(dòng)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(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。2。1.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移,就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一步.步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率(f）成正比，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,即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。如下所示的步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖.圖2—1

四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi),B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí),轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源,SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2—2所示：圖2-2步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖2。1。3步進(jìn)電機(jī)的分類與選擇現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，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,但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差。永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，它的出力大,動(dòng)態(tài)性能好，但步距角一般比較大。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。混合式步進(jìn)電機(jī)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)的應(yīng)用最為廣泛，它是PM和VR的復(fù)合產(chǎn)品,其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu).此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小,出力大,動(dòng)態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。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。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。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)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倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）。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、及驅(qū)動(dòng)電壓）。4、力矩與功率換算步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下:P=

Ω·M

Ω=2π·n/60

P=2πnM/60

其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速,M為力矩單位為牛頓·米P=2πfM/400（半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS）2。2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹2.2。1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備—-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能,除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外,也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣.典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)電機(jī)本體三部分組成。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號(hào)，每發(fā)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，即步進(jìn)一步。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于脈沖的有無(wú)或頻率的高低?？刂破鞯姆较蛐盘?hào)決定步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn).通常，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和電源組成.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一旦接收到來(lái)自控制器的方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機(jī)通電方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組導(dǎo)通或截止信號(hào).控制電路輸出的信號(hào)功率很低,不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的功率驅(qū)動(dòng)部分。功率驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。保護(hù)電路在出現(xiàn)短路、過(guò)載、過(guò)熱等故障時(shí)迅速停止驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)的運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)繞組的電氣特性步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機(jī)相繞組的兩個(gè)固有屬性,電機(jī)的性能和這兩個(gè)因素密切相關(guān).繞組通電時(shí)，電感使繞