基于單片機的步進電機升降頻控制

PAGEIV..基于單片機的步進電機升降頻控制摘要步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。是自動控制系統(tǒng)中最常用的一種開環(huán)執(zhí)行元件,因此其運行過程中的可靠性顯得尤為重要。所以在啟動和停止過程中要根據(jù)電機及相連裝置的機械特性設(shè)計適宜的升降曲線,否則易出現(xiàn)失步和堵轉(zhuǎn),造成起動不利或位置控制不準(zhǔn)確。而單片機作為步進電機最理想的控制器,它具有控制方便,編程靈活的特點,可以根據(jù)不同電機及負(fù)載的特性設(shè)計適宜的升降過程,使步進電機的運動順暢精確。本設(shè)計主要是設(shè)計出一個系統(tǒng)能調(diào)試適合不同電機升降頻的曲線,而此曲線大致符合指數(shù)型曲線。我們把曲線分割成一個個的階梯,通過單片機定時器來控制脈沖,通過撥碼盤來設(shè)定要升到的頻率,讓電機一階梯一階梯運行,人們可以通過聽和看來判斷這段升速過程有無堵轉(zhuǎn)失步現(xiàn)象,通過軟件方便地改變升降曲線適應(yīng)不同的電機及負(fù)載。關(guān)鍵詞：單片機AT89C51,步進電機,加減速控制,定時器,撥碼盤StepMotorBasedonSingleChipFrequencyControlABSTRACTSteppermotoristheelectricpulsesignalsintoangulardisplacementorlineardisplacementoftheopen-loopcontrolcomponents.Automaticcontrolsystemisthemostcommonlyusedopen-loopimplementationofcomponents,soitsreliabilityduringoperationisveryimportant.Sointheprocessofstartingandstoppingthemotorandassociatedequipmentaccordingtothemechanicalpropertiesofthedesignofappropriateliftcurve,oreasytoappearoutofstepandstall,resultinginadverseorstartingpositioncontrolisnotaccurate.Thebestsinglechipsteppermotorcontroller,asiteasytocontrol,flexibleprogrammingfeatures,accordingtodifferentcharacteristicsofthemotorandloaddowntheprocessofdesigningappropriate,sothatsmoothprecisesteppingmotormovement.Thedesignistodesignasystemtodebugthemotormovementsfordifferentfrequencycurve,andthiscurvebroadlyinlinewithexponentialcurve.Wesplitthecurveintooneoftheladder,throughthemicrocontrollertimertocontrolthepulse,throughthecodedisctosetasidethefrequencytorise,letthemotorrunforaladderofaladder,anditseemsthatpeoplecanjudgebylisteningtothisrisespeedtheprocessofstepphenomenawithoutblocking,bychangingtheliftcurveofthesoftwaretoeasilyadapttodifferentmotorandload.KEYWORDS:SCMAT89C51,steppermotor,accelerationanddecelerationcontrol,timer,dialencoder..目錄前言1第1章步進電機的介紹21.1步進電機的結(jié)構(gòu)及原理21.1.1步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)21.1.2步進電機旋轉(zhuǎn)原理21.2步進電機的性能參數(shù)31.2.1步進電機的技術(shù)參數(shù)31.2.2步進電機主要指標(biāo)3第2章步進電機控制原理52.1步進電機概述52.1.1步進電機的控制及分類52.1.2步進電機的失步現(xiàn)象和過沖現(xiàn)象62.1.3步進電機的升降頻曲線6第3章方案的論證83.1方案論述8第4章設(shè)計系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及控制104.1系統(tǒng)設(shè)計原理104.1.1控制系統(tǒng)104.1.2硬件原理圖134.2撥碼盤144.2.1撥碼盤的原理及簡介144.2.2撥碼盤的硬件電路154.3電機硬件接口164.4開關(guān)控制電路及晶振電路174.4.1開關(guān)電路174.4.2晶振電路18第5章步進電機控制程序的設(shè)計195.1控制方式195.1.1三相六拍工作方式195.1.2旋轉(zhuǎn)方向控制195.1.3脈沖的形成方式205.1.4轉(zhuǎn)速控制205.2控制程序設(shè)計215.2.1步進電機控制系統(tǒng)程序流程圖215.2.2單片機軟件程序26結(jié)論31謝辭32參考文獻(xiàn)33附錄34外文資料翻譯36..前言步進電機最早是在1920年由英國人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進電機上,這對于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過不斷改良,使得今日步進電機已廣泛運用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中,我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡,尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進電機可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動,使用非常方便。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的,而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài),當(dāng)有脈沖輸入時步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動,每給它一個脈沖信號,它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比,在時間上與輸入脈沖同步,因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序,便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時,在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機控制。步進電機還具有快速啟動、精確步進和定位等特點,因而在數(shù)控機床,繪圖儀,打印機以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機。傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置,在人類的生產(chǎn)和生活進入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。步進電機可以作為一種控制用的特種電機,利用其沒有積累誤差<精度為100%>的特點,廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。..第1章步進電機的介紹1.1步進電機的結(jié)構(gòu)及原理1.1.1步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以三相反應(yīng)式步進電機工作原理為例,步進電機的工作原理如下,電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒,定子齒有三個勵磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,〔相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示,即A與齒1相對齊,B與齒2向右錯開1/3て,C與齒3向右錯開2/3て,A'與齒5相對齊,〔A'就是A,齒5就是齒1下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖如下圖1-1所示：圖1-1定子展開圖1.1.2步進電機旋轉(zhuǎn)原理1.如果A相通電,B,C相不通電時,由于磁場作用,齒1與A對齊,轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同。2.如果B相通電,A,C相不通電時,齒2應(yīng)與B對齊,此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て,此時齒3與C偏移為1/3て,齒4與A偏移〔て-1/3て=2/3て。3.如果C相通電,A,B相不通電,齒3應(yīng)與C對齊,此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て,此時齒4與A偏移為1/3て對齊。如果A相通電,B,C相不通電,齒4與A對齊,轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て。1.2步進電機的性能參數(shù)1.2.1步進電機的技術(shù)參數(shù)1.空載啟動頻率:即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動,可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下,啟動頻率更低。如果要使電機達(dá)到高速轉(zhuǎn)動,脈沖頻率應(yīng)該有加速過程,即啟動頻率較低,然后一定加速度升到所希望的高頻〔電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速。2.電機固有步距角:它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號,電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°〔表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°,這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’,它不一定是電機實際工作時的真正步距角,真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。3.步進電機的相數(shù):是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù),目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時,用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器,則‘相數(shù)’將變得沒有意義,用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù),就可以改變步距角。在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如,當(dāng)人們說2N.m的步進電機,在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。1.2.2步進電機主要指標(biāo)常見步進電機的指標(biāo)可分為:靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語和動態(tài)指標(biāo)術(shù)語。1.靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：〔1拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機為例,有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A?！?步距角：對應(yīng)一個脈沖信號,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度〔轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù),以常規(guī)二、四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/〔50*4=1.8度〔俗稱整步,八拍運行時步距角為θ=360度/〔50*8=0.9度〔俗稱半步?！?定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下,電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩〔由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的。〔4靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下,電機不作旋轉(zhuǎn)運動時,電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積〔幾何尺寸的標(biāo)準(zhǔn),與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(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),但過份采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。2.動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：〔1步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同,四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi),八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)?！?失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步?！?失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機運轉(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)動是不能解決的?！?最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下,不加負(fù)載的情況下,能夠直接起動的最大頻率?！?最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。第2章步進電機控制原理2.1步進電機概述2.1.1步進電機的控制及分類步進電機是一種用電脈沖進行控制,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機,其機械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成正比,每一個脈沖信號可使步進電機旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度,脈沖的頻率決定了電機運轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度<稱為"步距角">,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的的。步進電機是將電脈沖信號變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。步進電機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài),當(dāng)有脈沖輸入時步進電機一步一步地轉(zhuǎn)動,每給它一個脈沖信號,它就轉(zhuǎn)動一定的角度,因此非常適合于單片機控制。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是,它是通過輸入脈沖信號來進行控制的,即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定,而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機〔VR永磁式步進電機〔PM、混合式步進電機〔HB和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進電機一般為三相,可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。本次方案所選用的步進電機為三相六拍。2.1.2步進電機的失步現(xiàn)象和過沖現(xiàn)象一些控制簡單或要求低成本的運動控制系統(tǒng)中,經(jīng)常用步進電機做執(zhí)行元件。步進電機在這種應(yīng)用場合下最大的優(yōu)勢是：可以開環(huán)方式控制而無需反饋就能對位置和速度進行控制。但也正是因為負(fù)載位置對控制電路沒有反饋,步進電機就必須正確響應(yīng)每次勵磁變化。如果勵磁頻率選擇不當(dāng),電機不能夠移到新的位置,那么實際的負(fù)載位置相對控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差,即發(fā)生失步現(xiàn)象或過沖現(xiàn)象。因此步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)中,如何防止失步和過沖是開環(huán)控制系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵。

失步和過沖現(xiàn)象分別出現(xiàn)在步進電機啟動和停止的時候。一般情況下,系統(tǒng)的極限啟動頻率比較低,而要求的運行速度往往比較高。如果系統(tǒng)以要求的運行速度直接啟動,因為該速度已超過極限啟動頻率而不能正常啟動,輕則可能發(fā)生丟步,重則根本不能啟動,產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。系統(tǒng)運行起來以后,如果達(dá)到終點時立即停止發(fā)送脈沖串,令其立即停止,則由于系統(tǒng)慣性作用,電機轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過平衡位置,如果負(fù)載的慣性很大,會使步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點平衡位置的下一個平衡位置,并在該位置停下。

2.1.3步進電機的升降頻曲線在一些控制簡單或要求低成本的運動控制系統(tǒng)中,經(jīng)常用步進電機做執(zhí)行元件。步進電機在這種應(yīng)用場合下最大的優(yōu)勢是：可以開環(huán)方式控制而無需反饋就能對位置和速度進行控制。但也正是因為負(fù)載位置對控制電路沒有反饋,步進電機就必須正確響應(yīng)每次勵磁變化。如果勵磁頻率選擇不當(dāng),電機不能夠移到新的位置,那么實際的負(fù)載位置相對控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差,即發(fā)生失步現(xiàn)象或過沖現(xiàn)象。因此步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)中,如何防止失步和過沖是開環(huán)控制系統(tǒng)能否正常運行的關(guān)鍵。失步和過沖現(xiàn)象分別出現(xiàn)在步進電機啟動和停止的時候。一般情況下,系統(tǒng)的極限啟動頻率比較低,而要求的運行速度往往比較高。如果系統(tǒng)以要求的運行速度直接啟動,因為該速度已超過極限啟動頻率而不能正常啟動,輕則可能發(fā)生丟步,重則根本不能啟動,產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)。系統(tǒng)運行起來以后,如果達(dá)到終點時立即停止發(fā)送脈沖串,令其立即停止,則由于系統(tǒng)慣性作用,電機轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過平衡位置,如果負(fù)載的慣性很大,會使步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點平衡位置的下一個平衡位置,并在該位置停下。為了克服失步和過沖現(xiàn)象,應(yīng)在步進電機啟停時進行如圖2-1所示的升降頻控制。圖2-1升降頻控制曲線從圖2-1可以看出,L2段為恒速運行,L1段為升頻,L3段為降頻,按照"失步"的定義如果在

L及L3

段上升及下降的控制頻率變化大轉(zhuǎn),經(jīng)常會影響系統(tǒng)的正常工作,因此,在步進電機變速運行中,必須進行正確的升降速控制。針對不同電機的機械特性,我們專門設(shè)計了一個數(shù)據(jù)區(qū),這個數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)即確定了指數(shù)曲線的形狀,我們改變電機時,只要根據(jù)電機的特性改變數(shù)據(jù)區(qū)的一些數(shù)據(jù),即可使曲線很好的與電機適配。具體設(shè)計如下：首先用細(xì)密的階梯逼近曲線,使步進電機按照每個階梯的步長和速度一個階梯一個階梯地運行。其頻率也就隨著階梯的升高而升高,實現(xiàn)升頻；降頻是則反之。步進電機在每個階梯上以一定的速度運行一定的步數(shù)〔即步長,速度由兩步之間的時間間隔控制,時間由定時器的定時常數(shù)決定。PAGE16..第3章方案的論證3.1方案論述步進電機控制雖然是一個比較精確的,步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點,在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中,控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進電機的運行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。一種是延時,一種是定時。延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序,待延時結(jié)束后再次執(zhí)行換向,這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和,就是CP脈沖的周期,該方法簡單,占用資源少,全部由軟件實現(xiàn),調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行。但占用CPU時間長,不能在運行時處理其他工作。因此只適合較簡單的控制過程。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產(chǎn)生任意周期的定時信號,從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。當(dāng)定時器啟動后,定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù),當(dāng)定時器溢出時,定時器產(chǎn)生中斷,系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序。將電機換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中,定時中斷一次,電機換向一次,從而實現(xiàn)電機的速度控制。由于從定時器裝載完重新啟動開始至定時器申請中斷止,有一定的時間間隔,造成定時時間增加,為了減少這種定時誤差,實現(xiàn)精確定時,要對重裝的計數(shù)初值作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個因素一是中斷響應(yīng)所需的時間。二是重裝初值指令所占用的時間,包括在重裝初值前中斷服務(wù)程序重的其他指令因。綜合這兩個因素后,重裝計數(shù)初值的修正量取8個機器周期,即要使定時時間縮短8個機器周期。用定時中斷方式來控制電動機變速時,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。在控制過程中,采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。為了減少每步計算裝載值的時間,系統(tǒng)設(shè)計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的ROM中,系統(tǒng)在運行中用查表法查出所需的裝載值,這樣可大幅度減少占用CPU的時間,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度愿大多數(shù)步進電機運動控制系統(tǒng)都運行在開環(huán)狀態(tài)下,因為成本較低,并可提供運動控制技術(shù)固有的位置控制,無須反饋。但是,在某些應(yīng)用中,需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證,因此,閉環(huán)控制也是一種選擇.以下是一些實現(xiàn)步進電機閉環(huán)控制的方法：1.步進確認(rèn),這是最簡單的位移控制,使用一個低值的光學(xué)編碼器計算步進移動的數(shù)量。一個簡單的回路與指令校驗的步進電機比較,驗證步進電機移動到預(yù)計的位置；2.反電動勢,一種無傳感器的檢測方法,使用步進電機的反電動勢〔eleCtromotiveforCe,emf信號,測量和控制速度。當(dāng)反電動勢電壓降至監(jiān)測探測水平時,閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開環(huán),完成最終的位移移動；3.全伺服控制,指全時間的使用反饋設(shè)備,用于步進電機--編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上,從而更為精確地控制步進電機位移和轉(zhuǎn)矩。其它的方法包括各種不同的反電動勢控制電機參數(shù)測量和軟件技術(shù),一些制造企業(yè)都會使用這些方法。這里,步進驅(qū)動監(jiān)控和測量電機線圈,使用電壓額電流信息提高步進電機控制。正阻尼使用這一信息阻擋振動的速度,產(chǎn)生更多的可用的轉(zhuǎn)矩輸出,降低轉(zhuǎn)矩的機械振動損耗。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步速度的損耗。傳統(tǒng)步進電機控制通常采用反饋設(shè)備和非傳感方法,是有效的實現(xiàn)帶有安全需求、危險狀況或高精確度要求的運動應(yīng)用的方法。

大多數(shù)基于步進電機的系統(tǒng),一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下,這樣可提供一個低成本的方案。事實上,步進系統(tǒng)可提高位移控制的的性能,且不需要反饋。但是,當(dāng)步進電機在開環(huán)時運行,在命令步幅和實際步幅之間會有同步損耗的可能。閉環(huán)控制,是傳統(tǒng)步進控制的一個部分,能有效地提供更高地可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量。在這些步進系統(tǒng)中,反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進行校正或控制失步、監(jiān)測電機停滯,以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。近期,步進電機的閉環(huán)控制〔CLC還能幫助執(zhí)行智能分布運動架構(gòu)。然而,開環(huán)操作會有失步的風(fēng)險,這將產(chǎn)生定位失誤。但與伺服系統(tǒng)中使用的編碼器相比,閉環(huán)步進電機采用的編碼器成本更低。故選擇閉環(huán)控制。第4章設(shè)計系統(tǒng)的硬件構(gòu)成及控制4.1系統(tǒng)設(shè)計原理4.1.1控制系統(tǒng)AT89C51是一個低電壓,高性能CMOS8位單片機,片內(nèi)含8kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器〔RAM,器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng),片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元,AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。1.AT89C51的主要性能高如下〔1兼容MCS51指令系統(tǒng)；〔28k可反復(fù)擦寫<大于1000次FlashROM；〔332個雙向I/O口；〔4256x8bit內(nèi)部RAM；〔53個16位可編程定時/計數(shù)器中斷；〔6時鐘頻率0-24MHz；〔72個串行中斷,可編程UART串行通道；〔82個外部中斷源,共8個中斷源；〔92個讀寫中斷口線,3級加密位；〔10低功耗空閑和掉電模式,軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能；2.AT89C51的引腳圖4-189C51引腳3.AT89C51的低功耗工作方式〔1待機方式〔休眠方式當(dāng)利用軟件使待機方式位IDL〔PCON.0=0時,單片機進入空閑方式。此時,CPU處于休眠狀態(tài),而片內(nèi)所有其它外圍設(shè)備都保持工作狀態(tài),片內(nèi)RAM和所有特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在待機方式下,當(dāng)晶振fOSC=12MHz,電源電壓VCC=6V時,電源電流ICC從20mA降至5mA;而VCC=3V時,ICC由5.5mA降至1mA。中斷或硬件復(fù)位可以終止待機方式?！?掉電方式掉電方式由掉電方式位PD〔PCON.1=1設(shè)置。此時,振蕩器停止工作,設(shè)置掉電方式的指令成為最后執(zhí)行的一條指令,片內(nèi)RAM和特殊功能寄存器內(nèi)容保持不變。在掉電方式下,VCCmin=2V。當(dāng)VCC=6V時,ICCmax=100μA;當(dāng)VCC=3V時,ICCmax=20μA。退出掉電方式的唯一方式是硬件復(fù)位。硬件復(fù)位將重新定義特殊功能寄存器,但不影響片內(nèi)RAM。復(fù)位的保持時間應(yīng)足夠長,以便振蕩器能重新開始工作并穩(wěn)定下來。在VCC沒有恢復(fù)到正常工作電壓之前,不應(yīng)進行復(fù)位。如果不采用外部上拉,P1.0和P1.1應(yīng)置"0",否則置"1"。采用微機對步進電機進行加減速控制,實際上就是改變輸出脈沖的時間間隔,升速時使脈沖串逐漸加密,減速時使脈沖串逐漸稀疏。采用定時器中斷方式控制電機變速時,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。

單片機在控制電機加減速的過程中,一般用離散方法逼近理想的升降速曲線。加減速的斜率在直線加速過程中,速度不是連續(xù)變化,而是按分檔階段變化,為與要求的升速斜率相逼近,必須確定每個臺階上的運行時間,見圖4-8

。時間Δ

t

越小,升速越快,反之越慢。Δ

t的大小可由理論或?qū)嶒灤_定,以升速最快而又不失步為原則。每個臺階的運行步數(shù)為為

N

s

=f

s

Δ

t=s

Δ

N

,反映了每個速度臺階運行步數(shù)與當(dāng)前速度

s

之間的關(guān)系,程序執(zhí)行過程中,每次速度升一檔,都要計算這個臺階應(yīng)走的步數(shù),然后以遞減方式檢查,當(dāng)減至零時,該檔速度運行完畢,升入又一檔速度。圖4-2升速階梯電機在升速過程中,對升速總步數(shù)進行遞減操作,當(dāng)減至零時升速過程結(jié)束,轉(zhuǎn)入勻速運轉(zhuǎn)過程。減速過程的規(guī)律與升速過程相同,只是按相反的順序進行。在步進電機的啟停過程中,根據(jù)控制系統(tǒng)的具體特點,采用上述三種升降速控制方式之一,都可以避免電機失步或過沖,達(dá)到比較精確的控制。

不過利用單片機控制時可以有效的控制成本。4.1.2硬件原理圖整體設(shè)計的總原理圖如圖4-3所示。圖4-3原理圖4.2撥碼盤4.2.1撥碼盤的原理及簡介本次采用撥碼盤是BCD撥碼盤,它采用十進制數(shù)輸入BCD碼輸出,輸入端有0～9十個位置,每個位置有相應(yīng)的數(shù)字顯示,代表一位十進制數(shù)BCD撥碼盤后面有5個連接點；1個是輸入控制線,4根輸出線,分別是輸出狀態(tài)。BCD撥碼盤的構(gòu)造如圖4-1所示。圖4-4BCD撥碼盤陣列的構(gòu)造它由處于前面板的撥碼盤和處于后側(cè)板的接線端組成。撥碼盤由上下兩個撥盤按鈕和夾在按鈕中間的撥位數(shù)碼指示器組成。撥位數(shù)碼指示器是可隨撥盤的撥動進行轉(zhuǎn)動0～9十個數(shù)字,用以顯示撥碼盤當(dāng)前數(shù)值。上面的撥碼按鈕為增量按鈕,每按下一次,撥碼盤正相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值加1,連續(xù)按十次,數(shù)據(jù)將被還原;下面的撥碼按鈕為減量按鈕,每按下一次,撥碼盤反相旋轉(zhuǎn)1/10周,撥位數(shù)碼指示器顯示的數(shù)值減1。接線端向外引出標(biāo)有8、4、2、1、A的五個引腳。在實際應(yīng)用中,BCD撥碼盤可以直接插入BCD撥碼盤插座中使用,也可以采取從5個引腳上分別焊接引線的方式使用.BCD撥碼盤的接線端是當(dāng)前撥碼盤位置的反映,撥碼盤數(shù)碼顯示的數(shù)值直接影響8、4、2、1四個引腳與公共引腳A的導(dǎo)通狀態(tài),例如,當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為7時,圖4-4中的4、2、1引腳均與A導(dǎo)通,8引腳與A不導(dǎo)通;當(dāng)前撥碼盤撥位數(shù)碼指示器的顯示數(shù)據(jù)為4時,僅有4引腳與A導(dǎo)通,其余三個引腳與A均不導(dǎo)通。撥碼盤從0撥到9,A引腳與8、4、2、1四個引腳的導(dǎo)通的狀態(tài)如表1所示。此表中的0表示輸入控制線A與輸出線不通,表中的1表示輸入控制線A與輸出線相通。表4-1撥碼盤狀態(tài)表撥盤輸入控制端A輸出狀態(tài)84210100001100012100103100114101005101016101107101118110009110014.2.2撥碼盤的硬件電路圖4-5撥碼盤硬件電路設(shè)計圖中的7406是集電極開路高壓輸出的六相緩沖器,用來選中撥碼盤并吸收較大電流,四個1K電阻〔圖4-1起限流作用。四個端子為數(shù)據(jù)區(qū),COM為公共端,當(dāng)撥碼盤窗口顯示的數(shù)值不為0時,其數(shù)據(jù)線將有一位或幾位與COM端接通。4.3電機硬件接口傳統(tǒng)的步進電機控制系統(tǒng)采用硬件進行控制,一個脈沖發(fā)生器產(chǎn)生頻率變化的脈沖信號,再經(jīng)一個脈沖分配器把方向控制信號和脈沖信號轉(zhuǎn)換成有一定邏輯關(guān)系的環(huán)形脈沖；驅(qū)動電路放大后就可以來驅(qū)動步進電機了。在這種控制中,步進電機的脈沖由硬件電路產(chǎn)生,如果系統(tǒng)發(fā)生變化或使用不同類型的步進電機,需重新設(shè)計硬件電路,系統(tǒng)的可移植性不好。

用微機控制系統(tǒng)代替脈沖發(fā)生器和脈沖分配器,就可以根據(jù)系統(tǒng)需要通過軟件編程的方法任意設(shè)定步進電機的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)角度、轉(zhuǎn)動次數(shù)和控制步進電機的運行狀態(tài)。這樣可簡化控制電路,降低生產(chǎn)成本,提高系統(tǒng)的運行效率和靈活性。圖4-3為單片機控制步進電機接口原理圖。

圖4-6單片機控制步進電機接口電路原理圖步進電機的驅(qū)動電路如圖4-3所示,采用單片機AT89C51來驅(qū)動,?？梢院芊奖愕厥褂貌煌鄶?shù)的步進電機按一種可執(zhí)行的通電方式來控制,在這個系統(tǒng)中,單片機的主要作用是接收撥碼值,通過按鍵中斷,啟動軟件運行。通過P1.0,P1.1,和P1.2提供控制步進電機的時序脈沖,控制步進電機的運行,系統(tǒng)采用軟件來完成脈沖分配,這樣可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要,方便靈活地改變步進電機的控制方式,步進一步的時間可由兩個控制字的送出時間間隔決定。4.4開關(guān)控制電路及晶振電路4.4.1開關(guān)電路圖4-7步進電機的開關(guān)控制電路如圖所示K1,K2分別接到P2.7和P2.5。R1,R2為上拉電阻,接5V電源。通過與非門74LS00接非門74LS04接到INT0中斷口。4.4.2晶振電路圖4-8晶振電路晶振電路由一個12MHz的晶振和兩個30pF的電容并聯(lián)組成,如圖4-6所示。兩端分別接到XTAL1和XTAL2上。第5章步進電機控制程序的設(shè)計5.1控制方式5.1.1三相六拍工作方式在這種工作方式下,首先A相通電,轉(zhuǎn)子齒與A相定子齒對齊。第二拍,A相繼續(xù)通電,同時接通B相,A、B各自建立的磁場形成一個合成磁場,這時轉(zhuǎn)子齒既不對準(zhǔn)A相也不對準(zhǔn)B相,而是對準(zhǔn)A、B兩極軸線的角等分線,使轉(zhuǎn)子齒相對于A相定子齒轉(zhuǎn)過1/6齒距,即1.5°。第三拍,A相切斷,僅B相保持接通。這時,由B相建立的磁場與單三拍時B相通電的情況一樣。依次類推,繞組以A—AB—B—BC—C—CA—A時序<或反時序>轉(zhuǎn)換6次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進一個齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1.5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。5.1.2旋轉(zhuǎn)方向控制步進電機的旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序及通電方式有密切關(guān)系。對于三相六拍工作方式：

正相旋轉(zhuǎn)：A→AB→B→BC→C→CA反相旋轉(zhuǎn)：CA→C→CB→B→BA→A

三相六拍控制模型如表5-1和表5-2所示。表5-1正轉(zhuǎn)控制模型步序通電方式控制模型二進制十六進制1A0000000101H2AB0000001103H3B0000001002H4BC0000011006H5C0000010004H6CA0000010105H表5-2反轉(zhuǎn)控制模型步序通電方式控制模型二進制十六進制1CA0000010105H2C0000010004H3CB0000011006H4B0000001002H5BA0000001103H6A0000000101H由驅(qū)動系統(tǒng)的硬件控制圖可以看出,單片機只要根據(jù)需要輪流給P1.0,P1.1,P1.2端口發(fā)送步進脈沖來控制電機運行,則三相六拍的系統(tǒng)控制模型如附表所示；在程序中,只要將依次將6個控制字送到P1口,步進電機就會轉(zhuǎn)動一個齒距角。每送一個控制字,就完成一拍,步進電機就轉(zhuǎn)過一個步距角5.1.3脈沖的形成方式實現(xiàn)對步進電機的控制,微機應(yīng)能輸出有一定周期的控制脈沖。步驟是：先輸出一個高電平,延時一段時間后,再輸入一個低電平,然后再延時。改變延時時間的長短,即可改變脈沖的周期,脈沖的周期由步進電機的工作頻率確定。由于采用延時會浪費CPU大量時間,故采用定時器來控制脈沖的輸出。5.1.4轉(zhuǎn)速控制控制步進電機的運行速度,實際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期,即在升速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸減少。脈沖信號的頻率可以用軟件延時和硬件中斷兩種方法來確定。

采用軟件延時,一般是根據(jù)所需的時間常數(shù)來設(shè)計一個子程序,該程序包含一定的指令,設(shè)計者要對這些指令的執(zhí)行時間進行嚴(yán)密的計算或者精確的測試,以便確定延時時間是否符合要求。每當(dāng)延時子程序結(jié)束后,可以執(zhí)行下面的操作,也可用輸出指令輸出一個信號作為定時輸出。采用軟件定時,CPU一直被占用,因此CPU利用率低。可編程的硬件定時器直接對系統(tǒng)時鐘脈沖或某一固定頻率的時鐘脈沖進行計數(shù),計數(shù)值則由編程決定。當(dāng)計數(shù)到預(yù)定的脈沖數(shù)時,產(chǎn)生中斷信號,得到所需的延時時間或定時間隔。由于計數(shù)的初始值由編程決定,因而在不改動硬件的情況下,只通過程序變化即可滿足不同的定時和計數(shù)要求,因此使用很方便。我們使用定時器1進行定時。晶振為12MHz。單片機的定時時間為：t=〔216-T0初值×震蕩周期×12,步進電機的升降頻控制數(shù)據(jù)表見附錄。5.2控制程序設(shè)計5.2.1步進電機控制系統(tǒng)程序流程圖圖5-1主程序流程圖5-2撥盤流程圖5-3中斷流程圖5-4升頻流程圖5-5恒速流程圖5-6降頻流程圖5-7走一步流程5.2.2單片機軟件程序編制程序如下:ORG0000HLJMPMAINORG0003HCLRIE.0LJMPINT0ZDORG000BHDSZDCX:MOV6AH,#0FFHMOVTH0,38HMOVTL0,39HCLRET0RETIORG0100HMAIN:MOVP1,#01MOVR4,#0MOVSP,#60HMOVIE,#83HMOVIP,#00HMOVTCON,#00HMOVTMOD,#01HMOV6AH,#00HSJMP$INT0ZD: PUSHPSWPUSHACCCLREX0 P2.5,J0LCALLld20ms LCALLQSCXMOVR2,#0SETBTR0LCALLSPZCXLCALLHSZCXSJMPRETURNJ0:P2.7,RETURNLCALLd20msLCALLJPZCXCLRTR0POPACCPOPPSWRETURN:RETIQSCX:MOVP0,#01HMOVA,P0CPLAANLA,#0F0HMOV30H,AMOVP0,#02HMOVA,P0cplaANLA,#0F0HSWAPAADDA,30HMOV30H,AMOVP0,#04HMOVA,P0cplaANLA,#0F0HMOV31H,AMOVP0,#08HMOVA,P0cplaANLA,#0F0HSWAPAADDA,31HMOV31H,ARETSPZCX:MOVDPTR,#0A00HLOOP1:MOVA,R2RLARLARLAMOVR3,AMOVCA,A+DPTRMOVTH0,AMOV38H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOVTL0,AMOV39H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOV32H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOV33H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOV34H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOV35H,ALCALLSZJFJCSPFLOOP: LCALLZYBCXDJNZ33H,LOOPINCR2MOVR3,#0SJMPLOOP1SPF:SETBEX0RETSZJF:MOVR0,#35HMOVR1,#31HCLRCMOVA,R0SUBBA,R1DECR0DECR1MOVA,R0SUBBA,R1RETHSZCX:MOVTH0,38HMOVTL0,39HJPJ:P2.7,HSlcalld20msRETHS:LCALLZYBCXSJMPJPJJPZCX:MOVDPTR,#0C00HMOVR2,32HLOOPJ1:MOVA,R2DJNZR2,JPCLRTR0RETJP:RLARLARLAMOVR3,AMOVCA,A+DPTRMOVTH0,AMOV38H,AINCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOVTL0,AMOV39H,AINCR3 INCR3MOVA,R3MOVCA,A+DPTRMOV33H,ALOOPJ: LCALLZYBCXDJNZ33H,LOOPJDECR2MOVR3,#0SJMPLOOPJ1ZYBCX:SETBTCON.4MOVA,3AHCJNEA,#01H,ZZCJNER4,#00H,F1MOVR4,#05HSJMPF3F1:DECR4JMPF3ZZ:CJNER4,#05H,Z1MOVR4,#00HSJMPF3Z1:INCR4F3:MOVA,R4MOVDPTR,#0D00HMOVCA,A+DPTRMOVR0,#6AHDD:CJNER0,#0FFH,DDMOVP1,AMOV6AH,#00HRET d20ms:MOVR7,#20hds1:MOVR6,#0ffhds2:DJNZR6,ds2DJNZR7,ds1RETORG0A00HDB0D8H,0F0H,00,200,01,00,00,00DB0D7H,73H,00,180,01,20,00,00DB0E4H,19H,00,180,01,40,00,00DB0E7H,96H,01,180,01,60,00,00DB0EBH,71H,01,170,01,90,00,00DB0EEH,3EH,01,160,02,20,00,00DB0F0H,60H,01,140,02,50,00,00DB0F2H,0FAH,02,140,03,00,00,00DB0F4H,0DFH,02,120,03,50,00,00DB0F6H,03CH,03,120,04,00,00,00DB0F7H,52H,03,110,04,50,00,00DB0F8H,30H,04,110,05,00,00,00DB0F9H,07DH,05,100,06,00,00,00DB0FAH,068H,06,100,07,00,00,00DB0FBH,1EH,06,80,08,00,00,00DB0FBH,0A9H,08,80,09,00,00,00DB0FCH,073H,10,70,11,00,00,00DB0FCH,0FFH,14,70,13,00,00,00DB0FDH,66H,17,50,15,00,00,00ORG0C00HDB0FDH,04EH,00,200,00,00,00,00DB0FDH,03AH,00,180,00,00,00,00DB0FDH,01CH,00,180,00,00,00,00DB0FCH,0FEH,00,180,00,00,00,00DB0FCH,0E0H,00,170,00,00,00,00DB0FCH,0C2H,00,160,00,00,00,00DB0FCH,09AH,00,140,00,00,00,00DB0FCH,07CH,00,140,00,00,00,00DB0FCH,040H,00,120,00,00,00,00DB0FBH,0BEH,00,120,00,00,00,00DB0FBH,01EH,00,110,00,00,00,00DB0FAH,06AH,00,110,00,00,00,00DB0F9H,07AH,00,100,00,00,00,00DB0FFH,038H,00,100,00,00,00,00DB0F6H,03CH,00,80,00,00,00,00DB0F2H,0FEH,00,80,00,00,00,00DB0FCH,078H,00,70,00,00,00,00DB0D8H,0F0H,00,70,00,00,00,00ORG0D00HKZZ:DB01H,03H,02H,06H,04H,05H,00HEND結(jié)論畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)專業(yè)知識的一次綜合應(yīng)用、擴充和深化,也是對我們理論運用于實際設(shè)計的一次鍛煉。通過畢業(yè)設(shè)計,我不僅溫習(xí)了以前在課堂上學(xué)習(xí)的專業(yè)知識,同時我也得到了老師和同學(xué)的幫助,學(xué)習(xí)和體會到了電氣的基本技能和思想。

在本次畢業(yè)設(shè)計中,我為能用上大學(xué)期間學(xué)到的知識而欣喜萬分,同時我深深的感覺到了基礎(chǔ)知識的重要性。在以前學(xué)習(xí)電氣方面的基礎(chǔ)知識時,老是覺得所學(xué)的東西跟實踐相差的太遠(yuǎn),甚至覺得沒什么用,這可能跟當(dāng)時特別想學(xué)什么就馬上能用有關(guān)。這種急功近利的思想使自己對一些專業(yè)課的學(xué)習(xí)有所放松,在畢業(yè)設(shè)計的過程中,我感覺到那些基礎(chǔ)知識是相當(dāng)重要的。在以后的學(xué)習(xí)生活中切不可急于求成而忽略了基礎(chǔ)的夯實,對一門系統(tǒng)的科學(xué),應(yīng)該扎實的學(xué)習(xí)它的每一部分知識,充分利用各種實踐環(huán)節(jié),切實做到理論聯(lián)系實踐,學(xué)以致用。謝辭本次畢業(yè)設(shè)計歷時三個多月,從選題、開題一直到現(xiàn)在,其間每一過程都得到指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo),每當(dāng)有問題老師通過手機通知安排,身體力行、兢兢業(yè)業(yè)地為我們排憂解難,不僅治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)而且為人師表,堪稱良師益友,教給我們的不僅是知識還有待人處世的積極態(tài)度,在此我表示衷心的感謝。即將大學(xué)畢業(yè),很多同學(xué)都將開始他們?nèi)松械牡谝环菡焦ぷ?這充滿了激情與挑戰(zhàn),自己也很激動,畢業(yè)了有一個新的環(huán)境,新的開始,新的里程。但是不管怎樣,還是很希望自己能夠在以后的學(xué)習(xí)、生活、中作中,每天多一點色彩,規(guī)劃好未來之路,正確地樹立前進的目標(biāo),讓自己的生活目標(biāo)不是在沉重的氛圍中度過,而是要有一個健全平和的心態(tài),因為它是始終貫穿成功之路的籌碼。自信的生活,開心的笑,成功與快樂并駕齊驅(qū)；不以物喜,不以己悲。面朝大海,春暖花開希望一切美夢成真,最后,再次感謝我的輔導(dǎo)老師及大學(xué)期間的每一位老師,愿你們永遠(yuǎn)有一顆年輕的心！參考文獻(xiàn)[1]謝自美.電子線路設(shè)計、實驗、測試〔第二版.XX：華中理工大學(xué)出版社.2000[2]譚維瑜.電機與電氣控制〔第一版.北京：機械工業(yè)出版社.2003[3]陳理壁.步進電機機器應(yīng)用.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.1989[4]王宗培.步進電動機及其控制系統(tǒng).XX：XX工業(yè)大學(xué)出版社.1986[5]王玉琳、王強.步進電機的速度調(diào)節(jié)方法.XX：XX工業(yè)大學(xué)機械玉汽車工程學(xué)院.2005[6]何立民.《單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計》.北京：北京航空航天大學(xué)出版社.1998[7]錢逸秋.單片機原理與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社.2002[8]肖洪兵.跟我學(xué)用單片機.北京：電子工業(yè)出版社.2002[9]李維祥.單片機原理與應(yīng)用.天津：天津大學(xué)出版社.2001[10]朱定華.單片機微機原理與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社.2003附錄升降頻控制數(shù)據(jù)表格升頻數(shù)據(jù)表格升頻臺階序數(shù)N降頻臺階序數(shù)M頻率〔HZ階梯步數(shù)〔步每步時間<ms>階梯時間<S>定時時間F<高>F<低>000100200102D8F0H1001201808.331.5D773H2001401807.141.3E419H3101601806.251.2E796H4101901705.260.9EB71H5102201604.540.8EE3EH6102501404.000.7F060H7203001403.330.5F2FAH8203501202.860.3F4DFH9304001202.500.3F63CH10304501102.220.25F752H11405001102.000.22F830H12506001001.670.17F97D430.14FA68H1470800801.250.10FB1EH1580900801.110.09FBA9H16101100700.910.07FC73770.06FCFF670.04FD66H降頻數(shù)據(jù)表格降頻臺階序數(shù)M頻率〔HZ階梯步數(shù)〔步每步時間<ms>階梯時間<S>定時時間F<高>F<低>1714502000.690.14FD4EH1614001800.710.13FD3AH1513501800.740.133FD1CH1413001800.770.138FCFEH1312501700.80.136FCE0H1212001600.830.133FCC2H1111501400.870.121FC9AH1011001400.900.127FC7CH910401200.960.115FC40H809201201.090.130FBBEH708001101.250.37FB1EH607001101.430.157FA6AH506001001.670.167F97AH405001002.000.2FF38H30400802.500.20F63CH20300803.330.26F2FEH10200705.00.35FC78H0010070100.7D8F0H外文資料翻譯TheGeneralSituationofAT89C511TheapplicationofAT89C51Microcontrollersareusedinamultitudeofcommercialapplicationssuchasmodems,motor-controlsystems,airconditionercontrolsystems,automotiveengineandamongothers.Thehighprocessingspeedandenhancedperipheralsetofthesemicrocontrollersmakethemsuitableforsuchhigh-speedevent-basedapplications.However,thesecriticalapplicationdomainsalsorequirethatthesemicrocontrollersarehighlyreliable.Thehighreliabilityandlowmarketriskscanbeensuredbyarobusttestingprocessandapropertoolsenvironmentforthevalidationofthesemicrocontrollersbothatthecomponentandatthesystemlevel.IntelPlaformEngineeringdepartmentdevelopedanobject-orientedmulti-threadedtestenvironmentforthevalidationofitsAT89C51automotivemicrocontrollers.ThegoalsofthisenvironmentwasnotonlytoprovidearobusttestingenvironmentfortheAT89C51automotivemicrocontrollers,buttodevelopanenvironmentwhichcanbeeasilyextendedandreusedforthevalidationofseveralotherfuturemicrocontrollers.TheenvironmentwasdevelopedinconjunctionwithMicrosoftFoundationClasses<AT89C51>.Thepaperdescribesthedesignandmechanismofthistestenvironment,itsinteractionswithvarioushardware/softwareenvironmentalcomponents,andhowtouseAT89C51.1.1IntroductionThe8-bitAT89C51CHMOSmicrocontrollersaredesignedtohandlehigh-speedcalculationsandfastinput/outputoperations.MCS51microcontrollersaretypicallyusedforhigh-speedeventcontrolsystems.Commercialapplicationsincludemodems,motor-controlsystems,printers,photocopiers,airconditionercontrolsystems,diskdrives,andmedicalinstruments.TheautomotiveindustryuseMCS51microcontrollersinengine-controlsystems,airbags,suspensionsystems,andantilockbrakingsystems<ABS>.TheAT89C51isespeciallywellsuitedtoapplicationsthatbenefitfromitsprocessingspeedandenhancedon-chipperipheralfunctionsset,suchasautomotivepower-traincontrol,vehicledynamicsuspension,antilockbraking,andstabilitycontrolapplications.Becauseofthesecriticalapplications,themarketrequiresareliablecost-effectivecontrollerwithalowinterruptlatencyresponse,abilitytoservicethehighnumberoftimeandeventdrivenintegratedperipheralsneededinrealtimeapplications,andaCPUwithaboveaverageprocessingpowerinasinglepackage.Thefinancialandlegalriskofhavingdevicesthatoperateunpredictablyisveryhigh.Onceinthemarket,particularlyinmissioncriticalapplicationssuchasanautopilotoranti-lockbrakingsystem,mistakesarefinanciallyprohibitive.Redesigncostscanrunashighasa$500K,muchmoreifthefixmeans2backannotatingitacrossaproductfamilythatsharethesamecoreand/orperipheraldesignflaw.Inaddition,fieldreplacementsofcomponentsisextremelyexpensive,asthedevicesaretypicallysealedinmoduleswithatotalvalueseveraltimesthatofthecomponent.Tomitigatetheseproblems,itisessentialthatcomprehensivetestingofthecontrollersbecarriedoutatboththecomponentlevelandsystemlevelunderworstcaseenvironmentalandvoltageconditions.Thiscompleteandthoroughvalidationnecessitatesnotonlyawell-definedprocessbutalsoaproperenvironmentandtoolstofacilitateandexecutethemissionsuccessfully.IntelChandlerPlatformEngineeringgroupprovidespostsiliconsystemvalidation<SV>ofvariousmicro-controllersandprocessors.Thesystemvalidationprocesscanbebrokenintothreemajorparts.Thetypeofthedeviceanditsapplicationrequirementsdeterminewhichtypesoftestingareperformedonthedevice.1.2TheAT89C51providesthefollowingstandardfeatures:4KbytesofFlash,128bytesofRAM,32I/Olines,two16-bittimer/counters,afivevectortwo-levelinterruptarchitecture,afulldupleser-ialport,on-chiposcillatorandclockcircuitry.Inaddition,theAT89C51isdesignedwithstaticlogicforoperationdowntozerofrequencyandsupportstwosoftwareselectablepowersavingmodes.TheIdleModestopstheCPUwhileallowingtheRAM,timer/counters,serialportandinterruptsys-temtocontinuefunctioning.ThePower-downModesavestheRAMcontentsbutfreezestheoscil–latordisablingallotherchipfunctionsuntilthenexthardwarereset.1-3PinDescriptionThe8-bitAT89C51CHMOSmicrocontrollersaredesignedtohandlehigh-speedcalculationsandfastinput/outputoperations.MCS51microcontrollersaretypicallyusedforhigh-speedeventcontrolsystems.Commercialapplicationsincludemodems,motor-controlsystems,printers,photocopiers,airconditionercontrolsystems,diskdrives,andmedicalinstruments.TheautomotiveindustryuseMCS51microcontrollersinengine-controlsystems,airbags,suspensionsystems,andantilockbrakingsystems<ABS>.TheAT89C51isespeciallywellsuitedtoapplicationsthatbenefitfromitsprocessingspeedandenhancedon-chipperipheralfunctionsset,suchasautomotivepower-traincontrol,vehicledynamicsuspension,antilockbraking,andstabilitycontrolapplications.Becauseofthesecritical.applications,themarketrequiresareliablecost-effectivecontrollerwithalowinterruptlatencyresponse,abilitytoservicethehighnumberoftimeandeventdrivenintegratedperipheralsneededinrealtimeapplications,andaCPUwithaboveaverageprocessingpowerinasinglepackage.Thefinancialandlegalriskofhavingdevicesthatoperateunpredictablyisveryhigh.Onceinthemarket,particularlyinmissioncriticalapplicationssuchasanautopilotoranti-lockbrakingsystem,mistakesarefinanciallyprohibitive.Redesigncostscanrunashighasa$500K,muchmoreifthefixmeansbackannotatingitacrossaproductfamilythatsharethesamecoreand/orperipheraldesignflaw.Inaddition,fieldreplacementsofcomponentsisextremelyexpensive,asthedevicesaretypicallysealed