單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精密執(zhí)行元件，由于步進(jìn)電機(jī)具有控制方便、體積小等特點(diǎn)，所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化儀表、繪圖機(jī)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。微電子學(xué)的迅速發(fā)展和微型計(jì)算機(jī)的普及與應(yīng)用，為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊前景，使得以往用硬件電路構(gòu)成的龐大復(fù)雜的控制器得以用軟件實(shí)現(xiàn)，既降低了硬件成

2、本又提高了控制的靈活性，可靠性及多功能性。在當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域步進(jìn)電機(jī)無(wú)處不在，應(yīng)用領(lǐng)域涉及機(jī)器人、工業(yè)電子自動(dòng)化設(shè)備、醫(yī)療器件、廣告器材、舞臺(tái)燈光設(shè)備、印刷設(shè)備、計(jì)算機(jī)外部應(yīng)用設(shè)備等等。因此，設(shè)計(jì)出高精確度、實(shí)時(shí)監(jiān)控、語(yǔ)音提示的步進(jìn)電機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠有效地對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向等進(jìn)行控制。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用16位單片機(jī)AT89S52對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制

3、，通過(guò)I/O口輸出的具有時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用按鍵來(lái)對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，</p><p><b>　　1 課題背景</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵組件之一，是一種性能良好的數(shù)字執(zhí)行元件，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中的普及與深入

4、，步進(jìn)電機(jī)的需求量越練越大。</p><p>　　隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及同類產(chǎn)品的不斷出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。但近30年來(lái)，數(shù)字技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和永磁材料的迅速發(fā)展，推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展，為步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用開(kāi)辟了廣闊的前景，近幾年來(lái)，步進(jìn)電機(jī) 需求量一直呈現(xiàn)出較快的增長(zhǎng)速度，其中掃描儀、打印機(jī)、傳真、DVD-ROM/CD-ROM驅(qū)動(dòng)器、空調(diào)及多功能自動(dòng)化辦公設(shè)備等應(yīng)用對(duì)步進(jìn)電機(jī)的需求增長(zhǎng)

5、最強(qiáng)。此外由于USB2.0的日益流行促進(jìn)了高分辨率掃描儀的銷售，步進(jìn)電機(jī)向著小型、薄型和更小的步進(jìn)角度發(fā)展。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)有著方方面面重要應(yīng)用，如何對(duì)其進(jìn)行有效控制，使其能夠發(fā)揮最大的優(yōu)勢(shì)是各個(gè)行業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)人員所共同關(guān)注的，本次設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單的通用控制系統(tǒng)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向?qū)嵭惺謩?dòng)控制，并能通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)要求&

6、lt;/b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要研究單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、方向進(jìn)行控制和顯示。</p><p>　　該系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)</p><p>　　（1）系統(tǒng)供電電源：電壓：12V、5V；額定電流：0.5A。</p><p>　?。?）驅(qū)動(dòng)電源輸出：四相八拍方式。</p><p>　?。?）

7、步踞角：0.9°。</p><p>　　該系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的主要功能：</p><p>　?。?）能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。</p><p>　?。?）能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。</p><p>　?。?）擴(kuò)展功能：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制及正反轉(zhuǎn)控制。</p><p><b>　　3 方案論證

8、</b></p><p>　　3.1 步進(jìn)電機(jī)選擇</p><p>　　由于本系統(tǒng)是基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，實(shí)際上是設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，而設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有一個(gè)必須遵循的原則：先選擇步進(jìn)電機(jī)后進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)。所以在此先介紹步進(jìn)電機(jī)的選擇，而這個(gè)問(wèn)題的又分為步進(jìn)電機(jī)在理論上的選用以及理論聯(lián)系實(shí)際對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用。</p><p>　　3.1.

9、1理論上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為本系統(tǒng)的主要組成部件，它的參數(shù)選取以及電機(jī)的性能指標(biāo)直接影響到系統(tǒng)控制精度及運(yùn)行可靠性。步進(jìn)電機(jī)和一般直流電機(jī)不同，它的性能指標(biāo)與驅(qū)動(dòng)電源及測(cè)試條件關(guān)系很大。同樣一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電源或測(cè)試方法改變了，其性能會(huì)千差萬(wàn)別。不同廠家制造的步進(jìn)電機(jī)，只有在相同的控制電源以及測(cè)試條件下進(jìn)行比較才有意義。因此只有對(duì)步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)和特性有比較深刻的了解，才會(huì)更好地選

10、用和使用步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　(1)步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)</p><p><b>　?、?步距角</b></p><p>　　在電機(jī)內(nèi)不帶任何減速裝置的情況下，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械位移即為步距角。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

11、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°/0.72°（五相電機(jī)）、0.9°/1.8°（二相、四相電機(jī)）、1.5°/3° （三相電機(jī)）等。鑒于在本市購(gòu)買步進(jìn)電機(jī)的困難以及目前市場(chǎng)上廣泛應(yīng)用的是二相、四相混合式電機(jī)，所以本系統(tǒng)采用的是步距角0.9°四相混合式步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　步距角為0.9度，通過(guò)計(jì)算

12、：360°/0.9°=400，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要400步。</p><p><b>　?、?步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)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(jìn)電機(jī)。每相都包括電機(jī)繞組以及和繞組串聯(lián)成一個(gè)支路的其他元件。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。&l

13、t;/p><p><b>　　③ 額定電壓</b></p><p>　　指步進(jìn)電機(jī)各相繞組主回路上的直流電壓。電壓波紋系數(shù)不宜過(guò)大，一般情況下應(yīng)小于5%。為了步進(jìn)電機(jī)及其配套電源的標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GBn113-81規(guī)定步進(jìn)電機(jī)的額定電壓為：</p><p>　　單電壓驅(qū)動(dòng)：6，12，27，48，60，80（V）；</p><p&

14、gt;　　雙電壓驅(qū)動(dòng)：6/12，80/12（V）。</p><p><b>　?、?功率</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)典型功率范圍從幾百微瓦(用于較小電機(jī))直到幾瓦(用于大型電機(jī))。步進(jìn)電機(jī)的最大功耗受繞組中溫度限制。出于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的考慮只須選擇功率范圍在十瓦以內(nèi)的小功率電機(jī)即可。</p><p><b>　?、?最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速

15、</b></p><p>　　確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時(shí)至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如:驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動(dòng)電壓越高，力矩下降越慢；電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。在設(shè)計(jì)方案時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制可以參考廠家提供的矩頻特性圖。</p><p>

16、;　　(2)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)：</p><p><b>　?、?步距角精度</b></p><p>　　即為步進(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)。</p><p><b>　?、?失步</b></p

17、><p>　　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。</p><p><b>　　③ 失調(diào)角</b></p><p>　　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。</p><p>　?、?最大空載起動(dòng)頻率 </p><p>　

18、　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。</p><p>　?、?最大空載運(yùn)行頻率</p><p>　　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。</p><p>　　3.1.2實(shí)際對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用</p><p>　　以上是出于理論上對(duì)步進(jìn)電機(jī)的選用，實(shí)際上由于本系統(tǒng)只須簡(jiǎn)

19、單地控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)、點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)，而沒(méi)有涉及到使用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)負(fù)載，因此諸如靜力矩和動(dòng)力矩</p><p>　　、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、失調(diào)角、力矩負(fù)載、慣性負(fù)載這些因素就不需要考慮了；其次由于本設(shè)計(jì)采用的是小功率的步進(jìn)電機(jī)，因此也不需要過(guò)分考慮步距角精度這個(gè)因素；再則在本市購(gòu)買步進(jìn)電機(jī)存在著少選擇且價(jià)格昂貴的客觀因素，所以最終只購(gòu)買到如下圖所示這款價(jià)格低廉，型號(hào)老舊的二手步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)型號(hào)太古老且沒(méi)有說(shuō)明書(shū)，因此

20、現(xiàn)有的參數(shù)如下：該電機(jī)為二相四相混合式步進(jìn)電機(jī)，步距角為0.9°，相數(shù)m為4，額定電壓Ue值為12V，相電阻值為34Ω，電機(jī)引出線數(shù)目為6，分別為紅、紅、黃、橙、灰、黑六色。</p><p>　　圖3-1-3 步進(jìn)電機(jī)實(shí)體圖</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的幾種方案論證與比較</p><p>　　本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)中受控

21、電機(jī)為四相八拍制的步進(jìn)電機(jī)。 </p><p>　　3.2.1使用分立元件驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　以往步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就得重新設(shè)計(jì)電路。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制變得非常靈活方便，可以通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。因此，用微電腦控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的

22、趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢(shì)。</p><p>　　3.2.2 使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī)</p><p>　　通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。 </p><

23、;p>　　3.2.3使用CH250芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)</p><p>　　在這種形式里，脈沖分配器（CH250）、驅(qū)動(dòng)電路由硬件完成。單片機(jī)只提供步進(jìn)脈沖和正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，步進(jìn)脈沖的產(chǎn)生與停止、步進(jìn)脈沖的頻率和個(gè)數(shù)都可用軟件控制。 但相比于用軟件代替脈沖分配器的方式來(lái)說(shuō)，硬件一旦確定下來(lái)，不易更改，更主要的是此種芯片已經(jīng)在世面上買不到了，所以不采取該方案。</p><p>　　3.2.4

24、使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)</p><p>　　L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，每相電流達(dá)2 A?？梢灾苯油ㄟ^(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；電路簡(jiǎn)單，使用方便。</p><p>　　3.2.5使用ULN2003高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列驅(qū)動(dòng)電機(jī)</p><p>　　ULN2003承受高達(dá)50

25、V工作電壓和0.5A工作電流，而本設(shè)計(jì)電機(jī)也僅需要0.35A相電流驅(qū)動(dòng)即可。由此芯片構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,驅(qū)動(dòng)功率大且成本低，且由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡(jiǎn)化，而且可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案。</p><p>　　3.3 驅(qū)動(dòng)芯片的選擇</p><p>　　本系統(tǒng)是用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,單片機(jī)種類繁多，不過(guò)又以MCS—51/52系列的單片機(jī)使用最廣泛,而且本系統(tǒng)的

26、主要功能和51/52系列的單片機(jī)用途很合適，所以選用了ATMEL公司的51/52系列芯片。AT89S52是A典型代表，使用相當(dāng)?shù)亩啵瑧?yīng)用資料很多，價(jià)格便宜，是初學(xué)51/52的首選芯片,該單片機(jī)還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是在板子上加上下載電路就可以在線下載了，使用調(diào)試起來(lái)很是方便。所以本系統(tǒng)的單片機(jī)采用AT89S52。由于設(shè)計(jì)要求用L298N驅(qū)動(dòng)芯片，所以本次設(shè)計(jì)使用L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。</p><p>　　3.4步進(jìn)電機(jī)

27、與單片機(jī)的連接形式: </p><p>　　3.4.1 由硬件完成脈沖分配的功能</p><p>　　在這種形式里，脈沖分配器、驅(qū)動(dòng)電路由硬件完成。單片機(jī)只提供步進(jìn)脈沖和正、反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，步進(jìn)脈沖的產(chǎn)生與停止、步進(jìn)脈沖的頻率和個(gè)數(shù)都可用軟件控制。單片機(jī)輸出步進(jìn)脈沖后，再由脈沖分配電路按事先確定的順序控制各相的通斷。一般來(lái)說(shuō)，硬件一旦確定下來(lái)，不易更改，這種方案，硬設(shè)備成本高，它的應(yīng)用受到了

28、限制。硬件環(huán)形分配器由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路構(gòu)成。</p><p>　　3.4.2 由軟件完成脈沖分配工作</p><p>　　所謂軟件完成脈沖分配就是用軟件改變單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)接口輸出值，進(jìn)而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)繞組的通電順序和通電方式之目的。由軟件完成脈沖分配工作，不僅使線路簡(jiǎn)化，成本下降，而且可根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的需要，靈活地改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案。硬件的主要任務(wù)是完成驅(qū)動(dòng)功能。&

29、lt;/p><p>　　一般微機(jī)系統(tǒng)需要進(jìn)行如下設(shè)置：設(shè)置輸出接口;設(shè)計(jì)環(huán)形分配子程序,在存儲(chǔ)器中建立環(huán)形分配表;設(shè)計(jì)延時(shí)子程序,設(shè)計(jì)延時(shí)子程序來(lái)控制步進(jìn)頻率。</p><p>　　本電路是以單片機(jī)為基礎(chǔ)，主要通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)脈沖發(fā)生器功能,因此外圍電路的設(shè)計(jì)得到了簡(jiǎn)化。</p><p>　　電路工作過(guò)程: 接電源＋5V和＋12V, 從正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動(dòng)控制模塊里選擇電機(jī)工作方式

30、按鈕,比如選擇正轉(zhuǎn)控制按鈕, 單片機(jī)AT89S52接收到響應(yīng)信號(hào)后產(chǎn)生脈沖信號(hào),經(jīng)過(guò)接口的上拉電阻后稍微加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力、提高輸出電平,使輸出電流變大。接著就是通過(guò)L298N芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)給予電機(jī)啟動(dòng)電流。步進(jìn)電機(jī)四個(gè)相分別為A、B、C、D,本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)工作于四相八拍的工作方式。</p><p>　　通電繞組順序: A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A</p><p>　　這

31、樣電機(jī)轉(zhuǎn)子便順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)；</p><p>　　相反要使電機(jī)自動(dòng)反轉(zhuǎn)則各相繞組的通電繞組順序?yàn)?</p><p>　　通電繞組順序: A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A </p><p>　　注意這里的正反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動(dòng)控制的通電繞組順序的輸出狀態(tài)是一致的。</p><p>　　4 系統(tǒng)主要芯片介紹</p>&l

32、t;p>　　4.1 AT89S52</p><p>　　AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、

33、超有效的解決方案。</p><p>　　AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8K字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，2個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。</p><p>　　片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、

34、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。</p><p>　　圖4-1 AT89S52芯片圖</p><p><b>　　4.2 L298N</b></p><p>　　L298N采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路。PWM電路由四個(gè)大功率晶體管組成H橋電路構(gòu)成，四個(gè)

35、晶體管分為兩組，交替導(dǎo)通和截止，用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，根據(jù)調(diào)整輸入控脈沖的占空比，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于管子工作只在飽合和截止?fàn)顟B(tài)下，效率非常高。H型電路使實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制的簡(jiǎn)單化，且電子開(kāi)關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極強(qiáng)，是一種廣泛采用的PWN調(diào)整技術(shù)。</p><p>　　L298N是SGS公司的產(chǎn)品，常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝，內(nèi)部包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。是一種二相和四相

36、電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，即內(nèi)含雙H橋高電壓大電流集成電路。由圖4-2可見(jiàn)L298N的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，每個(gè)H橋的下側(cè)橋臂晶體管發(fā)射極連在一起，其輸出腳（SENSEA和SENSEB）用來(lái)連接電流檢測(cè)電阻。Vss接邏輯控制的電源。Vs為電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。IN1-IN4輸入引腳為標(biāo)準(zhǔn)TTL 邏輯電平信號(hào)，用來(lái)控制H橋的開(kāi)與關(guān)即實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB引腳則為使能控制端，用來(lái)輸入PWM信號(hào)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速。</p><p>　　圖4-

37、2 L298N芯片圖</p><p><b>　　4.3 7805</b></p><p>　　集成穩(wěn)壓器是指將不穩(wěn)定的直流電壓變?yōu)榉€(wěn)定的直流電壓的集成電路。在電子制用中應(yīng)用較多的是三端固定輸出穩(wěn)壓器。圖4-3-1所示為應(yīng)用最廣泛的串聯(lián)式集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路方框圖，其工作原理是：取樣電路將輸出電壓Uo按比例取出，送入比較放大器與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，差值被放大后去控制調(diào)整

38、管，以使輸出電壓Uo保持穩(wěn)定。</p><p>　　H7805系列為3端正穩(wěn)電壓電路，TO-220封裝，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣。內(nèi)含過(guò)流，過(guò)熱和過(guò)載保護(hù)電路。帶散熱時(shí)，輸出電流可達(dá)1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。</p><p><b>　　主要特點(diǎn)</b></p><p><b>　　

39、輸出電流可達(dá)1A</b></p><p><b>　　輸出電壓有5V</b></p><p><b>　　過(guò)熱保護(hù)</b></p><p><b>　　短路保護(hù)</b></p><p>　　輸出晶體管SOA保護(hù)</p><p>　　極限值（T

40、a=25℃）</p><p>　　V1——輸入電壓（Vo＝5～18V）……………………………………35V</p><p>　　Rojc――熱阻（結(jié)到殼）……………………………………5℃/W</p><p>　　RojA――熱阻(結(jié)到空氣) ……………………………………65℃/W</p><p>　　TopR——工作結(jié)溫范圍…………………………

41、…………0～125℃</p><p>　　TstG――貯存溫度范圍……………………………………-65～150℃ </p><p><b>　　功能框圖：</b></p><p>　　圖4-3-1 7805的功能圖 </p><p>　　圖4-3-2 7805實(shí)物圖</p><p><

42、;b>　　4.4 光電耦合器</b></p><p>　　基本的光電耦合器包括發(fā)光二極管(LED)、光檢測(cè)器和光學(xué)透明、電氣絕緣電介質(zhì)。電流啟動(dòng)LED后，該二極管發(fā)光，并通過(guò)電介質(zhì)與光電探測(cè)器耦合。光檢測(cè)器產(chǎn)生的電流與耦合光成正比。該電流可以通過(guò)不同的電路來(lái)操縱，以進(jìn)行不同的功能。光電耦合器的主要功能是防止電路一側(cè)出現(xiàn)過(guò)高的電壓，或快速變化的電壓損壞元器件或扭曲另一側(cè)的傳輸。具體方法是使需要的信

43、號(hào)以光學(xué)的形式通過(guò)，同時(shí)在兩個(gè)系統(tǒng)之間保持電性隔離。</p><p>　　本設(shè)計(jì)選用TLP521-2型光電耦合器，如圖4-4所示TLP521-2中由兩個(gè)隔離通道TLP521-4組成的DIP包裝。</p><p>　　圖4-4 TLP521-2芯片圖</p><p>　　5 系統(tǒng)主要硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 單片機(jī)控制系統(tǒng)框

44、圖</p><p>　　圖5-1 單片機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　5.2 步進(jìn)電機(jī)基本原理</p><p>　　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

45、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。</p><p>　　5.2.1步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　　(1) 輸出轉(zhuǎn)角大小與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成比例，即來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，且在時(shí)間上與輸入脈沖同步。</p><p>　　(2) 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速隨輸入信號(hào)的脈沖頻率而變化。即控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。</p>

46、;<p>　　(3) 借助控制線路，易于獲得正反轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)動(dòng)等特殊功能。即改變脈沖順序，改變方向。</p><p>　　(4) 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止時(shí)間短。一般在信號(hào)輸入幾毫秒或幾十毫秒后，即能使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)或達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。信號(hào)切斷后，電機(jī)立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　(5) 輸出轉(zhuǎn)角精度高，無(wú)累積誤差。</p><p>　　(6) 步進(jìn)電機(jī)

47、的工作狀態(tài)對(duì)各種干擾因素不敏感。</p><p>　　(7) 控制特性好。</p><p>　　(8) 步距值不受各種干擾因素的影響。</p><p>　　(9) 總位移量取決于總的脈沖數(shù)</p><p>　　5.2.2步進(jìn)電機(jī)換相、轉(zhuǎn)向及加/減速控制方案</p><p>　　(1) 控制換相順序 </p>

48、<p>　　通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。四相步進(jìn)電機(jī)的八拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. ,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。</p><p>　　(2) 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 </p><p>　　如果給定工作方式正序通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 </p><

49、;p>　　(3) 控制步進(jìn)電機(jī)的速度 </p><p>　　如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 </p><p>　　5.2.3步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　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)

50、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。根據(jù)設(shè)計(jì)要求需要步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9度所以選擇四相步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。</p>&

51、lt;p>　　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5-2-2.a、b、c所示：</p><p>　　a. 單四拍              b. 雙四拍        &

52、#160;        c 八拍</p><p>　　圖5-2-3 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖</p><p>　　5.2.4應(yīng)用中的注意點(diǎn)：</p><p>　　(1) 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS

53、(0.9度）間使用，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。</p><p>　　(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。</p><p>　　(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12

54、V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過(guò)要考慮溫升。</p><p>　　(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)。</p><p>　　(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。</p><p>　　(6) 高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)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

55、來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。</p><p>　　(7) 電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。</p><p>　　(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(lái)驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　(9) 應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。</

56、p><p><b>　　5.3 時(shí)鐘電路</b></p><p>　　單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種

57、方式，如圖5-3所示在其外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖3-3中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為30P左右，晶振頻率選12MHz </p><p>　　圖5-3 時(shí)鐘電路原理圖</p><p>　　5

58、.4 電源部分： </p><p>　　因?yàn)殡娐分械腁T89S52單片機(jī)的工作電壓是+5V，而步進(jìn)電機(jī)的工作電壓是+12V ，根據(jù)穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)指標(biāo)，結(jié)合本系統(tǒng)的功率要求及安裝方便實(shí)用，本實(shí)驗(yàn)用電容整流濾波再經(jīng)集成穩(wěn)壓管7805/7812后得到直流 +5V和+12V電壓。提供給AT89S52芯片、步進(jìn)電機(jī)及其他外圍電路。其硬件電路如下示：</p><p>　　圖5-4-1 輸

59、出+5V電壓</p><p>　　圖5-4-2 輸出+12V電壓</p><p><b>　　5.5 復(fù)位電路</b></p><p>　　為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始正常工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出

60、現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，要保證單片機(jī)可靠地復(fù)位，接個(gè)電容就是為了這個(gè)時(shí)間，即可引起系統(tǒng)復(fù)位。但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧指針SP置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時(shí)RAM的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(dòng)(開(kāi)關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。</p>

61、;<p>　　圖5-5 復(fù)位電路原理圖</p><p>　　5.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　驅(qū)動(dòng)電路集成化成為一種趨勢(shì)。目前，已有多種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路芯片，它們大多集驅(qū)動(dòng)和保護(hù)于一體，作為小功率步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)芯片，廣泛用于小型儀表、計(jì)算機(jī)外設(shè)等領(lǐng)域，使用起來(lái)非常方便。本設(shè)計(jì)采用L298N芯片。L298N芯片適用于四相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。它最大能輸出2A電流

62、、46V電壓。內(nèi)部集成有驅(qū)動(dòng)電路，上電自行復(fù)位，可以控制轉(zhuǎn)向和輸出使能。</p><p>　　圖5-6-1 驅(qū)動(dòng)電路原理圖</p><p>　　本設(shè)計(jì)在單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的連接電路間利用三個(gè)8引腳光電耦合器件TLP521-2組成如圖5-6-2所示的隔離電路。其作用是切斷了單片機(jī)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)回路之間電的直接聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)回路系統(tǒng)地線的分別聯(lián)接.防止處于大電流感性負(fù)載下工

63、作的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生的干擾信號(hào)以及電網(wǎng)負(fù)載突變產(chǎn)生的干擾信號(hào)通過(guò)線路串入單片機(jī)，影響單片機(jī)的正常工作</p><p>　　圖5-6-2 隔離電路圖</p><p>　　5.7 LED顯示電路</p><p>　　由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較簡(jiǎn)單，顯示量不多，所以顯示選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。LED有共陰極和共陽(yáng)極兩種。如圖5-7-1所示。</p><p&g

64、t;　　符號(hào)和引腳 共陰極 共陽(yáng)極</p><p>　　圖5-7-1 LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　共陽(yáng)數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽(yáng)極接到一起形成公共陽(yáng)極(COM)的數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字

65、段就不亮。。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極(COM)的數(shù)碼管。共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到地線GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽(yáng)極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陽(yáng)極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。</p><p>　　數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)掃描顯示方式。靜態(tài)顯示是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十

66、進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。動(dòng)態(tài)顯示是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通

67、控制打開(kāi)，該位就顯示出字形，沒(méi)有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過(guò)分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，在輪流顯示過(guò)程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺(jué)暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。為節(jié)省端口及降低功耗，本系</p&g

68、t;<p>　　5-7-2 數(shù)碼管連接圖</p><p>　　5.8 下載線介紹：?jiǎn)纹瑱C(jī)ISP下載線 (51AVRISP) 3</p><p>　　AVR和ATMEL的AT89S系列單片機(jī)可以使用ISP下載線在線編程擦寫，即不必將IC芯片拆下，直接在電路板上進(jìn)行程序修改、下載等操作。這樣對(duì)程序的調(diào)試和升級(jí)都很方便。目前支持芯片有AT89S51,AT89S52,AT89S53

69、，</p><p><b>　　下載線引腳定義：</b></p><p>　　圖5-8-1 ISP原理圖</p><p>　　圖5-8-2 下載線實(shí)物圖</p><p>　　6 電子電路的調(diào)試與運(yùn)行</p><p>　　6.1 WAVE系列仿真軟件及其軟件調(diào)試</p><

70、;p>　　本次設(shè)計(jì)的程序是用C語(yǔ)言編寫的，原本想用匯編語(yǔ)言編寫，但匯編語(yǔ)句太多太長(zhǎng)，看起來(lái)很麻煩沒(méi)有C語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，比如一些循環(huán)語(yǔ)句比匯編寫出來(lái)簡(jiǎn)單很多，短很多。</p><p>　　程序用仿真軟件進(jìn)行仿真，我用的是WAVE仿真軟件，它是集編輯、編譯/連接、加載、調(diào)試等為一體的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）。用戶可以在同一界面環(huán)境中完成所有任務(wù)。它是利用宿主機(jī)上豐富的資源及良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境開(kāi)發(fā)和仿真調(diào)試目標(biāo)機(jī)上的軟件。然

71、后通過(guò)串行口將編譯生成的目標(biāo)代碼傳輸下載到目標(biāo)板上，并用調(diào)試器在調(diào)試軟件支持下進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和在線仿真調(diào)試。最后，目標(biāo)板在特定環(huán)境下編程脫機(jī)運(yùn)行。</p><p>　　我們用仿真器主要是檢查程序是否有錯(cuò)，并且在沒(méi)燒入單片機(jī)前可以對(duì)其進(jìn)行仿真對(duì)程序是否實(shí)現(xiàn)所要求的性能進(jìn)行檢測(cè)。</p><p>　　在程序輸入后對(duì)其進(jìn)行編譯，由于我的程序有些是從網(wǎng)上下載的，編譯沒(méi)出現(xiàn)多少錯(cuò)誤，主要是變量總是漏了

72、忘記定義，我把在程序中沒(méi)定義的除了是局部變量的，我會(huì)在該程序前對(duì)它進(jìn)行定義，其他我都是在最前面進(jìn)行全局變量定義。我把程序分為幾部分，每部分都實(shí)現(xiàn)的功能不同，把所要用的全局變量在其中一部分進(jìn)行統(tǒng)一定義，如bit on_off;//運(yùn)行與停止標(biāo)志，bit dir;//方向標(biāo)志，unsigned char motor_mode;//運(yùn)行模式選擇等。還有for循環(huán)和while循環(huán)的跳出調(diào)入我經(jīng)常弄不懂，我就用WAVE仿真器的單步跟蹤看它的跳

73、轉(zhuǎn)。最讓人郁悶的是明明覺(jué)得程序沒(méi)錯(cuò)，可編譯顯示有錯(cuò)。有時(shí)看半天就是找不出來(lái)，后來(lái)跟同學(xué)討論，很多是沒(méi)有正確調(diào)用語(yǔ)句，想調(diào)用別的語(yǔ)句沒(méi)有加以說(shuō)明。其實(shí)在程序方面由于部分是從網(wǎng)上下的，錯(cuò)誤并不是很多?？赏ㄟ^(guò)WAVE仿真器對(duì)程序進(jìn)行仿真時(shí)就出了很多問(wèn)題。</p><p>　　在進(jìn)行仿真時(shí)首先出現(xiàn)的是程序和我設(shè)計(jì)的按鍵連接管腳不符，我的按鍵接法是K1接P1.3；K2接P1.7；K3接P1.5；K2接P1.4，它們和程序的

74、按鍵接口不符，我就在全局定義中把按鍵定義成全局變量如下sbit KEY1=P1^3;//-> K1；sbit KEY2=P1^7;//-> K2 ；sbit KEY3=P1^5;//-> K3 ；sbit KEY4=P1^4;//-> K4 這樣在下面的程序中就直接引用KEY變量就可以了。</p><p>　　還有就是顯示部分我按照自己的設(shè)計(jì)用RUN1、RUN來(lái)顯示工作的兩種功

75、能，我對(duì)顯示程序的寄存器地址進(jìn)行了修改，還有我把4個(gè)數(shù)碼管的個(gè)、十、百、千位用自己的算法進(jìn)行了修改。</p><p>　　要注意的是顯示中斷和步進(jìn)中斷要處理好它們的協(xié)調(diào)，開(kāi)始我設(shè)計(jì)它們的中斷是同一個(gè)，但經(jīng)過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就對(duì)他們使用了不同的中斷，而且輸入的頻率不能太高，步進(jìn)電機(jī)的每拍的間隔時(shí)間不能太短，否則電機(jī)來(lái)不及響應(yīng)。</p><p>　　這程序最主要的部分是主程序，我設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)加電

76、后只要有脈沖就可以運(yùn)行，但要對(duì)它進(jìn)行控制就要在主程序中對(duì)它進(jìn)行編程，其中主要的是對(duì)它的按鍵情況判斷來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。</p><p>　　按鍵程序的主要功能是：通過(guò)不同的按鍵控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)有3個(gè)功能模塊：</p><p>　　模塊1：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的控制如加速或減速。</p><p>　　按K1數(shù)碼管顯

77、示RUN1，進(jìn)入模式1。</p><p>　　按K3 每按一次速度加1，K4 每按一次速度減1。</p><p>　　長(zhǎng)按K3 每次速度加10，長(zhǎng)按K4每次速度減10。</p><p><b>　　長(zhǎng)按K2 推出</b></p><p>　　功能2：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)的正反轉(zhuǎn)控制。</p><p>

78、　　按K1數(shù)碼管顯示RUN1，進(jìn)入模式2.</p><p><b>　　再按K1 正轉(zhuǎn)</b></p><p><b>　　再按K1反轉(zhuǎn)</b></p><p><b>　　長(zhǎng)按K2 推出</b></p><p>　　模塊3：實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的點(diǎn)動(dòng)。</p><

79、p>　　按K1 看到數(shù)碼管顯示RUN2，再長(zhǎng)按K1顯示RUN就進(jìn)去模塊3，進(jìn)行點(diǎn)動(dòng)。 </p><p><b>　　6.2硬件調(diào)試：</b></p><p>　　我的電路板分為兩部分控制部分和驅(qū)動(dòng)部分，中間用光電耦合器進(jìn)行隔離，用AT89S52單片機(jī)輸出脈沖并通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 </p><p>　　我這次的畢設(shè)第一次嘗試用貼

80、片電阻和雙面板。由于設(shè)計(jì)時(shí)電阻太多如果用普通插件電阻的話，我要打很多孔而且在布線上增加了一定難度，電路板的面積也一定不小。因此我用貼片電阻可以不用打孔，板子做出后看起來(lái)器件較少比較整潔，所占面積也不大。但問(wèn)題也出來(lái)了，在印刷PCB時(shí)底面和頂面容易對(duì)不齊，那打孔時(shí)造成底面和頂面不能互連。我采取的方法是在雙面敷銅板擦洗干凈，先用針將打印在敷臘紙上的頂層鏡像銅膜走線圖的四角的定位過(guò)孔中心鉆個(gè)小孔，再將頂層鏡像銅膜走線圖復(fù)蓋在敷銅板上，四周用小

81、片透明膠紙暫固定，用臺(tái)鉆將四個(gè)定位小孔鉆透。再將打印在敷臘紙上的底層銅膜走線圖小心地復(fù)蓋到另一面敷銅板上，注意對(duì)準(zhǔn)定位過(guò)孔位置，四周仍用小片透明膠紙暫固定，最后再用電熨斗進(jìn)行兩面輪流熱壓，冷卻后敷臘紙掀起，底層銅膜走線圖和頂層鏡像銅膜走線圖就準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)印到雙面敷銅板上了。這樣就解決了雙面板布線的問(wèn)題。總的來(lái)說(shuō)布線還挺成功，就是在布局方面要加強(qiáng)下。焊好后看PCB圖仔細(xì)對(duì)照板子看是否有漏焊的地方，我還在陽(yáng)光下對(duì)太陽(yáng)看了下是否有虛焊，總體來(lái)說(shuō)板

82、子沒(méi)出現(xiàn)什么問(wèn)題。有幾個(gè)過(guò)孔我用鐵絲插入過(guò)孔焊死整個(gè)孔。</p><p>　　在我的調(diào)試過(guò)程中，我想調(diào)試電源部分，我用7805和7812來(lái)提供電源，但剛工作沒(méi)多久就發(fā)現(xiàn)7812出現(xiàn)發(fā)熱并可以聞到燒焦的聞到，當(dāng)時(shí)還以為7812燒掉了，理論我是用7805輸入+7.5V輸出+5V，7812輸入+15V輸出+12，但由于步進(jìn)電機(jī)沒(méi)買到合適的就在二手市場(chǎng)買了個(gè)二手步進(jìn)電機(jī)，上面沒(méi)有表明參數(shù)，它的輸入電壓我就不能按設(shè)計(jì)加入。

83、經(jīng)過(guò)實(shí)際調(diào)試，我發(fā)現(xiàn)7812輸人電壓的電壓要在7~12V范圍內(nèi)，輸入輸出電壓差控制在3V以內(nèi)，要不然7812會(huì)很快發(fā)燙，并給7812加了塊散熱片。</p><p>　　在檢測(cè)我設(shè)計(jì)的上電復(fù)位時(shí)，我發(fā)現(xiàn)雖然沒(méi)什么問(wèn)題，但可以在設(shè)計(jì)好點(diǎn)。在實(shí)際工作中我給電路板通電后顯示的是我設(shè)置的初始狀態(tài)。本來(lái)我可以使用按鍵復(fù)位這樣可以手動(dòng)控制復(fù)位方式，這樣運(yùn)行中復(fù)位可以不斷開(kāi)電源，由于設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)想到那么多，這是我設(shè)計(jì)的一個(gè)不足。&l

84、t;/p><p>　　我檢測(cè)AT89S51的20和40引腳之間的電壓為+5V，單片機(jī)可以正常工作。其他器件連接沒(méi)錯(cuò)能正常工作，而L298N沒(méi)有控制功能所以我檢測(cè)它的引腳焊接。在都沒(méi)問(wèn)題后，給電路板接電后通過(guò)控制4個(gè)鍵讓步進(jìn)電機(jī)按程序設(shè)計(jì)的狀態(tài)運(yùn)行。經(jīng)過(guò)測(cè)量在電壓不變的情況下，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為2時(shí)電流為0.7A，當(dāng)轉(zhuǎn)速為50時(shí)電流為0.4A，轉(zhuǎn)速越快電流越小，因?yàn)楫?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)

85、；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流來(lái)確定，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于50后步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)基本看不出來(lái)，盡量把轉(zhuǎn)速設(shè)置在2到50范圍內(nèi)。。</p><p><b>　　6.3程序部分</b></p><p>　　程序分成以下幾部分：</p><p>　　（1）判斷鍵號(hào)部分：判斷

86、是否有鍵按下。</p><p>　?。?）顯示部分：使用動(dòng)態(tài)掃描方式，顯示工作模式和轉(zhuǎn)速。。</p><p>　?。?）通電方向部分:控制步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)的判斷。</p><p>　　（4）步進(jìn)電機(jī)控制部分及主程序：控制步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)工作模式。</p><p>　　按鍵程序流程圖：（按鍵鍵號(hào)說(shuō)明：K1、K2、K3、K4長(zhǎng)按時(shí)鍵號(hào)為K5、K6

87、、K7、K8）</p><p><b>　　//按鍵掃描程序 </b></p><p>　　char key(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char key_code,kk;</p><p>　　if(0xff!=(

88、0x47|P1))//按鍵是否按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay10ms();//延時(shí)去抖</p><p>　　if(0xff!=(0x47|P1))//按鍵是否按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　s

89、witch(0x47|P1)//有鍵按下</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0xf7:</p><p>　　key_code=1;break;//k1按下</p><p>　　case 0x7f:</p><p>　　key_code=2;break

90、;//k2按下</p><p>　　case 0xdf:</p><p>　　key_code=3;break;//k3按下 </p><p>　　case 0xef:</p><p>　　key_code=4;break;//k4按下</p><p><b>　　default:</b&g

91、t;</p><p>　　key_code=0;break;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　for(kk=0;0xff!=(0x47|P1);kk++)//等待按鍵釋放</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay

92、10ms();</p><p>　　if(kk>20) //按鍵按下超過(guò)200MS為長(zhǎng)按</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　kk=20;</b></p><p>　　key_code=key_code+4; //長(zhǎng)按時(shí)鍵號(hào)加4</p><

93、;p>　　return(key_code);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(kk>=20)//長(zhǎng)短鍵識(shí)別</p><p>　　key_code=key_code+4;</p><p>&l

94、t;b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　key_code=0;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}&

95、lt;/b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　key_code=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　return(key_code);</

96、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　6.4擴(kuò)展部分</b></p><p>　　除了完成畢設(shè)的要求，在原來(lái)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展了點(diǎn)動(dòng)的功能。由于單片機(jī)是通過(guò)程序產(chǎn)生的脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)。所以在原有的程序上加上了點(diǎn)動(dòng)程序，它實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)一步一步的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入點(diǎn)動(dòng)功能后除用K2退出鍵就只能用K3、K4鍵控制電機(jī)運(yùn)

97、動(dòng)，如果按鍵K3控制電機(jī)正向點(diǎn)動(dòng)，那么K4控制反向的點(diǎn)動(dòng)，長(zhǎng)按K2鍵退出。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)點(diǎn)動(dòng)功能程序如下</p><p><b>　　case 1:</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　disp_bit=0;</p><p>　　L

98、ed_disp[0]=0x18;</p><p>　　Led_disp[1]=0x1d;</p><p>　　Led_disp[2]=0x14;</p><p>　　Led_disp[3]=0x02;//顯示RUN2</p><p>　　if(key_code==5) //長(zhǎng)按K1</p><p><b>

99、　　{</b></p><p><b>　　//模式1 點(diǎn)動(dòng)</b></p><p>　　disp_bit=0;</p><p>　　Led_disp[0]=0x18;</p><p>　　Led_disp[1]=0x1d;</p><p>　　Led_disp[2]=0x14;&l

100、t;/p><p>　　Led_disp[3]=0x1c;//顯示RUN進(jìn)入點(diǎn)動(dòng)模式</p><p><b>　　TR1=1;</b></p><p>　　while(key_code==5) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(KEY3==0)//

101、如果按K3為正轉(zhuǎn)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　motor_mode=1;//模式1:每次按下轉(zhuǎn)速加1</p><p><b>　　on_off=1;</b></p><p>　　dir=0; //正轉(zhuǎn)</p><p><b>　

102、　//rev=5;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if (KEY4==0) //如果按K4為反轉(zhuǎn)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　motor_mode=1;</p><p><b&

103、gt;　　on_off=1;</b></p><p>　　dir=1; //反轉(zhuǎn)</p><p><b>　　//rev=5;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if (KEY2==0) //如果K2按下</p><

104、p><b>　　{</b></p><p>　　key_code=6;//長(zhǎng)按K2退出</p><p>　　on_off=0; //停止</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p>

105、;<b>　　{</b></p><p><b>　　on_off=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p

106、><b>　　break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　主程序框圖</b></p><p><b>　　7 結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在大學(xué)4年最后一次實(shí)踐，第一次從頭到尾的自己

107、做一遍。開(kāi)始的時(shí)候?qū)υO(shè)計(jì)一點(diǎn)頭緒都沒(méi)有，看了大量的網(wǎng)站很書(shū)籍有了點(diǎn)自己的想法。我把所需要的芯片都找出來(lái)并在網(wǎng)上找到它們的外圍電路，像AT89S52的復(fù)位電路、晶振電路、按鍵電路，顯示電路有很多種接法如靜態(tài)和動(dòng)態(tài)，我通過(guò)確定驅(qū)動(dòng)電路后覺(jué)得用動(dòng)態(tài)掃描方式節(jié)省I/O口，而像L298N驅(qū)動(dòng)芯片的外圍電路在網(wǎng)上可以找到正確的接法。電源部分我看了些別人的介紹選用7085輸入+5V、7812輸入+12V的電壓給AT89S52、L298N和步進(jìn)電機(jī)供電

108、，完成芯片外圍電路的連接后就剩下把個(gè)個(gè)芯片連接在一起組成所需的電路，這樣一步一步過(guò)來(lái)慢慢的就把硬件部分設(shè)計(jì)完成。</p><p>　　在軟件設(shè)計(jì)方面，一部分參考文獻(xiàn)的已成程序進(jìn)行修改編寫，一部分則是平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)積累，擴(kuò)展部分是我在網(wǎng)上找到別人的經(jīng)過(guò)修改來(lái)的。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我受益匪淺，主要是了解了AT89S52單片機(jī)及其相關(guān)芯片的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理，且學(xué)到一個(gè)新的芯片L2

109、98N的使用，還有就是有了獨(dú)立思考問(wèn)題的經(jīng)歷。</p><p>　　應(yīng)該說(shuō)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，并在原有要求上有了擴(kuò)展設(shè)計(jì)。但是系統(tǒng)還有許多不完善之處。比如用雙面板使印刷、焊接、調(diào)試增加的一點(diǎn)難度，步進(jìn)電機(jī)沒(méi)按設(shè)計(jì)所需的去買這樣在電壓方面不能準(zhǔn)確施加電壓。也有比以前進(jìn)步的地方，這次應(yīng)用了貼片電阻使得電路板器件看起來(lái)少了很多;在布局上我下了一定功夫，把板子分成兩部分一面控制一面驅(qū)動(dòng)，讓我在調(diào)試時(shí)可以分塊

110、檢測(cè)、修改。</p><p>　　個(gè)人還有不少想法沒(méi)有應(yīng)用到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中去。例如：給步進(jìn)電機(jī)設(shè)置一定的步數(shù)讓它按設(shè)定值轉(zhuǎn)動(dòng)，語(yǔ)音報(bào)出轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)及速度，液晶顯示功能等這些設(shè)計(jì)會(huì)讓系統(tǒng)的實(shí)用型大大提高。</p><p><b>　　謝 辭</b></p><p>　　在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制作調(diào)試過(guò)程中，得到了老師和同學(xué)的極大的支持和幫助。首先，要特別感

111、謝我的導(dǎo)師趙志鵬老師,本次畢設(shè)是在趙老師悉心指導(dǎo)和鼓勵(lì)下完成的。趙老師在百忙之中常抽出寶貴的時(shí)間和我研究、討論課題中所遇到的困難，指導(dǎo)我尋求解決問(wèn)題的途徑。趙老師以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和一絲不茍的工作精神為我樹(shù)立了良好的榜樣，以言傳身教培養(yǎng)了我開(kāi)展科學(xué)研究的獨(dú)立工作能力。在此謹(jǐn)向趙老師表示衷心的感謝崇高的敬禮。</p><p>　　同時(shí)，我也要感謝在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中給予過(guò)我很大幫助的老師和同學(xué)，另外我也要感謝學(xué)校圖書(shū)館，

112、它種類繁多的圖書(shū)，讓我方便地找到了許多有用的資料，正是有了這么多的關(guān)心和支持,我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能如此順利進(jìn)行!</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 吳金戌,沈慶陽(yáng),郭廷吉.8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)[M] 清華大學(xué)出版社 2004.3</p><p>　　[2] 詹躍東,電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)[M].重慶:重慶大學(xué)出

113、版社,2002,12. </p><p>　　[3] 譚建成. 機(jī)控制專用集成電路[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 1997 </p><p>　　[4] 王曉明，電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]北京：北京航空航天大學(xué)出版社，</p><p>　　[5] 丁煒,魏孔平.可編程控制器在工業(yè)控制中的應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p&

114、gt;　　[6] 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]北京:清華大學(xué)出版社，199.6 </p><p>　　[7] 黃濤,李晶,李志剛.電動(dòng)車直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,4</p><p>　　[8] 鐵才, 電機(jī)控制技術(shù)[M] 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版</p><p>　　[9] 楊莉,魏萍.基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速

115、控制系統(tǒng)[J].南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2005(6).</p><p><b>　　附 錄1</b></p><p><b>　　附 錄2</b></p><p><b>　　附 錄3</b></p><p>　　程序：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</p><p>

116、;　　#include <reg51.h> </p><p>　　#include <stdio.h></p><p>　　sbit IN1=P3^0;//-> A相</p><p>　　sbit IN2=P3^1;//-> B相</p><p>　　sbit IN3=P3^2;//-> C相

117、</p><p>　　sbit IN4=P3^3;//-> D相</p><p>　　sbit EnA=P1^0;//-> AB相</p><p>　　sbit EnB=P1^1;//-> CD相</p><p>　　sbit KEY1=P1^3;//-> K1</p><p>　　sb