畢業(yè)設(shè)計(jì)----基于at89c51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）</p><p>　　題 目：基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)</p><p><b>　　電機(jī)控制系統(tǒng)</b></p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號：</b><

2、;/p><p>　　專 業(yè)：自動(dòng)化</p><p>　　班 級：自動(dòng)化06-3班</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　摘要</b></p><

3、p>　　步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，它能按照控制脈沖的要求，迅速起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)和調(diào)速。具有步距角精度高，停止時(shí)能自鎖等特點(diǎn)，因此步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，特別是在開環(huán)的控制系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　本文以單片機(jī)和環(huán)形脈沖分配器為核心設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，通過軟硬件的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)

4、生失步的現(xiàn)象；同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)和停止。硬件是以AT89C51單片機(jī)為核心的控制電路，主要包括：環(huán)形脈沖分配器、鍵盤顯示電路、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路等。軟件部分采用C語言編程，主要包括鍵盤顯示程序、步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速程序、停止判斷程序等。</p><p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)；調(diào)速；單片機(jī)</p><p><b>　　目錄</b></p&g

5、t;<p><b>　　摘要I</b></p><p><b>　　第一章 引言1</b></p><p>　　1.1 課題提出的背景和研究意義1</p><p>　　1.2 課題的主要研究內(nèi)容2</p><p>　　1.3 本章小結(jié)2</p><p>

6、;　　第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)的原理3</p><p>　　2.1.1 三相單三拍通電方式3</p><p>　　2.1.2 三相雙三拍通電方式5</p><p>　　2.1.3 三相六拍通電方式6</p><p>　　2.2 環(huán)形脈沖分配器8</p>

7、<p>　　2.3 續(xù)流電路12</p><p>　　2.3.1 二極管續(xù)流13</p><p>　　2.3.2 二極管—電阻續(xù)流14</p><p>　　2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路15</p><p>　　2.5 步進(jìn)電機(jī)的變速控制17</p><p>　　2.5.1 變速控制的方法19<

8、;/p><p>　　2.6 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用20</p><p>　　2.7 本章小結(jié)22</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)23</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則23</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)組成23</p><p>　　3.3 主要元件的選

9、擇24</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)的選擇24</p><p>　　3.3.2 EPROM的選擇25</p><p>　　3.3.3 可逆計(jì)數(shù)器的選擇27</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì)27</p><p>　　3.4.1 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì)27</p><

10、p>　　3.4.2 顯示電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　3.4.3 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)30</p><p>　　3.5 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)31</p><p>　　3.6 本章小結(jié)31</p><p>　　第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則32</p&g

11、t;<p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)32</p><p>　　4.3 主程序設(shè)計(jì)33</p><p>　　4.3.1 主程序工作過程33</p><p>　　4.3.2 主程序工作流程圖34</p><p>　　4.3.3 定時(shí)器T0中斷程序流程圖34</p><p>　　4.4 P

12、roteus仿真37</p><p>　　4.5 顯示程序設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.6 鍵盤程序設(shè)計(jì)39</p><p>　　4.7 調(diào)速程序設(shè)計(jì)41</p><p>　　4.7.1 20BY步進(jìn)電機(jī)參數(shù)41</p><p>　　4.7.2 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系41</p><

13、;p>　　4.8 本章小結(jié)42</p><p>　　第五章 結(jié)束語43</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)44</b></p><p><b>　　附錄46</b></p><p>　　附錄A 系統(tǒng)程序（C）46</p><p>　　附錄B 20BY步進(jìn)電機(jī)

14、轉(zhuǎn)速與定時(shí)器定時(shí)常數(shù)關(guān)系表59</p><p>　　附錄C 控制系統(tǒng)電路圖62</p><p><b>　　致謝63</b></p><p><b>　　第一章 引言</b></p><p>　　1.1 課題提出的背景和研究意義</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)不需要位

15、置傳感器或速度傳感器就可以實(shí)現(xiàn)定位，即使在開環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　對于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)而言，總希望它能以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)。因此要求步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能地快，但如果速度太快，則可能發(fā)生失步。此外，一般步進(jìn)電機(jī)對空載最高啟動(dòng)頻率都是有所限制的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)

16、帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。由此可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)加速的過程。從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有一個(gè)減速的過程，防止步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象。為此本文以單片機(jī)作為控制核心，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制，使系統(tǒng)以最短的時(shí)間

17、到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于控制脈沖的頻率，所以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出的脈沖頻率【1】。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)行控制。步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，失步或者過沖都會直接影響其控制精度。研究步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以提高步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精

18、度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。</p><p>　　1.2 課題的主要研究內(nèi)容</p><p>　　1、步進(jìn)電機(jī)的工作原理</p><p>　　通過查閱文獻(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的單拍運(yùn)行、雙拍運(yùn)行、單雙拍運(yùn)行等各種運(yùn)行方式進(jìn)行研究，深入了解各種運(yùn)行方式的特點(diǎn)和對步進(jìn)電機(jī)控制性能的影響。</p><p>　　2、環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)&l

19、t;/p><p>　　研究環(huán)形脈沖分配器的作用和構(gòu)成，并設(shè)計(jì)出可靠、靈活的環(huán)形脈沖分配器電路。</p><p>　　3、步進(jìn)電機(jī)的續(xù)流電路</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，分析續(xù)流電路對步進(jìn)電機(jī)控制性能的影響，并設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的續(xù)流電路。</p><p>　　4、步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　

20、根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的原理和控制特點(diǎn)，對步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。</p><p>　　5、程序的調(diào)試及修改</p><p>　　用Keil軟件進(jìn)行編程和調(diào)試，并且在Proteus環(huán)境下進(jìn)行系統(tǒng)仿真。</p><p><b>　　1.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了課題研究的背景，提出設(shè)計(jì)的

21、思路。其次介紹了課題研究的目的和意義，最后介紹了課題的主要研究內(nèi)容。</p><p>　　第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 步進(jìn)電機(jī)的原理</p><p>　　反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理是與反應(yīng)式同步電機(jī)一樣，也是利用轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2.1 所示是一臺反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理，定子鐵心為凸極式，共有三相，六

22、個(gè)磁極，不帶小齒，磁極上裝有控制繞組，相對的兩個(gè)磁極串聯(lián)連接，組成一相控制繞組。轉(zhuǎn)子用軟磁材料制成，也是凸極結(jié)構(gòu)，只有兩個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬【2】。</p><p>　　2.1.1 三相單三拍通電方式</p><p>　　這是步進(jìn)電機(jī)的一種最簡單的工作方式，所謂“三相”，即三相步進(jìn)電機(jī)，具有三相定子繞組；“單”指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次

23、情況。</p><p>　　當(dāng)A相繞組通電如圖2.1 (a) 所示，而B相和C相不通電時(shí)，A相的兩個(gè)磁極被勵(lì)磁，一個(gè)呈N極另一個(gè)呈S極，由于磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的電磁吸力，使轉(zhuǎn)子軸線對準(zhǔn)A相磁極的軸線。這種現(xiàn)象也可以這樣來理解，A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子對定子的相對位置不同，則磁路的磁阻也不同，使A相磁路的磁阻為最少的轉(zhuǎn)子位置，就是該時(shí)的穩(wěn)定平衡位置，即轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在轉(zhuǎn)子軸線和A相磁極軸線相重合的位置。同樣道理，當(dāng)A相斷開，接通B相

24、時(shí)，如圖2.1 (b) 所示，B相磁極對轉(zhuǎn)子的電磁力將使轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過60°，達(dá)到轉(zhuǎn)子軸線和B相磁極軸線相重合的位置，即轉(zhuǎn)子走過一步，然后B相電源斷開，同時(shí)接通C相如圖2.1 (c) 所示，同理將使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向再走一步。如此按A-B-C-A的順序使三相繞組輪流通電，則轉(zhuǎn)子依順時(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。如果改變?nèi)嗬@組的通電順序?yàn)锳-C-B-A顯然步進(jìn)電機(jī)將按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。上述三相三拍運(yùn)行，表示三種通電狀態(tài)為一個(gè)循環(huán)，即三次

25、通電狀態(tài)改變后，又恢復(fù)到起始狀態(tài)，一拍對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，通常用θs表示，圖2.1中轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的步距角為60°。</p><p>　　（a）A相通電 （b）B相通電 （c）C相通電 </p><p>　　圖2.1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理</p><p>　　如果將上圖的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子制成四極

26、（或稱為四個(gè)齒）結(jié)構(gòu)，如圖2.2所示，則按三相單三拍運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的步距角也將發(fā)生變化。當(dāng)A相通電時(shí)如圖2.2 (a)所示，轉(zhuǎn)子齒1、3對準(zhǔn)A相磁極軸線重合，當(dāng)B相通電時(shí)如圖2.2 (b)所示，轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針轉(zhuǎn)過30°，穩(wěn)定在轉(zhuǎn)子齒2、4對準(zhǔn)B相磁極軸線的位置，當(dāng)C相通電時(shí)如圖2.2 (c)所示，轉(zhuǎn)子又將逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)30°，轉(zhuǎn)子齒1、3對準(zhǔn)C相磁極軸線的位置，由此可見，每通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度為30°即每步轉(zhuǎn)

27、過的步距角為30°。</p><p>　　(a) A相通電 (b) B相通電 (c) C相通電</p><p>　　圖2.2 轉(zhuǎn)子為四極的三相步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　2.1.2 三相雙三拍通電方式</p><p>　　如果將步進(jìn)電機(jī)的控制繞組的通電方式改為：AB-BC

28、-CA-AB或AC-CB-BC-CA。這種通電方式每拍同時(shí)有兩相繞組通電，三拍為一循環(huán)，如圖2.3所示，轉(zhuǎn)子為四極的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。圖2.3 (a) 為AB相同時(shí)通電的情況，圖2.3 (b) 為BC相通電的情況，可見轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過的角度為30°與單三拍運(yùn)行方式相同，但其中有一點(diǎn)不同，即在雙三拍運(yùn)行時(shí)，每拍使步進(jìn)電機(jī)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)時(shí)，總有一相繞組保持通電。例如由AB相通電變?yōu)锽C相通電時(shí)，B相保持繼續(xù)通電狀態(tài)，C相磁極

29、力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而B相磁極卻起阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，即起到一定的電磁阻尼作用，所以步進(jìn)電機(jī)工作比較平穩(wěn)，三相單三拍運(yùn)行時(shí)，由于沒有這種阻尼用，所以轉(zhuǎn)子到達(dá)新的平衡位置后會產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性能遠(yuǎn)不如雙三拍運(yùn)行方式。</p><p>　　(a) AB相通電 (b) BC相通電</p><p>　　圖2.3 三相雙三拍運(yùn)行方式

30、</p><p>　　2.1.3 三相六拍通電方式</p><p>　　這是一種將一相通電和兩相通電結(jié)合起來的運(yùn)行方式，其具體通電方式為：A-AB-B-BC-C-CA-A或A–AC-CB-B-BA-A，即一相通電和兩相通電間隔輪流進(jìn)行，六種不同的通電狀態(tài)組成一個(gè)循環(huán)，這時(shí)步進(jìn)電機(jī)的工作情況如圖2.4 所示，圖2.4(a)為A相通電時(shí)的情況，轉(zhuǎn)子齒1、3磁軸與A相磁極軸線重合，當(dāng)通電狀態(tài)由

31、A轉(zhuǎn)為AB時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)如圖2.4(b) 所示，轉(zhuǎn)子齒1、3磁極離開A相磁極軸線，即轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過15°。通電方式由AB轉(zhuǎn)為B時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)如圖2.4(c) 所示，轉(zhuǎn)子齒2、4磁極軸線和B相磁極軸線相重合，或轉(zhuǎn)子齒1、3磁極軸線離開A相磁極軸線30°角，即轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針方向運(yùn)行了一步，相應(yīng)的角度為15°如此類推，可見步進(jìn)電機(jī)每走一步，將轉(zhuǎn)過15°，恰好為三相單拍或雙三拍通電方式的一半。<

32、;/p><p>　　六拍運(yùn)行方式與雙三拍相同，由一個(gè)通電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪煌姞顟B(tài)時(shí)，也總有一相繼續(xù)保持通電，同樣具有電磁阻尼作用，工作也比較平穩(wěn)。</p><p>　　(a) A相通電 (b) AB相通電</p><p>　　(c) B相通電

33、 (d) BC相通電</p><p>　　圖2.4 三相六拍通電方式</p><p>　　通過分析可知一臺步進(jìn)電機(jī)可以有不同的通電方式，即可以有不同的拍數(shù)。拍數(shù)不同時(shí)，其對應(yīng)的步距角大小也不同，拍數(shù)多則步距角小。通電相數(shù)不同也會帶來不同的工作性能。此外，也可以看到同一種通電方式，對于轉(zhuǎn)子磁極數(shù)不同的步進(jìn)電機(jī)，也會有不同的步距角。步距角θs可由式(1-1)求得【3】</p>

34、<p>　　θs=360°/mKZR (1-1)</p><p>　　式中 m — 控制繞組相數(shù)；</p><p>　　ZR — 轉(zhuǎn)子齒數(shù)；</p><p>　　K —與通電方式有關(guān)的狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)通電方式為單拍，即拍數(shù)與相數(shù)相同，K=1；為雙拍時(shí)，即拍數(shù)為相數(shù)的兩倍時(shí)，K=2。</p><p>　

35、　2.2 環(huán)形脈沖分配器</p><p>　　要使步進(jìn)電機(jī)正常工作，必須按照該種步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表所規(guī)定的狀態(tài)和次序依次對各相繞組進(jìn)行通電和斷電控制。環(huán)形分配器的主要功能是把單片機(jī)發(fā)出的脈沖信號按一定的規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，控制繞組的導(dǎo)通和截止。同時(shí)步進(jìn)電機(jī)有正反轉(zhuǎn)的要求，所以環(huán)形脈沖分配器的輸出既有周期性又有可逆性?？梢哉f環(huán)形脈沖分配器是一種特殊的可逆循環(huán)計(jì)數(shù)器， 但它輸出的不是一般的編碼，而是步

36、進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)所要求的特殊編碼【4】。</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，控制器與驅(qū)動(dòng)器之間連接方式可分為串行控制和并行控制。串行控制時(shí)，控制器輸出脈沖信號和方向電平，環(huán)形脈沖分配器把它轉(zhuǎn)換成并行的驅(qū)動(dòng)信號，再控制繞組的導(dǎo)通和截止?？刂泼}沖信號的有無就能控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行和停止，脈沖信號的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，方向電平控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。并行控制時(shí)，控制器直接輸出各相繞組的導(dǎo)通和截止信號，此時(shí)環(huán)

37、形脈沖分配器在控制器中，由軟件來代替環(huán)形脈沖分配器的功能，不管是串行控制還是并行控制必須有環(huán)形脈沖分配器這個(gè)環(huán)節(jié)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)按類型、相數(shù)來劃分種類繁多，不同種類、不同相數(shù)、不同分配方式都必須有不同的環(huán)形脈沖分配器，因此所需要的環(huán)形脈沖分配器的類型是很多的。如果全部用硬件來搭成，結(jié)構(gòu)是相當(dāng)復(fù)雜的，不能滿足步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需要，為此提出一種用EPROM搭建的環(huán)形分配器，以滿足不同的要求。<

38、/p><p>　　EPROM存儲器是一種紫外線擦除的可編程只讀存儲器，存儲器的內(nèi)容可以由使用者自己編程，且可以用紫外線照射后重新使用。用EPROM可以搭建成各種環(huán)形脈沖分配器。其基本思想是：首先確定步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，再以二進(jìn)制碼的形式存入EPROM存儲器中，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址的內(nèi)容，那么存儲器輸出的就是各相繞組的勵(lì)磁狀態(tài)，用EPROM搭建的環(huán)形脈沖分配器的原理框圖如圖2.5 所示，它由兩部

39、分組成。前面是一個(gè)可逆的循環(huán)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)脈沖的有無控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行與停止，計(jì)數(shù)器加減控制端控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，如果低電平時(shí)計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果高電平時(shí)計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)長度應(yīng)等于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期的拍數(shù)或拍數(shù)的整數(shù)倍，計(jì)數(shù)器的輸出端接到EPROM的地址線上，并且使EPROM總是處于讀出的狀態(tài)，這樣計(jì)數(shù)器的每個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)都對應(yīng)存儲器的一個(gè)地址，存儲器的輸出端就對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的一種勵(lì)磁狀態(tài)。簡單的說存儲器

40、存入的是一個(gè)環(huán)形脈沖分配器的狀態(tài)輸出表，計(jì)數(shù)器每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器計(jì)一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)值就會選通存儲器的一個(gè)地址，存儲器就輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，即步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)勵(lì)磁狀態(tài)</p><p>　　圖2.5 含有EPROM 環(huán)形脈沖分配器</p><p>　　用EPROM設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖分配器，具有如下的特點(diǎn)：</p><p>　　1、線路簡單。由可逆循環(huán)計(jì)數(shù)器和存儲器兩部分組成，計(jì)數(shù)器

41、可以用現(xiàn)有的器件實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)長度可以用簡單的外圍電路實(shí)現(xiàn)。對EPROM存儲器的主要工作是編程，存儲狀態(tài)表，所以工作量小。</p><p>　　2、一種線路可以實(shí)現(xiàn)多種勵(lì)磁狀態(tài)方式的分配，只要在不同的地址區(qū)域存儲不同的狀態(tài)表，除軟件工作之外，硬件無需改動(dòng)。</p><p>　　3、可排除非法狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路輸入非法狀態(tài)可能會損壞驅(qū)動(dòng)電路。存儲器中存儲的內(nèi)容，除了在選通的地址存儲所需的狀態(tài)表之外，

42、其他沒用的地址都存儲各相截止的信號。因此即使有非法的地址輸入，輸出端輸出的都是截止的信號，可以保護(hù)驅(qū)動(dòng)器不受損壞。</p><p>　　由于勵(lì)磁狀態(tài)是按運(yùn)行拍數(shù)循環(huán)的，所以存儲器輸出的狀態(tài)也必須按拍數(shù)循環(huán)出現(xiàn)，這就要求計(jì)數(shù)器是可逆計(jì)數(shù)器，同時(shí)計(jì)數(shù)長度是運(yùn)行循環(huán)拍數(shù)的整數(shù)倍。實(shí)際上，使用RPROM設(shè)計(jì)的環(huán)形脈沖器是一種軟硬件結(jié)合的技術(shù)，通過軟件的編程可以實(shí)現(xiàn)不同勵(lì)磁方式的輸出。</p><p&g

43、t;　　由上可見，這種方法適用于控制任意類型的步進(jìn)電機(jī)。對于不同的步進(jìn)電機(jī)及不同的勵(lì)磁方式，只需改變存儲的狀態(tài)表，硬件不需要做任何的變化。跟軟件的方法相比，需要增加硬件的成本，但軟件簡單，速度快，少占用CPU的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。軟件方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件，降低系統(tǒng)的成本，且更改靈活，有利于系統(tǒng)的小型化，其主要的缺點(diǎn)是占用CPU時(shí)間較多，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。</p><p>　　圖2.6 環(huán)形脈沖分配器電路

44、</p><p>　　由EPROM與可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成的環(huán)形脈沖分配器如圖2.6所示，計(jì)數(shù)器選用74LS191，74LS191是四位二進(jìn)制進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖從CP端輸入，計(jì)數(shù)器的輸出QA~QD直接接到EPROM的低四位地址線A0~A3，這樣可以選通2716的十六個(gè)地址（00H~0FH）。</p><p>　　74LS191第五腳為加減法輸入控制端，該輸入端作為方向輸入的控制信號，當(dāng)?shù)碗娖?/p>

45、時(shí)做加法計(jì)數(shù)，為正轉(zhuǎn)狀態(tài)。當(dāng)為高電平時(shí)做減法計(jì)數(shù)，為反轉(zhuǎn)狀態(tài)。74LS191數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D各管腳接地，11腳是置數(shù)端，當(dāng)它為高電平時(shí)74LS191為計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)它為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，把數(shù)據(jù)端的內(nèi)容（ABCD）裝入計(jì)數(shù)器。</p><p>　　2716的管腳OE和CE分別為輸出允許和片選端，使它接地讓它一直處于選通狀態(tài)。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

46、與雙四拍的步距角相等，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。因此本文選擇步進(jìn)電機(jī)八拍的工作方式。EPROM 的存儲內(nèi)容如表2.1所示。</p><p>　　表2.1四相步進(jìn)電機(jī)八拍工作方式存儲狀態(tài)表</p><p><b>　　2.3 續(xù)流電路</b></p><p>　　步進(jìn)

47、電機(jī)的控制性能，與各相繞組導(dǎo)通和截止時(shí)電流的增加和衰減速度有關(guān)，對于加速度大、或者運(yùn)行速度高的步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度增加時(shí)，由于繞組電感的作用，電流經(jīng)常不能立即升到額定值，同樣在繞組斷電時(shí)，電流也不能立即衰減到零。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)下一相導(dǎo)通時(shí)，斷電相繞組中的衰減電流對步進(jìn)電機(jī)起制動(dòng)作用。</p><p>　　如圖2.7所示為一相勵(lì)磁時(shí)的等效電路。L為繞組電感，R為串聯(lián)回路的總電阻，E為反電動(dòng)勢。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為鎖定狀態(tài)時(shí)，忽

48、略T管的壓降，則繞組的電流為U/R。如果T斷電，繞組中磁場能量將極力保持原有電流的方向。晶體管上的管壓降將隨Ldi/dt正比的增加，這個(gè)峰值電壓的大小可能會超過一個(gè)晶體管的最大耐壓U，造成晶體管損壞。常用的步進(jìn)電機(jī)可以很容易產(chǎn)生數(shù)值比步進(jìn)電機(jī)外加電壓大的峰值電感電動(dòng)勢。這個(gè)電感電動(dòng)勢必須控制在晶體管安全運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。所以驅(qū)動(dòng)電路除了對步進(jìn)電機(jī)繞組提供導(dǎo)通回路外，還必須提供一個(gè)繞組斷電時(shí)的續(xù)流回路，其作用是既要保證電流的泄放的速度，同時(shí)又要

49、抑制電感電勢，保護(hù)晶體管不受感應(yīng)電動(dòng)勢峰值的沖擊。</p><p>　　圖2.7 一相勵(lì)磁電路</p><p>　　2.3.1 二極管續(xù)流</p><p>　　抑制電勢的最簡單的形式是用二極管跨接步進(jìn)電機(jī)繞組的兩端，如圖2.8所示。在繞組導(dǎo)通期間，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)繞組斷電時(shí)，繞組電勢極性反向，二極管處于正向?qū)ǖ臓顟B(tài)，為電流提供一個(gè)續(xù)流回路，二極管把功放管

50、的集射極電壓鉗位到電源電壓+U。</p><p>　　當(dāng)一相繞組斷電時(shí)，存儲在繞組中的能量必須消耗在電路的電阻R中，該電阻包括繞組電阻，串聯(lián)電阻和二極管正向?qū)娮?，衰減時(shí)間常數(shù)為L/R。在低速時(shí)，斷電相電流衰減緩慢是允許的，但高速時(shí)，就會影響步進(jìn)電機(jī)的控制性能。</p><p>　　圖2.8 二極管泄放電路 圖2.9 負(fù)載曲線</p&

51、gt;<p>　　2.3.2 二極管—電阻續(xù)流</p><p>　　要求高速或變速運(yùn)行時(shí)，斷電繞組的能量必須盡快消耗，這可以通過增加一個(gè)與二極管串聯(lián)的電阻Rs，以減少泄放回路的時(shí)間常數(shù)，此時(shí)斷電回路的時(shí)間常數(shù)為L/(R+Rs)。Rs的最大值取決于集—射極間的擊穿電壓Ucer。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)截止時(shí)，若通過二極管的初始電流為額定電流In，即</p><p><b>　　In

52、=U/R</b></p><p>　　則晶體管集—射極間的壓降為</p><p>　　Uce=U+RsIn=U（1+Rs/R）</p><p>　　這樣為使Uce<Ucer</p><p>　　則Rs<R(Ucer/U－1)</p><p>　　圖2.10 二極管—電阻續(xù)流回路

53、 圖2.11 負(fù)載曲線</p><p>　　由以上分析可知續(xù)流電路的特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 斷電相的磁場能量總是消耗在回路的電阻上，其中包括電動(dòng)機(jī)繞組自身的電阻。</p><p>　　(2) 續(xù)流串聯(lián)電阻的大小因需要保護(hù)功放管的安全而受到限制。</p><p>　　(3) 衰減時(shí)間常數(shù)大，在步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生

54、阻轉(zhuǎn)矩，影響系統(tǒng)的特性。</p><p>　　2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　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，除與步進(jìn)電機(jī)的自身性能有關(guān)外，在很大程度上也取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)該既要保證繞組有足夠的電壓電流，同時(shí)又要保證驅(qū)動(dòng)級功率器件的安全運(yùn)行，另外還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗和較低的成本。

55、</p><p>　　驅(qū)動(dòng)級的功率放大器件有中功率晶體管、大功率的晶體管、達(dá)林頓管、可控硅以及各種功率模塊。對于小功率的步進(jìn)電機(jī)，可用中小功率晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，晶體管具有放大倍數(shù)大、線路簡單等優(yōu)點(diǎn)，用于驅(qū)動(dòng)小功率的步進(jìn)電機(jī)（繞組電流在數(shù)百毫安）。對于功率較大的步進(jìn)電機(jī)，由于繞組所需要的電流較大、電壓高、反電動(dòng)勢也大，因此需要用大功率的的晶體管驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路與一般

56、電氣設(shè)備驅(qū)動(dòng)的不同點(diǎn)主要有：</p><p>　　(1) 各相繞組都是工作在開關(guān)狀態(tài)，多數(shù)電動(dòng)機(jī)的繞組都是連續(xù)的交流或者直流，而步進(jìn)電機(jī)的各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的而是離散的。</p><p>　　(2) 電動(dòng)機(jī)的各相繞組是繞在鐵心上的線圈，所以都有比較大的電感。繞組通電時(shí)電流上升率受到限制，因而影響電動(dòng)機(jī)繞組電流的大小。</p><p>　　(

57、3) 繞組斷電時(shí)，電感中磁場的儲能將維持繞組中已有的電流不能突變，結(jié)果使應(yīng)該截止的相不能立即截止。為使電流盡快衰減，必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。繞組導(dǎo)通和截止過程中都會產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢，而截止時(shí)的反電動(dòng)勢將對驅(qū)動(dòng)級器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響。</p><p>　　(4) 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各相繞組中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢，這些電動(dòng)勢的大小和方向?qū)@組電流產(chǎn)生很大的影響。由于旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢基本上與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，

58、電動(dòng)勢越大，繞組電流越小，從而使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也隨著轉(zhuǎn)速升高而下降。</p><p>　　(5) 電動(dòng)機(jī)繞組中有電感電動(dòng)勢、互感電動(dòng)勢、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢。這些電動(dòng)勢與外加電源共同作用于功率器件，當(dāng)其疊加結(jié)果使電動(dòng)機(jī)繞組兩端電壓大大超過電源電壓時(shí)，會使驅(qū)動(dòng)級的工作條件更為惡化。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電流比較大，所以單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口電路及驅(qū)動(dòng)電路。接口電路

59、可以是鎖存器，也可以是可編程的接口芯片，如8255、8155等。驅(qū)動(dòng)器可以用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動(dòng)器。本系統(tǒng)為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件，因而在驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)之間增加一級光耦隔離器。其接口電路原理圖如圖2.12所示。</p><p>　　圖2.12 驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　電路工作原理：當(dāng)A輸出為1時(shí)，發(fā)光二極管不

60、發(fā)光，因而光敏三極光截止，從而使達(dá)林頓管導(dǎo)通，A相繞組通電。反之當(dāng)A為0時(shí)經(jīng)反相后，使發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，從而使達(dá)林頓管截止，A相繞組不通電，控制B、C、D相亦然?？傊?，只要按一定的順序改變A、B、C、D通電的順序，就可控制步進(jìn)電機(jī)按一定的方向步進(jìn)【5】。</p><p>　　2.5 步進(jìn)電機(jī)的變速控制</p><p>　　對于大多數(shù)的任務(wù)而言，總希望控制系統(tǒng)能盡快地到達(dá)控制終

61、點(diǎn)。因此要求步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能快一些，但如果速度太快，則可能發(fā)生失步。此外一般步進(jìn)電機(jī)對空載最高啟動(dòng)頻率都是有所限制的。所謂的最高空載啟動(dòng)頻率是指步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)不失步地進(jìn)入同步狀態(tài)（即步進(jìn)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度和控制頻率相對應(yīng)的工作狀態(tài)）的最大控制頻率。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶負(fù)載的能力越差；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)的工作頻率又

62、遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。由此可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)的瞬間采取加速的措施。一般來說，升頻的時(shí)間約為0.1~1s之間。系統(tǒng)運(yùn)行起來之后，如果到達(dá)終點(diǎn)時(shí)立即停止，可能會因系統(tǒng)慣性的原因，發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象，使點(diǎn)位控制發(fā)生偏差，所以從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有減速的措施【6】。</p><p>　　為此，提出一種變速控制的程序，該程序的基本思想是，在啟動(dòng)時(shí)，以低于響應(yīng)頻率fs的速度運(yùn)行；

63、然后開始慢慢加速，加速到一定頻率fe后就以此速率恒速運(yùn)行。當(dāng)快要到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，又使其慢慢減速，在低于響應(yīng)頻率fs的速率下運(yùn)行，直到走完所規(guī)定的步數(shù)后就停止運(yùn)行。這樣步進(jìn)電機(jī)便可以以最快的速度走完所規(guī)定的步數(shù)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。因此在點(diǎn)位控制過程中，運(yùn)行速度需要有一個(gè)加速—恒速—減速—低恒速—停止的過程，上述的變速控制過程如圖2.13所示。</p><p>　　圖2.13 點(diǎn)—位控制的加減速過程</p>

64、;<p>　　對于一個(gè)非常短的距離，如在數(shù)步范圍內(nèi)，電動(dòng)機(jī)的加減速過程沒有實(shí)際意義，只需要按起動(dòng)頻率運(yùn)行即可。對于中等或比較長的運(yùn)行距離，步進(jìn)電機(jī)加速后應(yīng)該有一個(gè)恒速的過程。系統(tǒng)在工作過程中，都要求加減速的時(shí)間盡量短，而恒速時(shí)間盡量長。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間要求最短，這就必須要求加減速的過程最短而恒速時(shí)速度最高。</p><p>　　加速時(shí)的起始速度應(yīng)該等于或略小于系統(tǒng)的極

65、限起動(dòng)頻率，而不是從零開始。減速過程結(jié)束時(shí)的速度一般等于或略低于起動(dòng)速度，再經(jīng)數(shù)步低速運(yùn)行后停止。</p><p>　　升速的規(guī)律一般有兩種，一是按直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)律升速。按直線規(guī)律升速時(shí)加速度為恒定，因此要求步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。但實(shí)際上步進(jìn)電機(jī)升速時(shí)由于反電動(dòng)勢和繞組電感的作用，繞組電流將逐漸減小，因此輸出的轉(zhuǎn)矩會有所下降，按指數(shù)規(guī)律升速時(shí)，加速度是逐漸下降的，接近步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)

66、律【7】。</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)的速度正比于脈沖頻率，控制步進(jìn)電機(jī)的速度實(shí)際上就是控制脈沖頻率。用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制，即控制CP脈沖的時(shí)間間隔。升速時(shí)使脈沖逐漸加密，減速時(shí)使脈沖逐漸變疏。本系統(tǒng)采用定時(shí)器中斷來控制步進(jìn)電機(jī)的加減速，實(shí)際上是不斷改變定時(shí)器的定時(shí)初值的大小。在運(yùn)行的過程中用查表的方式查出所需的定時(shí)初值，從而減小占用CPU的時(shí)間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。</p>&l

67、t;p>　　步進(jìn)電機(jī)的加減速控制技術(shù)是步進(jìn)電機(jī)控制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性、升降速的快慢、定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。采用步進(jìn)電機(jī)的加減速控制可以有效地克服步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)失步的問題，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度【8】。 <

68、;/p><p>　　2.5.1 變速控制的方法</p><p>　　1、改變控制方式的變速控制</p><p>　　最簡單的變速控制可以利用改變步進(jìn)電機(jī)的控制方式實(shí)現(xiàn)。例如，在三相步進(jìn)電機(jī)中，啟動(dòng)或停止時(shí)，用三相六拍，大約在0.1秒后，改用三相三拍的的分配方式，在快到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，再次采用三相六拍的控制方式，以達(dá)到減速的目的。</p><p>　　2

69、、均勻地改變脈沖時(shí)間間隔的變速控制</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以均勻地改變脈沖時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)。例如在加速控制中，可以均勻地減少延時(shí)時(shí)間間隔；在減速時(shí)，可以均勻地增加延時(shí)時(shí)間間隔。具體地說，就是均勻地增加或減少延時(shí)程序中延時(shí)時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　這種控制方法的優(yōu)點(diǎn)是，由于延時(shí)的長短不受限制，使步進(jìn)電機(jī)的頻率變化范圍比較寬，但它降低了單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力。</

70、p><p>　　3、采用定時(shí)器的變速控制</p><p>　　在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可以采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來提供CP脈沖。其方法是將定時(shí)器初始化后，每隔一定的時(shí)間向CPU申請一次中斷，CPU響應(yīng)中斷后便發(fā)出一個(gè)脈沖。此時(shí)只要均勻地改變定時(shí)器時(shí)間常數(shù)，即可達(dá)到均勻加減速的目的【9】。</p><p>　　這種方法的優(yōu)點(diǎn)是減少占用CPU的時(shí)間，提高控制系統(tǒng)的效率和實(shí)時(shí)處理

71、能力。為了提高單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力，系統(tǒng)采用中斷的方法進(jìn)行調(diào)速。</p><p>　　2.6 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用</p><p>　　由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響比較小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)行控制。此外，步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器可以在開環(huán)狀態(tài)下定位或同步運(yùn)行，有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因

72、而在軟盤驅(qū)動(dòng)器、掃描儀、打印機(jī)、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得了到廣泛的應(yīng)用【10】。</p><p>　　自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)如圖2.14所示，它由搬運(yùn)站、供料站、加工站、裝配站和分揀站構(gòu)成，每一個(gè)工作站都可自成一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。搬運(yùn)站的功能是向各個(gè)工作單元輸送工件，每完成一道工序就把工件送給下一個(gè)工作站，等加工站完成后再將工件送到裝配站和分揀站整個(gè)自動(dòng)生產(chǎn)線的加工過程就完成。搬運(yùn)站的整體運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有

73、定位精確和快速的特點(diǎn)。該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有行程長、多定位點(diǎn)的特點(diǎn)，是一個(gè)典型的一維位置控制系統(tǒng)。因此步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制在自動(dòng)生產(chǎn)線中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，需要步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能的快，但為了防止步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)過程中發(fā)生失步，需要按一定的規(guī)律對步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，也就是對步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率進(jìn)行控制。當(dāng)停車時(shí)，由較高的頻率突然降為零頻率，使步進(jìn)電機(jī)立即停止，可能會由于系

74、統(tǒng)慣性的原因，轉(zhuǎn)子會沖過終點(diǎn)，結(jié)果使停車不準(zhǔn)確，因此停車也必須有一個(gè)降頻的過程。整個(gè)加減速的控制，如本文所述的步進(jìn)電機(jī)加減速控制。</p><p>　　圖2.14自動(dòng)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)組件由齒輪傳動(dòng)，每轉(zhuǎn)一圈搬運(yùn)站移動(dòng)55mm，如果步距角為θ，每轉(zhuǎn)一圈需要走的步數(shù)N=360°/θ，那每一步走過的距離為L=55/N。由此可以算出每個(gè)站點(diǎn)之間的需要走的

75、步數(shù)，即需要總的脈沖個(gè)數(shù)。例如一個(gè)步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)，從供料站到加工站的距離為470mm，需要總的脈沖個(gè)數(shù)為1709個(gè)【11】。各站點(diǎn)之間的距離如表2.2所示。</p><p><b>　　表2.2各站點(diǎn)距離</b></p><p>　　選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，定位精度就越高。步進(jìn)電機(jī)需要走的步數(shù)可以根據(jù)不同距離預(yù)先計(jì)算好，然后在單片機(jī)程序里設(shè)定

76、好，也可以通過上位機(jī)進(jìn)行控制。</p><p><b>　　2.7 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先分析了步進(jìn)電機(jī)的原理，并總結(jié)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)；其次根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路和環(huán)形脈沖分配器；為了使控制系統(tǒng)快以最短時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，并根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的變速控制的方法。最后根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，介紹步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)

77、生產(chǎn)線中的應(yīng)用。</p><p>　　第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則</p><p>　　系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則【12】：</p><p>　?。?）盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計(jì)的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。</p><p>　　（2）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件

78、方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意，由軟件實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件的長，而且占用CPU時(shí)間。所以選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這些因素。</p><p>　?。?）整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配，例如選用晶振頻率較高時(shí)，存貯器的存取時(shí)間有限，應(yīng)選擇允許存取速度較高的芯片；選擇CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系

79、統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。</p><p>　?。?）可靠性及抗干擾性設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的部分，它包括芯片、器件選擇，去耦濾波等。</p><p>　?。?）單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。</p><p>　?。?）系統(tǒng)的擴(kuò)展及

80、各功能模塊的設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備將來修改、擴(kuò)展的需要。</p><p>　　3.2 控制系統(tǒng)組成</p><p>　　控制系統(tǒng)硬件電路主要由鍵盤顯示電路、工作狀態(tài)顯示電路、環(huán)形脈沖分配器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、51單片機(jī)、電源及復(fù)位六部分組成。系統(tǒng)硬件框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 系統(tǒng)硬件框圖</p>

81、<p>　　3.3 主要元件的選擇</p><p>　　3.3.1 單片機(jī)的選擇</p><p>　　隨著微電子工藝水平的提高，近十年來單片微型計(jì)算機(jī)有了飛速的發(fā)展。在MCS-51系列單片機(jī)系列內(nèi)核8051/80C51的基礎(chǔ)上，Intel公司、Philips公司、Siemens公司等很多大公司紛紛推出了名目繁多的派生芯片。而 ATMEL公司的AT89C51系列單片機(jī)是當(dāng)今具有較高

82、性能的單片微型計(jì)算機(jī)系列產(chǎn)品之一，特別適用于要求實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)控制的各類自動(dòng)控制系統(tǒng)，如工業(yè)過程控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速電機(jī)控制系統(tǒng)等。</p><p><b>　　其主要特點(diǎn)有：</b></p><p>　?。?） CPU內(nèi)核完全和MCS-51系列兼容，具有MCS-51系列單片機(jī)的一切功能。</p><p>　?。?） 內(nèi)

83、部集成了4K字節(jié)的在線可編程FlashROM，可滿足大部分系統(tǒng)擴(kuò)展的需求，編程方更快捷。</p><p>　　（4） 可在0～24MHz的晶振頻率范圍內(nèi)可靠工作，加快了系統(tǒng)的工作速度，可用在某些高速實(shí)時(shí)處理控制系統(tǒng)中。</p><p>　　（5） 內(nèi)部具有256個(gè)字節(jié)的RAM和3個(gè)16位定時(shí)器，可以存放系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)和滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)功能擴(kuò)展的需要。</p><p>

84、;　?。?） 具有6個(gè)中斷源，完全可以滿足一般設(shè)計(jì)的中斷系統(tǒng)擴(kuò)展需要。</p><p>　　因此，AT89C51系列單片機(jī)以其優(yōu)越的性能在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用，由于其內(nèi)部功能完善，可以大大減少擴(kuò)展系統(tǒng)外圍電路，而且性能穩(wěn)定，因此在本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，選用了AT89C51單片機(jī)作為中央控制單元。</p><p>　　3.3.2 EPROM的選擇</p><p&g

85、t;　　只讀存儲器(ROM)的特點(diǎn)是：其內(nèi)容是預(yù)先寫入的且一旦寫入，使用時(shí)就只能讀出不能改變，掉電時(shí)也不會丟失，ROM器件還具有結(jié)構(gòu)簡單、信息度高，價(jià)格低，非易失性和可靠性高等特點(diǎn)。</p><p>　　EPROM是以浮柵型MOS管作存儲單元，它里面存儲的內(nèi)容可以通過紫外線光的照射而被擦除，而且又可再用電流脈沖對其重新編程寫入程序或數(shù)據(jù)，而且還可多次進(jìn)行擦除和重寫，故稱為可擦除可編程ROM，因而EPROM得到了廣

86、泛的應(yīng)用。</p><p>　　Intel 2716是2K×8的EPROM存儲器。2716的管腳排列如圖3.2所示。它有讀方式、未選中方式、編程方式、程序檢驗(yàn)方式、編程禁止方式5種工作方式如表3.1所示【13】。</p><p>　　圖3.2 2716 管腳排列</p><p>　　2716管腳定義如下：</p><p>　　A0—

87、A10：地址線，11位(對應(yīng)2K存儲單元)地址信號輸入引腳；</p><p>　　O7—O0：8位雙向數(shù)據(jù)線，編程時(shí)作數(shù)據(jù)輸入線，讀出時(shí)作數(shù)據(jù)輸出線；</p><p>　?。浩x允許輸入端，低電平有效；</p><p>　?。簲?shù)據(jù)輸出允許控制信號引腳，低電平有效；</p><p>　　Vpp：+25V電源，用于專用裝置上進(jìn)行寫操作；</

88、p><p>　　表3.1 2716工作方式</p><p>　　3.3.3 可逆計(jì)數(shù)器的選擇</p><p>　　由于環(huán)形脈沖分配器不但需要接收脈沖信號CP，還需要接收方向電平，因此所選的計(jì)數(shù)器需要是一個(gè)可逆的計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)器選用74LS191，這是一種單時(shí)鐘4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖從CP端輸入，加/減脈沖由同一端輸入，加/減控制線的高低電平控制加減計(jì)數(shù)。74LS1

89、91是單時(shí)鐘方式的可逆計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸出QA～QD接EPROM的低四位地址線，這樣可以選通EPROM的十六個(gè)地址（00H～0FH），將步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)從EPROM中輸出，控制繞組的導(dǎo)通和截止。74LS191的工作方式選擇如表3.2所示。</p><p>　　用74LS164的clk端作為環(huán)形脈沖分配器的CP脈沖信號輸入端，加減計(jì)數(shù)控制端作為正反轉(zhuǎn)控制信號輸入端。</p><p>　　表

90、3.2 74LS191功能表</p><p>　　3.4 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.4.1 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì)</p><p>　　環(huán)形脈沖分配器是用來接收單片機(jī)的CP脈沖，并根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的狀態(tài)順序輸出各相繞組的導(dǎo)通或截止信號。每來一個(gè)CP脈沖，環(huán)形脈沖分配器的輸出就轉(zhuǎn)換一次。因此，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高或低、加速或減速、啟動(dòng)或停止都

91、完全取決于CP脈沖的有無和頻率。同時(shí)，環(huán)形脈沖分配器還必須接收控制器發(fā)出的方向電平信號，從而決定其輸出的狀態(tài)轉(zhuǎn)換是按正序轉(zhuǎn)換還是反序轉(zhuǎn)換，于是就決定了步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。接收來自控制器的CP脈沖和方向電平是環(huán)形脈沖分配器的最基本功能。</p><p>　　環(huán)形脈沖分配器由EPROM和可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成，將步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)以二進(jìn)制的形式存入EPOROM，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址內(nèi)容，EPROM的輸出就是步

92、進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)。可逆計(jì)數(shù)器的輸出作為EPROM的地址輸入端，計(jì)數(shù)器的一個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)就對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)勵(lì)磁狀態(tài)，控制計(jì)數(shù)脈沖CP就可以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，加減計(jì)數(shù)控制端可以控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。環(huán)形脈沖分配器電路如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 環(huán)形脈沖分配器電路</p><p>　　這種方法適用于控制任意類型的步進(jìn)電機(jī)。對于不同類型的步進(jìn)電機(jī)及不同的勵(lì)磁方式，只需改變存儲的狀

93、態(tài)表，硬件不需要做任何的變化。跟軟件的方法相比，需要增加硬件的成本，但軟件簡單，速度快，少占用CPU的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，軟件方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件，降低系統(tǒng)的成本，且更改靈活，有利于系統(tǒng)的小型化，其主要的缺點(diǎn)是占用CPU時(shí)間較多，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，本文采用硬件設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖分配器。</p><p>　　3.4.2 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)與顯

94、示電路的接法一般有如下兩種方法：</p><p>　?。?）串行接法：設(shè)計(jì)中要顯示4位數(shù)字，用74LS164作為顯示驅(qū)動(dòng)，其中74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)容易控制。 </p><p>　?。?）并行接法：使用并行接法時(shí)要對每個(gè)數(shù)碼管用I/O口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。 </p><p>　　由于設(shè)計(jì)中用一塊單片機(jī)進(jìn)行控制，資源

95、有限，故使用串行接法，另外，74LS164的鎖存作用也起到節(jié)約資源的作用。 </p><p>　　數(shù)碼管顯示電路是通過串行口方式0擴(kuò)展單片機(jī)的輸出口，在“串入并出”芯片74LS164的配合下，單片機(jī)RXD引腳接74LS164串行數(shù)據(jù)輸入端，TXD引腳接74LS164移位脈沖輸入端CLK，電路如圖3.4所示【14】。</p><p>　　圖3.4 數(shù)碼管顯示電路</p><

96、;p>　　3.4.3 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì)</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)采用高電平復(fù)位方式，為保證CPU內(nèi)部各單元電路可靠復(fù)位，RST引腳的復(fù)位脈沖高電平維持時(shí)間必須大于2個(gè)機(jī)器周期（即24個(gè)振蕩周期）。單片機(jī)外部的復(fù)位電路如圖3.5所示，該電路具有手動(dòng)復(fù)位和上電復(fù)位的功能。</p><p>　　3.5 外部復(fù)位電路</p><p>　　上電復(fù)位：接

97、通電源的瞬間，電容C上的電壓很小，RST引腳為高電平。在電容充電過程中，RST引腳的電位逐漸下降，當(dāng)RST引腳的電位小于某一特定值后，CPU就會脫離復(fù)位狀態(tài)，只要電容C的容量足夠大，就能保證RST引腳高電平時(shí)間大于24個(gè)振蕩周期，使CPU可靠復(fù)位。二極管VD的作用在于：掉電后給電容C提供放電回路，保證再次上電時(shí)RST引腳為高電平，使CPU可靠復(fù)位。當(dāng)VCC=0時(shí)，VCC端與地等電位，電容C通過VD迅速放電。放電回路為C正極、電源Vcc端

98、（與地等電位）、二極管VD正極、二極管VD負(fù)極、C負(fù)極，保證再次上電時(shí)，RST引腳為高電平，CPU可靠復(fù)位。</p><p>　　手動(dòng)復(fù)位：當(dāng)按下手動(dòng)復(fù)位按鈕時(shí)，電容C通過R2放電，當(dāng)電容C放電結(jié)束后，RST引腳電位由R2、R1分壓比決定，由于R2<<R1，因此RST引腳為高電平，CPU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。松開復(fù)位按鍵后，電容C充電，RST引腳電位下降，使CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。</p><

99、p>　　3.5 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　將各接口電路有機(jī)結(jié)合起來形成一個(gè)完整的電路，電路圖如附錄C所示。它是以單片機(jī)為核心的控制電路，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)設(shè)定的步數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間走完所規(guī)定的步數(shù)而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以提高步進(jìn)電機(jī)的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。在系統(tǒng)工作的過程中，數(shù)碼管顯示步進(jìn)電

100、機(jī)需要運(yùn)行的步數(shù)，并通過LED指示步進(jìn)電機(jī)的工作運(yùn)行狀態(tài)。</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先介紹了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，其次對主要元器件進(jìn)行了選擇和介紹。最后對控制系統(tǒng)各部分的電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并把各模塊有機(jī)組合起來形成一個(gè)較完整的電路，如附錄C所示。</p><p>　　第四

101、章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則</p><p>　　系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。應(yīng)用系統(tǒng)種類繁多，應(yīng)用軟件各不相同，但是一個(gè)優(yōu)秀的應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)具有下列特點(diǎn)【15】：</p><p>　?。?）軟件結(jié)構(gòu)清楚、簡潔、流程合理。</p><p>　?。?）各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊

102、化，子程序化。便于調(diào)試、連接、移植、修改。</p><p>　　（3）程序存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)規(guī)格合理，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又操作方便。</p><p>　?。?）運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)標(biāo)志化管理。各個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。</p><p>　?。?）經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)行規(guī)范化，除去修

103、改“痕跡”。規(guī)范化的程序便于交流、借鑒，也為今后的軟件模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化打下基礎(chǔ)。</p><p>　　（6）實(shí)現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件抗干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可行性的有力措施。</p><p>　　本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫，在此本文主要介紹軟件的各個(gè)模塊功能與軟件流程。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序，定時(shí)器T0啟動(dòng)程序，調(diào)速程序，鍵盤顯示程序，停止判斷程序。</p><

104、;p>　　4.2 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)</p><p>　　軟件主要功能是單片機(jī)根據(jù)設(shè)定的步數(shù)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的自動(dòng)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最快的速度走完所設(shè)定的步數(shù)，并通過數(shù)碼管和LED顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)。其具體功能如下：</p><p>　　按正轉(zhuǎn)按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行；通過鍵盤可輸入所需要運(yùn)行的步數(shù)，輸入的

105、步數(shù)的范圍為0—9999步，當(dāng)輸入?yún)?shù)完畢后，按啟動(dòng)按鍵步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)行，同時(shí)數(shù)碼管顯示所需要運(yùn)行的步數(shù)并通過LED顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)根據(jù)所輸入的步數(shù)判斷是否需要進(jìn)行加速啟動(dòng)，當(dāng)輸入的步數(shù)小于100時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以最低速度25 r/min運(yùn)行。當(dāng)輸入的步數(shù)大于100時(shí)，步進(jìn)電機(jī)從最低速度25 r/min開始加速運(yùn)行，當(dāng)加速到99 r/min時(shí)步數(shù)仍大于100時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以設(shè)定的最大速度99 r/min恒速運(yùn)行，當(dāng)步數(shù)小于100

106、時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開始減速，減速到25 r/min時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以設(shè)定的最低轉(zhuǎn)速25 r/min走完所規(guī)定的步數(shù)。當(dāng)步數(shù)為0時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行。輸入步數(shù)大于100時(shí)的調(diào)速過程如圖4.1 所示。</p><p>　　圖4.1 變速控制中轉(zhuǎn)速與步長之間的關(guān)系</p><p><b>　　4.3 主程序設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.3.1 主程序工

107、作過程</p><p>　　（1）系統(tǒng)初始化。系統(tǒng)初始化包括定時(shí)器T0初始化，步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的初始化。步進(jìn)電機(jī)的初始化狀態(tài)為停止、正轉(zhuǎn)，數(shù)碼管顯示步數(shù)為0。</p><p>　　（2）鍵盤掃描及按鍵處理。判斷是否有按鍵按下，若有則進(jìn)行按鍵處理。按鍵功能包括數(shù)字按鍵，啟動(dòng)按鍵，停止按鍵，正轉(zhuǎn)按鍵，反轉(zhuǎn)按鍵、復(fù)位按鍵等功能按鍵。</p><p>　?。?）系統(tǒng)啟動(dòng)。單

108、片機(jī)讀取開關(guān)狀態(tài)標(biāo)志，判斷是否啟動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　（4）定時(shí)器T0啟動(dòng)。T0的中斷服務(wù)程序主要用于根據(jù)步數(shù)，產(chǎn)生一個(gè)頻率可以改變的脈沖信號，調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的加減速過程。</p><p>　?。?）調(diào)速。根據(jù)輸入的步數(shù)判斷是否需要進(jìn)行調(diào)速，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間走完所規(guī)定的步數(shù)。</p><p>　?。?）步數(shù)為0判斷。判斷是否已經(jīng)走完所設(shè)定的步數(shù)，若步數(shù)為

109、0，則單片機(jī)停止產(chǎn)生脈沖信號，讓步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，即T0停止計(jì)數(shù)。</p><p>　　4.3.2 主程序工作流程圖</p><p>　　主程序工作流程圖如圖4.2所示。在圖中簡單的反映出了整個(gè)控制系統(tǒng)的主程序工作流程。</p><p>　　4.3.3 定時(shí)器T0中斷程序流程圖</p><p>　　T0中斷流程圖如圖4.3所示。T0中斷程序的