基于單片機(jī)控制“航標(biāo)燈”的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試畢業(yè)論文

1、常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制“航標(biāo)燈”的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試 摘要單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。它是把組成微型計(jì)算機(jī)的各功能部件：中央處理器、cpu、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器ram、只讀存儲(chǔ)器rom、i/o接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通信接口等制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)主要應(yīng)用于控制領(lǐng)域，由于其具有可靠性高、體積小、價(jià)格低、易于產(chǎn)品化等特點(diǎn)，因而在智能儀器儀表、實(shí)時(shí)工業(yè)控制、智能終端、通信設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等自控領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用1。步進(jìn)電機(jī)是一種能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件,實(shí)質(zhì)上是一種數(shù)字/角度轉(zhuǎn)換器步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)

2、控制器,功率放大器及步進(jìn)電機(jī)等組成.步進(jìn)控制器由緩沖寄存器,環(huán)形分配器,控制邏輯及正,反轉(zhuǎn)控制門等組成,能把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖,以便控制步進(jìn)電機(jī),并能進(jìn)行正反向控制.但由于步進(jìn)控制器線路復(fù)雜.成本高.采用單片機(jī)控制,用軟件代替上述步進(jìn)控制器,使得線路簡(jiǎn)單,成本低,可靠性大大增加,靈活改變步進(jìn)電機(jī)的控制方案,無(wú)需邏輯電路組成時(shí)序發(fā)生器.軟件編程可靈活產(chǎn)生不同類型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁序列來(lái)控制各種步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式并可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)單片機(jī)控制多臺(tái)電機(jī).提供靈活多樣的控制手段和提高控制精度對(duì)復(fù)雜繁瑣的控制易于實(shí)現(xiàn),尤其在本系統(tǒng)中更顯示出微機(jī)控制的優(yōu)越性。本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)16 位單片機(jī)spce061a對(duì)步進(jìn)電機(jī)

3、進(jìn)行控制，通過(guò)io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)芯片l298n驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)；同時(shí)，用 4x4的鍵盤來(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，采用74ls164作為4位單個(gè)數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，從單片機(jī)輸入信號(hào)；利用凌陽(yáng)單片機(jī)的語(yǔ)音功能播報(bào)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) abstract2 the single slice of microcomputers is abbreviated as the one-chip computer. it is every function part which makes up the microcomputer:

4、central processing unit, cpu, arbitrary access memory ram , read-only memory rom, i/o interface circuit , timer / counter and serial communication interface ,etc. make in the integrated chip together, form an intact microcomputer. one-chip computer apply controlled field to mainly, because it have d

5、ependability high , small , price low , easy commercialization ,etc. characteristic, therefore won extensive application in fields of automatic control such as intellectual instrument and apparatus , real-time industrial control , intelligent terminal , communication equipment , navigation system ,

6、household appliances ,etc.it is that one kind can change the electric pulse signal into a electromechanical component of angle displacement or line displacement to walk into the electrical machinery, it is a kind of figure / angle converter that is walked into the control system of the electrical ma

7、chinery to mainly walk into the controller in fact, power amplifier and walking into the electrical machinery ,etc. make up . walked into the controller to buffer the register , the annular distributor, control logic and, overturn , control door ,etc. make up , can change the pulse input into into a

8、n annular pulse , in order to control , walk into electrical machinery , can carry on positive and negative to control. but because walk into the controller circuit complicatedly. with high costs. adopt one-chip computer control , replace with software described above to walk into the controller , m

9、ake the circuit simple, with low costs, dependability increases greatly, change the control scheme of walking into the electrical machinery flexibly , do not need logical circuit to make up the time sequence generator . software programming very flexible to produce , walk into electrical machinery e

10、xcitation array come , control various operation way to walk into electrical machinery and can realize one machine control many sets of electrical machinery while being different kinds of. it is easy to realize to offer the flexible control means and improving the precision of controlling to complic

11、ated and tedious control, demonstrate the superiority that the computer controls especially in this system even more. design , adopt , insult male genital 16 one-chip computer spce061a to walk into electrical machinery control originally, square wave with time sequence as the control signal of walki

12、ng into the electrical machinery through what io mouth is outputted, the signal drives and walks into the electrical machinery through the chip l298n; meanwhile , come state in electrical machinery go on , control with keyboard of 4x4 , in charge of rotational speed to reveal electrical machinery wi

13、th number, adopt 74ls164 urge as 4 single number display that in charge of , from the input signal of the one-chip computer; utilize the pronunciation function of insulting the open one-chip computer to report the rotational speed of the electrical machinery.keyword: one-chip computer walk into the

14、electrical machinery緒論近十幾年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定句、汽車火花控制、交通白動(dòng)管理和微波爐等專用控制上。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。 單片機(jī)不求規(guī)模大，只求小而全。廠家在一個(gè)芯片上制成了cpu和一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及一定數(shù)量的輸入/輸出接口(intel)。在一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片上構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，故稱之為單片機(jī) mcs-51

15、系列中的一片8751芯片3，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。從cpu、存儲(chǔ)器到輸入輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫(xiě)入程序，就可完成中央控制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)，mcs-51單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令;cpu時(shí)鐘高達(dá)12mhz，完成單字節(jié)乘法或除法運(yùn)算僅需要4ns;具有多機(jī)通信功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。近年來(lái)，在國(guó)際上出現(xiàn)了mechanics和electronics復(fù)合成mechtronics這個(gè)新詞，我國(guó)譯為機(jī)電一體化。這種機(jī)械和電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合的新的學(xué)科領(lǐng)域是先進(jìn)制造技術(shù)研究和普及的結(jié)果。機(jī)電一體化產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)電

16、器控制的實(shí)時(shí)性、高可靠性、可編程和一定的人工智能。同時(shí)追求體積小、價(jià)格低，甚至低功耗等。正是針對(duì)上述種種要求而設(shè)計(jì)的單片機(jī)白然成為機(jī)電一體化控制器的最佳選擇。 單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生與發(fā)展與微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，也經(jīng)歷了四個(gè)階段4: 第一階段:19711974年，4位微處理器工intel 4004及8位微處理器工intel 8008，這些計(jì)算機(jī)價(jià)格便宜、功能有限，只用于消耗類電子產(chǎn)品。 第二階段:19741978年，初級(jí)單片機(jī)階段，以工intel公司的mcs-48為代表，8位單片機(jī)。 第三階段:19781983年，高性能單片機(jī)階段。以工intel公司的mcs-51, mot

17、orola公司的6801和zilog公司的z8等為代表。這一階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有的片內(nèi)還帶有a/d轉(zhuǎn)換器接口，片內(nèi)ram, rom容量加大，尋址范圍可達(dá)64k字節(jié)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、外部設(shè)備控制、宏觀控制、局部網(wǎng)絡(luò)及家用計(jì)算機(jī)中。 第四階段:1983年至今，8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。例如mostek公司的mk6800、intel公司的mcs-96等。mcs-96集成度為12萬(wàn)只品體管/片，尋址范圍64k字節(jié)、5個(gè)8位并行口、一個(gè)全雙工串行口、4個(gè)16位定時(shí)器、8通道10位a/d轉(zhuǎn)換器等，另外mcs-96指令能處理位、字節(jié)

18、、字，有16位乘16位乘法、32位除16位除法指令，一塊單片計(jì)算機(jī)的功能可以和一臺(tái)多片系統(tǒng)機(jī)相媲美。單片機(jī)己經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、動(dòng)作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。80年代以后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。原來(lái)的步進(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，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)。基于微型計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛

19、力，因此，用微型計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代發(fā)展要求。步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)和普通電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。早期的步進(jìn)電機(jī)靠一種叫環(huán)形分配器的電子開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)功率放大器使勵(lì)磁繞組按照順序輪流接通直流電源。 由于勵(lì)磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流與直流電源接通后，就會(huì)在間隙中形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子步進(jìn)式的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著接通切換頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會(huì)增大。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)，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)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)

20、域。它最大的應(yīng)用是在使用數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)制造中，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要a/d轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無(wú)法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠單獨(dú)在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在這個(gè)應(yīng)用中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進(jìn)電機(jī)也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機(jī)同步系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也應(yīng)用在其他方面，比如作為自動(dòng)送料機(jī)中的馬達(dá)，

21、作為通用的軟盤驅(qū)動(dòng)器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中等等。微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)了機(jī)械加工技術(shù)的飛速發(fā)展。而在其發(fā)展過(guò)程中，最顯著的特點(diǎn)是機(jī)械制造將越來(lái)越密切地依賴于電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、系統(tǒng)論、信息論等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。 隨著現(xiàn)代電子科學(xué)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，電子計(jì)算機(jī)已深深介入機(jī)械制造的各個(gè)領(lǐng)域，誕生了一系列機(jī)、電、計(jì)算機(jī)一體化的新產(chǎn)品5。 同時(shí)微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也在不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)模集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計(jì)算機(jī)（1970年）和微處理機(jī)或微型計(jì)算機(jī)（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)

22、。前三代數(shù)控系統(tǒng)是屬于采用專用控制計(jì)算機(jī)的硬接線（硬線）數(shù)控系統(tǒng)，一般稱為普通數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱nc。70年代初，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使小型計(jì)算機(jī)的價(jià)格急劇下降，采用小型計(jì)算機(jī)代替專用控制計(jì)算機(jī)的第四代數(shù)控系統(tǒng)，不僅在經(jīng)濟(jì)上更為合算，而且許多功能可用編制的專用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，將它存儲(chǔ)在小型計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器中，構(gòu)成所謂控制軟件，提高了系統(tǒng)的可靠性和功能特色。這種數(shù)控系統(tǒng)又稱為軟接線（軟線）數(shù)控，即計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱cnc。1974年制成以微處理機(jī)為核心的數(shù)控系統(tǒng)，稱為第五代微型機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱mnc。 隨著機(jī)電產(chǎn)品對(duì)負(fù)載精度要求的提高，原有的plc控制系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)已很難滿足不斷發(fā)展的機(jī)電產(chǎn)品的要求。

23、plc控制系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)存在成本高，工作方式單一和人機(jī)交互不便等缺點(diǎn)。為解決此問(wèn)題，我們研制了一種能代替plc控制系統(tǒng)的新的控制系統(tǒng)-基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。本文論述了基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和研制過(guò)程，包括:硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等方面。硬件電路用凌陽(yáng)16位spce061a單片機(jī)、先進(jìn)的接口技術(shù)和大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)而成。軟件程序用spce061a匯編語(yǔ)言寫(xiě)成。利用軟硬件結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)的自動(dòng)控制和精確控制。利用單片機(jī)輸出的cp脈沖和方向信號(hào)，改變對(duì)步進(jìn)電機(jī)繞組的通電方式和通電順序，來(lái)準(zhǔn)確控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，步距精度等工作狀態(tài)，方便良好的人機(jī)界面是

24、用4x4鍵盤/數(shù)碼管顯示來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單片機(jī)控制系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)，自動(dòng)化程度高、成本低、體積小、控制精確等優(yōu)點(diǎn)，有很好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前景。單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制成功，是步進(jìn)電機(jī)發(fā)展中的一次較大的進(jìn)步，它表明了目前正在使用的許多plc控制系統(tǒng)完全可以由單片機(jī)控制系統(tǒng)所代替。目 錄摘要第1章 緒論 1第2章 方案論證比較設(shè)計(jì) 52.1單片機(jī)概述 52.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理 62.3單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)思路 9第3章 控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì) 103.1 spce061a的介紹 103.1.1 性能 113.1.2 結(jié)構(gòu) 123.1.3芯片的引腳排列和說(shuō)明 123.1.4 spce061a單片機(jī)硬

25、件結(jié)構(gòu) 143.1.5 nsptm的核心結(jié)構(gòu) 153.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 173.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 183.4數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 203.5 4x4鍵盤電路的設(shè)計(jì) 21第4章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 244.1 控制脈沖的產(chǎn)生 244.2 步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和時(shí)序脈沖的關(guān)系 254.3 步數(shù)的確定 274.4 步進(jìn)電機(jī)的變速控制 294.5 語(yǔ)音報(bào)數(shù) 33第5章 結(jié)論 35參考文獻(xiàn) 36致謝 38附錄 39 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述 一、引言 近十幾年來(lái)，單片機(jī)在生產(chǎn)過(guò)程控制、白動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室白動(dòng)化等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。單片

26、機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定句、汽車火花控制、交通白動(dòng)管理和微波爐等專用控制上。近幾年來(lái)，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，它已滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域，以及人們生活的各個(gè)方面。單片機(jī)并沒(méi)有超脫馮?諾依曼原理下的計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)框架和工作原則，而是著眼于應(yīng)用到更廣闊的范圍:工業(yè)控制、數(shù)字顯示、智能儀表、電子設(shè)備、汽車電控、農(nóng)機(jī)、家電乃至兒童玩具的控制。它不求規(guī)模大，只求小而全。廠家在一個(gè)芯片上制成了cpu和一定容量的程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及一定數(shù)量的輸入/輸出接口(interface)。在一個(gè)大規(guī)模集成電路芯片上構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，故稱之為單片機(jī)5。

27、mcs-51系列中的一片8751芯片，內(nèi)部構(gòu)造了完整的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。從cpu、存儲(chǔ)器到輸入輸出端口，一應(yīng)俱全。只要寫(xiě)入程序，就可完成中央控制或數(shù)據(jù)采集、處理及通信傳輸?shù)男畔⑻幚頇C(jī)，mcs-51單片機(jī)指令系統(tǒng)中為適應(yīng)控制的需要設(shè)有極強(qiáng)的位處理功能，具有加、減、乘、除指令;cpu時(shí)鐘高達(dá)12mhz，完成單字節(jié)乘法或除法運(yùn)算僅需要4ns;具有多機(jī)通信功能，可作為多機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)。一般微處理器和有關(guān)元器件分軍用和民用兩級(jí)，民用產(chǎn)品主要用于辦公室及機(jī)房環(huán)境，工作溫度在0到700 ,軍用產(chǎn)品要求在惡劣環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，工作溫度在-65到+125;工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的性能介于以上兩者之間，在-40到+85

28、溫度環(huán)境可正常工作。工業(yè)產(chǎn)品可靠性比民用產(chǎn)品強(qiáng)，而價(jià)格較軍用品低。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選擇工業(yè)級(jí)芯片，保證系統(tǒng)可靠性。近年來(lái)，在國(guó)際上出現(xiàn)了mechanics和electronics復(fù)合成的mechtronics這個(gè)新詞，我國(guó)譯為“機(jī)電一體化”。這種機(jī)械和電子技術(shù)、信息技術(shù)緊密結(jié)合的新的學(xué)科領(lǐng)域是先進(jìn)制造技術(shù)研究和普及的結(jié)果。機(jī)電一體化產(chǎn)品要實(shí)現(xiàn)電器控制的實(shí)時(shí)性、高可靠性、可編程和一定的人工智能。同時(shí)追求體積小、價(jià)格低，甚至低功耗等。正是針對(duì)上述種種要求而設(shè)計(jì)的單片機(jī)白然成為機(jī)電一體化控制器的最佳選擇。單片機(jī)出現(xiàn)的歷史并不長(zhǎng)，它的產(chǎn)生與發(fā)展與微處理器的產(chǎn)生與發(fā)展大體上同步，也

29、經(jīng)歷了四個(gè)階段6:第一階段:1971-1974年，4位微處理器工ntel 4004及8位微處理器工ntel 8008，這些計(jì)算機(jī)價(jià)格便宜、功能有限，只用于消耗類電子產(chǎn)品。第二階段:1974-1978年，初級(jí)單片機(jī)階段，以工ntel公司的mcs-48為代表，8位單片機(jī)。第三階段:1978-1983年，高性能單片機(jī)階段。以intel公司的mcs-51, motorola公司的6801和zilog公司的z8等為代表。這一階段推出的單片機(jī)普遍帶有串行口，有多級(jí)中斷處理系統(tǒng)、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，有的片內(nèi)還帶有a/d轉(zhuǎn)換器接口，片內(nèi)ram, rom容量加大，尋址范圍可達(dá)64k字節(jié)。廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、外

30、部設(shè)備控制、宏觀控制、局部網(wǎng)絡(luò)及家用計(jì)算機(jī)中。第四階段:1983年至今，8位單片機(jī)鞏固發(fā)展及16位單片機(jī)推出階段。例如mostek公司的mk6800、intel公司的mcs-96等。mcs-96集成度為12萬(wàn)只品體管/片，尋址范圍64k字節(jié)、5個(gè)8位并行口、一個(gè)全雙工串行口、4個(gè)16位定時(shí)器、8通道10位a/d轉(zhuǎn)換器等，另外mcs-96指令能處理位、字節(jié)、字，有16位乘16位乘法、32位除16位除法指令，一塊單片計(jì)算機(jī)的功能可以和一臺(tái)多片系統(tǒng)機(jī)相媲美。單片機(jī)己經(jīng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。二、步進(jìn)電機(jī)的概況 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、動(dòng)作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依

31、靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。80年代以后，由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣。原來(lái)的步進(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，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)?；谖⑿陀?jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛力，因此，用微型計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì)，也符合數(shù)字化的時(shí)代發(fā)展要求。步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)和普通電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。早期的步進(jìn)電機(jī)靠一種叫環(huán)形分配器的電子開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)功率放大

32、器使勵(lì)磁繞組按照順序輪流接通直流電源。 由于勵(lì)磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流與直流電源接通后，就會(huì)在間隙中形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子步進(jìn)式的轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著接通切換頻率的增高，轉(zhuǎn)速就會(huì)增大。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)，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)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。它最大的應(yīng)用是在使用數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)制造中，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)不需要a/d轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成為角位移，所以被認(rèn)為是理想的數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行元件。早期的步進(jìn)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩比較小，無(wú)法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組

33、成液壓脈沖馬達(dá)。隨著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能夠單獨(dú)在系統(tǒng)上進(jìn)行使用，成為了不可替代的執(zhí)行元件。比如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用作數(shù)控銑床進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在這個(gè)應(yīng)用中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以同時(shí)完成兩個(gè)工作，其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。步進(jìn)電機(jī)也可以作為數(shù)控蝸桿砂輪磨邊機(jī)同步系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。除了在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，步進(jìn)電機(jī)也應(yīng)用在其他方面，比如作為自動(dòng)送料機(jī)中的馬達(dá)，作為通用的軟盤驅(qū)動(dòng)器的馬達(dá)，也可以應(yīng)用在打印機(jī)和繪圖儀中等等。步進(jìn)電機(jī)的原理7：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

34、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。為此,cs51測(cè)試網(wǎng)在騰龍開(kāi)發(fā)套件中首次引入了步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，方便用戶應(yīng)用掌握。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的程序的編制步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題有三個(gè):第一，控制脈沖的產(chǎn)生;第二，步進(jìn)電

35、機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和時(shí)序脈沖的關(guān)系;第三，步數(shù)的確定。作為單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的程序的構(gòu)成也是主要由這幾個(gè)問(wèn)題，因此可以從這三個(gè)問(wèn)題入手:1、控制脈沖的產(chǎn)生在單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，一般來(lái)講，控制脈沖是用軟件產(chǎn)生的。方法是先輸出一個(gè)高電平，然后延時(shí)，再輸出低電平，再進(jìn)行延時(shí)。延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短由步進(jìn)電機(jī)的土作頻率決定。2、步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和時(shí)序脈沖的關(guān)系步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序和通電方式有關(guān)?，F(xiàn)在常用的通電方式主要有三種:1)三相單三拍:a-b-c-a;2)三相雙三拍:ab-bc-ca-ab;3 )三相六拍:a-ab-b-bc-c-ca-a。按以上順序通電，步進(jìn)電機(jī)正傳，按相反方向通電，步進(jìn)電

36、機(jī)反轉(zhuǎn)。因此，產(chǎn)生時(shí)序脈沖的方法是:(1)利用單片機(jī)8751的p1端口，即用p1.0, p1.1, p1.2分別控制三相步進(jìn)電機(jī)的a, b, c三相繞組;(2)根據(jù)控制模式寫(xiě)出控制模型;(3)按控制模型的順序向步進(jìn)電機(jī)輸入控制脈沖。3、步數(shù)的確定步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)可由步距角和需要轉(zhuǎn)過(guò)的角度來(lái)計(jì)算7:式中： 步距角;轉(zhuǎn)子齒數(shù);拍數(shù)(一般三拍時(shí) = 或六拍時(shí) =2 );控制繞組相數(shù)， =3。4、步進(jìn)電機(jī)的變速控制上面給的程序流程圖是步進(jìn)電機(jī)的恒速運(yùn)轉(zhuǎn)方式。一般來(lái)講，步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)弱點(diǎn)，就是運(yùn)行中丟步，為了使步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行中不出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，一般要小于或等于步進(jìn)電機(jī)“響應(yīng)頻率”人，在該頻率下，步進(jìn)電機(jī)

37、可以任意啟動(dòng)、停止或反轉(zhuǎn)而不發(fā)生失步現(xiàn)象。這個(gè)頻率通常比較低。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)走過(guò)的距離比較長(zhǎng)時(shí)，需要低速啟動(dòng)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，然后降低速度，最后停止。這樣就解決了“快速而不失步”的矛盾。那么實(shí)現(xiàn)變速控制的基本思想是改變控制頻率。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)的特性有：1，步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動(dòng)型號(hào)必須為脈沖信號(hào)，沒(méi)有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)靜止， 如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào)， 就會(huì)以一定的角度（稱為步角

38、）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。2，騰龍版步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個(gè)脈沖完成3，步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。 4，改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。 四、結(jié)論總而言之，用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格也低，比起用plc控制的可靠性高，通用靈活，方便簡(jiǎn)潔，只需輸入程序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)，自動(dòng)化程度高，精度高，在生產(chǎn)制造中得到充分的應(yīng)用，是比較實(shí)用的一種控制系統(tǒng)一、 方案論證與比較 1、 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)中受控電機(jī)為四相六線制的步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓1

39、2v） 方案一：使用多個(gè)功率放大器件驅(qū)動(dòng)電機(jī) 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。 方案二：使用l298n芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī) l298n芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)（如圖11），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，可以直接通過(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)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 圖11 通過(guò)比較，使用l298n芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，

40、且價(jià)格不高，故選用l298n驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而使用l298n時(shí)，可以用l297來(lái)提供時(shí)序信號(hào)，可以節(jié)省單片機(jī)io口的使用；也可以直接用單片機(jī)模擬出時(shí)序信號(hào)，由于控制并不復(fù)雜，故選用后者。 2、 數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì) 方案一：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)，其中帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約io口資源，但要使用sio，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)容易控制。 方案二：并行接法 使用并行接法時(shí)要對(duì)每個(gè)數(shù)碼管用io口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。 由于設(shè)計(jì)中用一塊單片機(jī)進(jìn)行控制，資源有限，選擇了方案一。另外，使用鎖存也起到節(jié)約資源的作用。 二、步進(jìn)電機(jī)控制原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)

41、變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱vr）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱pm）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡(jiǎn)稱hb）。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過(guò)輸入脈沖信號(hào)來(lái)進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)閍-b-cd,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。 (2)控制步進(jìn)電

42、機(jī)的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，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)。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 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。 三、理論設(shè)計(jì) 綜和以上選取的方案，總的流程如圖32所示。 圖31 1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 通過(guò)l298n構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路,電路圖如圖32所示。 通過(guò)單片機(jī)spce061a的iob8iob13對(duì)l298n的in1in4口和ena、enb口發(fā)送方波脈沖信號(hào)，起時(shí)序圖如圖33所示。 圖32 圖33 2、數(shù)碼管顯示電路的設(shè)

43、計(jì) 數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)使用74ls164，通過(guò)spce061a的iob0和iob1口對(duì)data和clk發(fā)送數(shù)據(jù)。 圖34 3、4x4鍵盤電路 在設(shè)計(jì)中，使用了標(biāo)準(zhǔn)的4x4鍵盤，其電路圖如圖35所示。單片機(jī)的a口低8位為鍵盤的接口。盡管設(shè)計(jì)要求中只需要4個(gè)鍵對(duì)步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，但考慮到對(duì)控制功能的擴(kuò)展，我們使用了4x4的鍵盤。 圖35 四、程序設(shè)計(jì) 在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的過(guò)程中，主要分為五個(gè)部分：雙機(jī)通訊、語(yǔ)音報(bào)數(shù)、數(shù)字顯示、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、鍵盤；其中雙機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)和語(yǔ)音報(bào)時(shí)比較有特點(diǎn)，將其流程簡(jiǎn)要介紹如下，其他部分見(jiàn)附的程序。 1、雙機(jī)通訊 圖41 我們?cè)趯?shí)現(xiàn)雙機(jī)通訊的過(guò)程中使用了“三次握手”的方

44、式，這是intle網(wǎng)中成用的數(shù)據(jù)通訊確認(rèn)協(xié)議，其流程圖如圖41所示。 2、語(yǔ)音報(bào)數(shù) 程序設(shè)計(jì)中語(yǔ)音報(bào)數(shù)使用的是sacma2000，考慮到程序比較簡(jiǎn)單，首先使用了自動(dòng)報(bào)數(shù)方式，但發(fā)現(xiàn)不能進(jìn)行連續(xù)報(bào)數(shù)，于是使用了非自動(dòng)方式，流程圖如圖42所示。 圖42 五、結(jié)果分析與總結(jié) 應(yīng)該說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)還是基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，但是也存在著未能解決的問(wèn)題，由于在執(zhí)行語(yǔ)音程序時(shí)對(duì)資源的消耗比較大，在語(yǔ)音報(bào)數(shù)的時(shí)候會(huì)中斷步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出，導(dǎo)致電機(jī)停轉(zhuǎn)。為此，我們修改了方案，使用了兩塊單片機(jī)，通過(guò)雙機(jī)通訊來(lái)傳遞信號(hào)，遺憾的是問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解決。 這次步進(jìn)電機(jī)的綜合實(shí)驗(yàn)我們學(xué)到了步進(jìn)電機(jī)、數(shù)碼管、4*4鍵盤、

45、語(yǔ)音報(bào)數(shù)和雙機(jī)通訊的使用，更重要的是學(xué)會(huì)了程序出問(wèn)題時(shí)調(diào)試的方法，并養(yǎng)成了debug的習(xí)慣，學(xué)到了程序出問(wèn)題后怎樣去解決的基本方法。 來(lái)源：機(jī)電之家機(jī)電行業(yè)電子商務(wù)平臺(tái)！用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，通俗地說(shuō)：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（及步進(jìn)角）。通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)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。 一、步進(jìn)電機(jī)常識(shí) 常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（pm），反應(yīng)式（v

46、r）和混合式（hb），永磁式步進(jìn)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；反應(yīng)式步進(jìn)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。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)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。 二、永磁式步進(jìn)電機(jī)的控制 下面以電子愛(ài)好者業(yè)余制作中常用的永磁式步進(jìn)電機(jī)為例，來(lái)介紹如何用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。 圖1是35by型永磁步進(jìn)電機(jī)的外形圖，圖2是該電機(jī)的接線圖，從圖中可以看出，電機(jī)共有四組線圈，四組線圈的一個(gè)端點(diǎn)連在一起引出，這樣一共有

47、5根引出線。要使用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，只要輪流給各引出端通電即可。將com端標(biāo)識(shí)為c，只要ac、c、bc、c，輪流加電就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將com端接正電源，那么只要用開(kāi)關(guān)元件（如三極管），將a、b、 輪流接地。 下表列出了該電機(jī)的一些典型參數(shù)： 表1 35by48s03型步機(jī)電機(jī)參數(shù)型號(hào) 步距角 相數(shù) 電壓 電流 電阻 最大靜轉(zhuǎn)距 定位轉(zhuǎn)距 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量35by48s03 7.5 4 12 0.26 47 180 65 2.5 有了這些參數(shù)，不難設(shè)計(jì)出控制電路，因其工作電壓為12v，最大電流為0.26a，因此用一塊開(kāi)路輸出達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（uln2003）來(lái)作為驅(qū)動(dòng)，通過(guò)p1.

48、4p1.7來(lái)控制各線圈的接通與切斷，電路如圖3所示。開(kāi)機(jī)時(shí)，p1.4p1.7均為高電平，依次將p1.4p1.7切換為低電平即可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行，注意在切換之前將前一個(gè)輸出引腳變?yōu)楦唠娖?。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只要改變兩次接通之間的時(shí)間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要改變各線圈接通的順序。 圖1 35by48s03型步進(jìn)電機(jī)外形圖 圖2 35by48s03型步進(jìn)電機(jī)的接線圖 圖3 單片機(jī)控制35by48s03型步進(jìn)電機(jī)的電路原理圖 三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)實(shí)例 要求：控制電路如圖3所示，開(kāi)機(jī)后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，按下啟動(dòng)鍵，電機(jī)旋轉(zhuǎn)，速度為25轉(zhuǎn)/分，按下加1鍵，速度增加，按下減1鍵，速度降低，最高速度為10

49、0轉(zhuǎn)/分，最低轉(zhuǎn)帶為25轉(zhuǎn)/分，按下停止鍵，電機(jī)停轉(zhuǎn)。速度值要求在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。 1要求分析 按上面的分析，改變轉(zhuǎn)速，只要改變p1.0p1.3輪流變低電平的時(shí)間即可達(dá)到要求，這個(gè)時(shí)間不應(yīng)采用延時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)闀?huì)影響到其他功能的實(shí)現(xiàn)。這里以定時(shí)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面首先計(jì)算一下定時(shí)時(shí)間。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，而上述步進(jìn)電機(jī)的步距角為7.5，即每48個(gè)脈沖為1周，即在最低轉(zhuǎn)速時(shí)，要求為1200脈沖/分，相當(dāng)于50ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時(shí)，要求為100轉(zhuǎn)/分，即48000脈沖/分，相當(dāng)于12.5ms/脈沖。可以列出下表 表1 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定時(shí)器定時(shí)常數(shù)關(guān)系 速度 單步時(shí)間(us) th1

50、 tl1 實(shí)際定時(shí)（us） 25 50000 76 0 49996.8 26 48077 82 236 48074.18 27 46296 89 86 46292.61 28 44643 95 73 44640.155 100 12500 211 0 12499.2 表中不僅計(jì)算出了th1和tl1，而且還計(jì)算出了在這個(gè)定時(shí)常數(shù)下，真實(shí)的定時(shí)時(shí)間，可以根據(jù)這個(gè)計(jì)算值來(lái)估算真實(shí)速度與理論速度的誤差值。 表中th1和tl1是根據(jù)定時(shí)時(shí)間算出來(lái)的定時(shí)初值，這里用到的晶振是11.0592m。有了上述表格，程序就不難實(shí)現(xiàn)了，使用定時(shí)/計(jì)數(shù)器t1為定時(shí)器，定時(shí)時(shí)間到后切換輸出腳即可。 2程序?qū)崿F(xiàn) 定義dsb

51、1a實(shí)驗(yàn)板的s1為啟動(dòng)鍵，s2為停止鍵，s3為加1鍵，s4為減1鍵，程序如下： startend bit 01h ;起動(dòng)及停止標(biāo)志 minspd equ 25 ;起始轉(zhuǎn)動(dòng)速度 maxspd equ 100 ;最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度 speed data 23h ;流動(dòng)速度計(jì)數(shù) djcount data 24h ;控制電機(jī)輸出的一個(gè)值，初始為11110 111 hidden equ 10h ;消隱碼 counter data 57h ;顯示計(jì)數(shù)器 dispbuf data 58h ;顯示緩沖區(qū) org 0000h ajmp main org 000bh jmp disp org 001bh jmp djz

52、d org 30h main: mov sp,#5fh mov p1,#0ffh mov a,#hidden mov dispbuf,a mov dispbuf+1,a mov dispbuf+2,a mov djcount,#11110111b mov speed,#minspd;起始轉(zhuǎn)動(dòng)速度送入計(jì)數(shù)器 clr startend;停轉(zhuǎn)狀態(tài) mov tmod,#00010001b ; mov th0,#high(65536-3000) mov tl0,#low(65536-3000) mov th1,#0ffh; mov tl1,#0ffh setb tr0 setb ea setb et0

53、setb et1 loop: acall key ;鍵盤程序 jnb f0,m_next1 ;無(wú)鍵繼續(xù) acall keyproc ;否則調(diào)用鍵盤處理程序 m_next1: mov a,speed mov b,#10 div ab mov dispbuf+5,b ;最低位 mov b,#10 div ab mov dispbuf+4,b mov dispbuf+3,a jb startend,m_next2 clr tr1 ;關(guān)閉電機(jī) jmp loop orl p1,#11110000b m_next2: setb tr1 ;啟動(dòng)電機(jī) ajmp loop ;主程序結(jié)束 ;- d10ms: ;-

54、延時(shí)程序,鍵盤處理中調(diào)用 keyproc: mov a,b ;獲取鍵值 jb acc.2,startstop ;分析鍵的代碼,某位被按下,則該位為1 jb acc.3,keysty jb acc.4,upspd jb acc.5,dowspd ajmp key_ret startstop: setb startend 啟動(dòng) ajmp key_ret keysty: clr startend; ;停止 ajmp key_ret upspd: inc speed; mov a,speed cjne a,#maxspd,k1 ;到了最多的次數(shù) dec speed ;是則減去1，保證下次仍為該值 k1

55、: ajmp key_ret dowspd: dec speed mov a,speed cjne a,#maxspd,key_ret;不等（未到最大值），返回 mov speed,#minspd; key_ret: ret key: 獲取鍵值的程序 ret djzd: ;定時(shí)器t1用于電機(jī)轉(zhuǎn)速控制 push acc push psw mov a,speed subb a,#minspd ;減基準(zhǔn)數(shù) mov dptr,#djh movc a,a+dptr mov th1,a mov a,speed subb a,#minspd mov dptr,#djl movc a,a+dptr mov t

56、l1,a mov a,djcount cpl a orl p1,a mov a,djcount jnb acc.7,d_next1 jmp d_next2 d_next1: mov djcount,#11110111b d_next2: mov a,djcount rl a mov djcount,a ;回存 anl p1,a pop psw pop acc reti djh: db 76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12 djl: db 0,236,86,73,212,0,214,96,163,165 disp: ;顯示程序 pop psw pop acc reti bittab: db 7fh,0bfh,0dfh,0efh,0f7h,0fbh disptab:db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92h,82h,0f8h,80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1h,86h,8eh,0ffh end 3程序分析 本程序主要由鍵盤程序、顯示器程序、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序三部份組成，主程序首先初始化各變量，將顯示器的高3位消隱，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的各引腳均輸出高電平，然后調(diào)用鍵盤程序，并作判斷，如果有鍵按下，則調(diào)用鍵盤處理程序，否則直接轉(zhuǎn)下一步。下一步是將當(dāng)前的轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換為bcd碼，