步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、摘要 本文應(yīng)用單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和鍵盤陣列，構(gòu)建了步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū) 動(dòng)器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。二維工作臺(tái)作為被控對(duì)象通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠 絲桿在x/y軸方向聯(lián)動(dòng)。在此期間還要用到proteus軟件進(jìn)行程序的仿真和功能的 理論驗(yàn)證。并且闡述了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、角度、轉(zhuǎn)矩的控制原理，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn) 了對(duì)其的控制。文中討論了一種以最少參數(shù)確定一條圓弧軌跡的插補(bǔ)方法和步進(jìn)電 機(jī)變頻調(diào)速的方法。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)采用了軟硬件協(xié)同仿真的方法，可以 有效地減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的周期和成本。最后給出了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵字: 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)；單片機(jī)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；控制器 目錄 摘 要.i

2、第 1 章 步進(jìn)電機(jī)原理.1 1.1 步進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù).1 1.2 步進(jìn)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案.2 第 2 章 設(shè)計(jì)原理與分析.4 2.1 步進(jìn)電機(jī)的介紹.4 2.2 at89c51 單片機(jī)簡(jiǎn)介.5 第 3 章 電路設(shè)計(jì).6 3.1 控制電路設(shè)計(jì).6 3.2 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì).6 3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).7 第 4 章 程序設(shè)計(jì).8 4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì).8 4.2 中斷程序設(shè)計(jì).9 第 5 章 系統(tǒng)仿真.10 5.1 繪制電路原理圖.10 5.2 系統(tǒng)仿真.10 第 6 章 總結(jié).13 參考文獻(xiàn).15 致謝.16 附錄.17 第章 步進(jìn)電機(jī)原理 1.1 步進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱

3、脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國(guó)外一般稱為steppingmotor、pulse motor或stepper servo，其應(yīng)用發(fā)展已有約80年的歷史。步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信 號(hào)變成直線位移或角位移的控制電機(jī)，其位移速度與脈沖頻率成正比，位移量與脈沖 數(shù)成正比。步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn) 行高精度控制。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng) 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一 個(gè)角度。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來(lái)產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每來(lái)一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步

4、距角，稱為一步。根據(jù)電壓脈 沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一 步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不丟步的情況下 運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。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，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的 誤差而無(wú)累積誤差，精度高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率 來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。 正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛 應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)

5、展，步進(jìn)電機(jī)的需求量 與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應(yīng)用。目 前世界各國(guó)都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng) 能夠自行研制開(kāi)發(fā)適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。雖然與發(fā)達(dá)國(guó) 家相比，我們我國(guó)的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國(guó)占有非常重 要的地位，并起了很大的作用。除了在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)由于微型 計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī) 被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例如打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀 機(jī)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)

6、也在軍用儀器，通信和雷達(dá)設(shè)備， 攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機(jī)床，電子鐘，醫(yī)療設(shè)備及自動(dòng)繪圖儀， 數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機(jī)控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因 而，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的研究也就顯得尤為重要了。 為了得到良好的控制性能，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制的研究就一直沒(méi)有停止過(guò)，許多重 大的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。上世紀(jì)80年代以后，由于微型計(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)采用分立元件的控制 回路，或者集成電路，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?/p>

7、單片機(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 型單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)己經(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。 還比如為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，出現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū) 動(dòng)技術(shù)，就包括振蕩器、環(huán)行分配器控制的細(xì)分驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)斬波恒流驅(qū)動(dòng)、基 于單片機(jī)的直流電壓驅(qū)動(dòng)三種常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式，除上述三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案之外， 目前報(bào)道的驅(qū)動(dòng)方案還有根據(jù)匯編語(yǔ)言或c語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)串行或并行通行的 方式實(shí)現(xiàn)pc機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通信，最終實(shí)現(xiàn)由pc機(jī)直接控制步進(jìn)電 機(jī)的方法。 但是在有些應(yīng)用場(chǎng)合，并不需要高精度的控制，

8、而是需要在滿足一般工作要求的 情況下，盡量使控制系統(tǒng)做到：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；功能較為齊全；適應(yīng)性 強(qiáng)；電機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)指示一目了然，操作方便；系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等要 求。本論文就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。一般步進(jìn)電機(jī)控制器都用硬件實(shí)現(xiàn)，雖然電 路可以做到了高集成度，可價(jià)格較貴，功能相對(duì)較單一，并且設(shè)計(jì)要求有所改變，就 得改變整個(gè)硬件電路，比較麻煩。而采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其 強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控 制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需 改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計(jì)

9、中利用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤 電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，能做到一定的人機(jī)交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有 一定的應(yīng)用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)受電脈沖信號(hào)控制，電脈沖信號(hào)的產(chǎn)生、分配、放大全靠 電子元器件的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于脈沖控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力一般都很弱，因此必須有功 率放大驅(qū)動(dòng)電路。步進(jìn)電機(jī)與控制電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路組成一體，構(gòu)成步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。此種控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)一般步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分任務(wù)。這 個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、脈沖信號(hào)分配電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路。 1.2 步進(jìn)電機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的 脈沖

10、，通過(guò)單片機(jī)的軟件編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小與單片機(jī)輸出的脈沖數(shù)成正比步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與輸出的脈 沖頻率成正比，而步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的的方向與輸出的脈沖順序有關(guān)。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還 負(fù)責(zé)處理來(lái)自電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電流值。與此同時(shí)，單片機(jī)將會(huì)把電機(jī) 轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以及電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流通過(guò)數(shù)碼管顯示 出來(lái)。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。 串口下載模塊主要是負(fù)責(zé)實(shí)行計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間的通信，將在計(jì)算機(jī)里面編寫(xiě) 好的程序下載到單片機(jī)芯片當(dāng)中。 數(shù)碼管顯示模塊就主要是顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)

11、轉(zhuǎn)向，和通過(guò)電機(jī)的電流等系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)信息。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊主要是檢測(cè)通過(guò)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片的電流，然后通過(guò)運(yùn)放將檢 測(cè)到的信號(hào)放大，最后將放大后的信號(hào)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片處理后送給單片機(jī)。 獨(dú)立按鍵作為一個(gè)外部中斷源，和單片機(jī)端口連接，通過(guò)它設(shè)置了電機(jī)的正轉(zhuǎn)， 反轉(zhuǎn)，加速，減速，顯示電機(jī)電流等功能。采用了中斷和查詢相結(jié)合的方法來(lái)調(diào)用中 斷服務(wù)程序，完成了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳的及時(shí)的控制。 圖 1.0 整體設(shè)計(jì)方案 89c51 單片機(jī) 復(fù)位電路 驅(qū)動(dòng) 電路 步進(jìn) 電機(jī) 按鍵控制電路 第 2 章 設(shè)計(jì)原理與分析 2.1 步進(jìn)電機(jī)的介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組

12、 合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(vr)、永磁式(pm)和混合式 (hb)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng) 式和混合式步進(jìn)電機(jī)。 采用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。用軟件代替 環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能，還可設(shè)計(jì)大量 的外圍電路，鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等 功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來(lái)調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控 制，顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)， 采用軟件編程的辦法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。步

13、進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可 以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一 矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的 磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī) 律控制定子繞組的電流來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每來(lái)一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距 角，稱為一步。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供 給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械 能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)脈沖所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是精確的，并 可重復(fù)，這就是步進(jìn)電機(jī)為什么

14、在定位應(yīng)用中如此有效的原因。 通過(guò)電磁感應(yīng)定律我們很容易知道激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北 極和南極，見(jiàn)圖2.0所示。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。通過(guò)改變 定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 圖 2.0 激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁場(chǎng) 2.2 at89c51 單片機(jī)介紹 atmel公司生產(chǎn)的89c51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓高性能的 8 位單片機(jī)， 它采用cmos和高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與mcs- 51兼容；片內(nèi)的flash rom允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程器來(lái)編 程，內(nèi)部除cpu外，還包括256字節(jié)ram，4個(gè)8位并行

15、i/o口，5個(gè)中斷源， 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，89c51單片機(jī)是一種功能強(qiáng)、靈活 性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。其芯片引腳分布圖如圖2.1所 示。 圖 2.1 89c51 單片機(jī)引腳分布圖 第 3 章 電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路三大部分?？刂齐娐?主要由開(kāi)關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。最小系統(tǒng)主要是為 了使單片機(jī)正常工作。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng) 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 3.1 控制電路設(shè)計(jì) 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動(dòng)控制，換向控制按鈕，分別是 s1、s2、s3，控

16、制電路如圖3-1所示。該電路控制電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)主要是通過(guò) s1、s2的斷開(kāi)和閉合，從而控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 3-1 控制電路 3.2 最小系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對(duì)51系列單片機(jī) 來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振電路。最小系統(tǒng)電路如圖3- 2所示。 復(fù)位電路：復(fù)位電路采用上電復(fù)位，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，晶振電路用30pf 的電容和一12m晶體振蕩器組成為整個(gè)電路提供時(shí)鐘頻率。 晶振電路：?jiǎn)纹瑱C(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩方式和外 部中斷方式。在引腳xtal1和xtal2外部接晶振電路器（簡(jiǎn)稱晶振）或陶瓷晶振

17、 器，就構(gòu)成了內(nèi)部晶振方式。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振 后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。其電容值一般在530pf,晶振頻率 的典型值為12mhz,采用6mhz的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時(shí)鐘信號(hào)比 較穩(wěn)定，實(shí)用電路實(shí)用較多。 3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)電路圖如圖3-3所示。通過(guò)單片機(jī)的p0.0p0.3輸出脈沖到l298的 in1in4口，經(jīng)信號(hào)放大后從2、3、13、14口分別輸出到電機(jī)。 圖 3-2 最小系統(tǒng) 圖 3-3 驅(qū)動(dòng)電路 第 4 章 程序設(shè)計(jì) 4.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 此次程序根據(jù)寄存器 r1 中的值進(jìn)行判斷，當(dāng) r1=1 時(shí)，調(diào)用正轉(zhuǎn)子程序，步進(jìn)

18、電 機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) r1=2 時(shí)，調(diào)用反轉(zhuǎn)子程序，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng) r1=3 時(shí)，調(diào)用停止子程序， 步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。主流程圖如圖 4-1 所示。 y n y n y n 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化 r1=1？ r1=2？ r1=3？ 調(diào)用正轉(zhuǎn)子程序 調(diào)用反轉(zhuǎn)子程序 調(diào)用停止子程序 圖 4-1 主程序圖 4.2 中斷程序設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)主要是給電機(jī)各繞組按一定的時(shí)間間隔連續(xù)不斷地按規(guī)律通入電 流，步進(jìn)電機(jī)才會(huì)旋轉(zhuǎn)，時(shí)間間隔越短，速度就越快。在這個(gè)系統(tǒng)中，這個(gè)時(shí)間間隔 是用定時(shí)器重復(fù)中斷一定次數(shù)產(chǎn)生的，即調(diào)節(jié)時(shí)間間隔就是調(diào)節(jié)定時(shí)器的中斷次數(shù)， 因而在定時(shí)器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機(jī)的運(yùn)行方向、發(fā)

19、下一個(gè)脈沖的 頻率，以及保存當(dāng)前的各種狀態(tài)。程序流程圖如圖4-2所示。 n y 中斷入口 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 是否開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)？ 讀取方向指示 發(fā)送中斷 重置相關(guān)狀態(tài) 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 中斷返回 圖 4-2 中斷程序流程圖 第 5 章 系統(tǒng)仿真 5.1 繪制電路原理圖 步進(jìn)電機(jī)電路原理圖如圖5-1所示。 圖 5-1 步進(jìn)電機(jī)電路原理圖 5.2 系統(tǒng)仿真 二相四拍步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)仿真圖如圖 5-2、5-3、5-4 所示。其中圖 5-2 為步進(jìn)電 機(jī)未啟動(dòng)時(shí)的仿真圖形，圖 5-3 為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)的仿真圖形，圖 5-4 為步進(jìn)電機(jī)反 轉(zhuǎn)時(shí)的仿真圖形。 圖 5-2 步進(jìn)電機(jī)未啟動(dòng)仿真圖 圖 5-3 步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真圖 圖

20、5-4 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真圖 第 6 章 總結(jié) 通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我感覺(jué)到了和同伴相互合作的重要性，在此過(guò)程中也加強(qiáng)了 我和同學(xué)間的相互交流與合作，我也學(xué)到了很多在課堂上學(xué)不到的知識(shí)，大大的增加 了我的王知識(shí)面。在此過(guò)程中我不僅學(xué)會(huì)了怎樣設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制器，而且還深深的 體會(huì)到編好一個(gè)程序是一件非常有意義的事。 此次的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)是采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把鍵盤 電路和數(shù)碼管顯示電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電機(jī)電流檢測(cè)電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，組成一 個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的簡(jiǎn)單系統(tǒng)。 我覺(jué)得編程不僅需要信心，還需要耐心，更需要團(tuán)隊(duì)合作之心，有了這些還不夠， 我們應(yīng)該從實(shí)踐出發(fā)，并從實(shí)踐得到

21、檢驗(yàn)，不懂就要問(wèn)，虛心請(qǐng)教才是解決問(wèn)題的好 方法。 最后我要感謝老師給了我這次設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)，讓我知道了團(tuán)隊(duì)合作原來(lái)如此重要， 并且感受到單片機(jī)原來(lái)也很奇妙，編程之路有點(diǎn)苦，但有我們團(tuán)隊(duì)一起走過(guò)的痕跡， 我最后發(fā)現(xiàn)這是甜的味道！ 課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計(jì)中不僅檢驗(yàn)了我所學(xué)習(xí)的知識(shí)，也培養(yǎng)了我 如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，與 同學(xué)分工設(shè)計(jì)，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習(xí)，相互監(jiān)督。學(xué)會(huì)了合作，學(xué)會(huì)了運(yùn)籌 帷幄，學(xué)會(huì)了寬容，學(xué)會(huì)了理解，也學(xué)會(huì)了做人與處世。 課程設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，是我們邁向社會(huì)，從事職業(yè) 工作前一個(gè)必不少的過(guò)程“千

22、里之行始于足下”，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì) 到這句千古名言的真正含義我今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步， 就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，本人在多方面都有所提高。提高了編程能力，繪圖能力，熟 悉了規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)習(xí)，獨(dú)立思考的能力也有了提 高。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，體現(xiàn)出自己綜合運(yùn)用知識(shí)的能力，體會(huì)了學(xué)以致用、突出自 己勞動(dòng)成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)的不足和薄弱環(huán)節(jié)，從而加以彌補(bǔ)。 通過(guò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了全部的設(shè)計(jì)任務(wù)，具體功能如下： 完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，能通過(guò)鍵盤電路控

23、制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制， 能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制，整個(gè)的成果形式是最終以步進(jìn)電機(jī)控制 電路板的形式展示出來(lái)了。 在本次設(shè)計(jì)中更多的是注重整體功能的實(shí)現(xiàn)，注重的是操作簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)采用 了開(kāi)環(huán)控制的方式，電機(jī)也是選用的最常用的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。通過(guò)在本設(shè)計(jì)中的學(xué) 習(xí)和查閱資料，想要得到更高性能的控制，可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，采用閉環(huán)的細(xì) 分驅(qū)動(dòng)電路。 雖然課程設(shè)計(jì)的時(shí)間不長(zhǎng)，但在此過(guò)程中我學(xué)到了很多，在以后的學(xué)習(xí)以及課程設(shè) 計(jì)中我會(huì)更有經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)在這方面的練習(xí)，我相信對(duì)我的未來(lái)一定會(huì)有很大的幫助， 我很享受設(shè)計(jì)的過(guò)程，感謝老師給我這次機(jī)會(huì)！ 參考文獻(xiàn) 1 趙晶.protel99 高

24、級(jí)應(yīng)用m.人民郵電出版社, 2006. 2 谷樹(shù)忠.protel dxp 實(shí)用教程m.電子工業(yè)出版社，2003. 3 劉湘濤、江世民.單片機(jī)原理與應(yīng)用m.電子工業(yè)出版社, 2006. 4 孫育才 . atmel 新型 at89s51 系列單片機(jī)及其應(yīng)用 m.清華大學(xué)出版社 ,2005. 5 李華mcu-51 系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)m北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993 6 張迎新、雷道振.單片機(jī)初級(jí)教程m.北京航天航空大學(xué)出版社, 2006. 致謝 通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)的完成，我要衷心感謝我的指導(dǎo)老師劉偉春和我的同伴韓琪， 在論文成稿期間，無(wú)論在選題上，還是資料的應(yīng)用上，我的同伴都給了我很大的幫助， 劉老師也給予我耐心細(xì)致的教導(dǎo)，在論文研究及撰寫(xiě)過(guò)程中，劉老師都提出了許多寶 貴意見(jiàn)，我學(xué)到了更多除了單片機(jī)以外的豐富知識(shí)，使我的綜合能力得到了提升。老 師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，一絲不茍的敬業(yè)精神，誨人不倦的高尚師德，為我樹(shù)立了做人、 做事的楷模，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)、工作以及今后的人生之旅都將