步進(jìn)電機(jī)控制器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、分類(lèi)號(hào)：分類(lèi)號(hào)：TM383.6 U U D D C C：D10621-408-(2013)1379-0D10621-408-(2013)1379-0 密密 級(jí)：公級(jí)：公 開(kāi)開(kāi) 編編 號(hào)：號(hào)： 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì) 論文作者姓名：論文作者姓名： 陳立超陳立超 申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)控技術(shù)與儀器 申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別： 工學(xué)學(xué)士工學(xué)學(xué)士 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名（職職稱稱） ： 嚴(yán)寒冰（副教授）嚴(yán)寒冰（副教授） 論文提交日期：論文提交日期： 20132013 年年 0606 月月 0606 日日 分類(lèi)號(hào)：分類(lèi)號(hào)：TM383.6U D C：D10

2、621-408-(2013)1378-0 密密 級(jí)：公級(jí)：公 開(kāi)開(kāi)編編 號(hào)：號(hào)： 成成 都都 信信 息息 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 學(xué)學(xué) 位位 論論 文文 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì) 論文作者姓名：論文作者姓名： 申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：申請(qǐng)學(xué)位專(zhuān)業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器測(cè)控技術(shù)與儀器 申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：申請(qǐng)學(xué)位類(lèi)別：工學(xué)學(xué)士工學(xué)學(xué)士 指指導(dǎo)導(dǎo)教教師師姓姓名名（職職稱稱） ： 論文提交日期：論文提交日期： 20132013 年年 0606 月月 0606 日日 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì) 摘摘 要要 目前我國(guó)已經(jīng)成為了世界的生產(chǎn)工廠，每一樣產(chǎn)品都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢驗(yàn)， 只有達(dá)到合格的

3、標(biāo)準(zhǔn)，才能投入使用。隨著步進(jìn)電機(jī)這日常生活生產(chǎn)的普遍應(yīng) 用，這個(gè)元件所占的市場(chǎng)比例也越來(lái)越高，而且經(jīng)濟(jì)效益也是非常可觀。當(dāng)今 這個(gè)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)大批量生產(chǎn)，尤為需要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的 質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以防止不合格的產(chǎn)品產(chǎn)生。 基于此，課題設(shè)計(jì)了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器裝置。該裝置通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的 控制使其產(chǎn)生消耗，以此作為監(jiān)測(cè)樣本提供給質(zhì)檢部門(mén)作詳細(xì)分析。本設(shè)計(jì)中， 通過(guò) AT89C52 單片機(jī)控制液晶顯示與步進(jìn)電機(jī)工作模式的選擇，8254 可編程 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為脈沖分配器實(shí)現(xiàn) 1Hz2KHz 步進(jìn)式脈沖輸出，A3967SLB 實(shí)現(xiàn)對(duì)二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止的

4、時(shí)間通過(guò)按 鍵設(shè)定，并通過(guò) LCD 顯示出來(lái)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：驅(qū)動(dòng)器可以較準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止時(shí) 間、以及工作模式的控制，滿足了設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)測(cè)試沒(méi)有針對(duì)具體環(huán)境， 有些結(jié)論僅供參考。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： AT89C52；A3967SLB；8254；液晶 5110；步進(jìn)電機(jī) The Design Of Step Motor Drive Abstract At present, China has become the worlds manufacturing plant, Every product must go through a rigorous inspection, o

5、nly those meet the quality requirement can been put into use. as the step motor became widely used in the Manufacturing and daily life, This component share of the market is also increasing, And economic benefits is very considerable. in the automated production line the step motor is widely used Pa

6、rticularly need to check the quality of the step motor, In order to prevent unqualified products produced. Based on this, I design a Step motor drive, the device is controlled by the step motor to produce consumption, as a quality control department to monitor the sample to be analyzed in detail. In

7、 this design, the ATC89C52 control the mode selection of step motor and the LCD. the 8254 program timer act as the pulse divider to output a 1Hz2KHz pulse then the A3967SLB will drive step motor. the forward, reverse, and the stopping time are set by the key-board ,and shown by the monitor. Experime

8、ntal results show that the Driver can achieve accurately in control. the forward, reverse ,stopping time and the selection working mode ,meet the design requirement. The test is not designed for a specific environment，Some conclusions are for reference only. Key words: AT89C52; A3967SLB; 8254; LCD51

9、10; step motor 目目 錄錄 論文總頁(yè)數(shù)：46 頁(yè) 1 引言.1 2 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景.1 2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要性 .2 3 設(shè)計(jì)的分析.2 3.1 主控電路的設(shè)計(jì)與分析 .2 3.2 方案的具體組成 .3 4 電路的硬件設(shè)計(jì).4 4.1 AT89C52 單片機(jī) .4 4.1.1 單片機(jī)電源設(shè)計(jì).5 4.1.2 單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器.7 4.2 8254 可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 .9 4.2.2 Intel 8254 芯片結(jié)構(gòu) .10 4.2.3 Intel 8254 主要特性 .11 4.3 A3967SLB 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器.12 4.3.1 A3967SLB 引腳及工作參數(shù)

10、.12 4.4 步進(jìn)電機(jī) .12 4.4.1 步進(jìn)電機(jī)基本概念.13 4.4.2 步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)以及工作原理.13 4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇.14 4.4.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng).15 4.6 顯示與鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì) .17 4.6.1 顯示器的選擇.18 4.6.2 鍵盤(pán)模塊設(shè)計(jì).19 4.7 硬件調(diào)試中的問(wèn)題以及處理 .20 5 軟件設(shè)計(jì).21 結(jié) 論.23 參考文獻(xiàn).23 致 謝.23 聲 明.25 附 錄.26 第 1 頁(yè) 共 46 頁(yè) 1 1 引言引言 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(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)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日

11、俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。為了使我們的生活更加美滿，要求這些 步進(jìn)電機(jī)必須有一個(gè)可靠的使用周期，我們能獲知它的使用壽命和一般規(guī)律， 我們才能更好地了解他、使用它。作為常用的執(zhí)行元件，它是最容易損壞的元 件之一，小的事故會(huì)影響到我們?nèi)粘５纳钆c學(xué)習(xí)，大的事故就會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難的 到來(lái)，而且當(dāng)今這個(gè)全自動(dòng)化生產(chǎn)線的過(guò)程中，可以用到這個(gè)測(cè)試儀來(lái)測(cè)試步 進(jìn)電機(jī)的質(zhì)量，以防止不合格的產(chǎn)品產(chǎn)生，這個(gè)測(cè)試儀在工業(yè)生產(chǎn)中會(huì)有很大 的經(jīng)濟(jì)效益。 本設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī) 8052 為主要控制芯片，因?yàn)檫@個(gè)芯片具有存儲(chǔ)量大、 體積小、總量輕、價(jià)格低等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中要完成單片機(jī)對(duì)電機(jī)、鍵盤(pán)、及存 儲(chǔ)器等的功能，在設(shè)計(jì)

12、中，要考慮到電機(jī)的速度和方向的控制，單片機(jī)的各種 保護(hù)電路，分析到這個(gè)系統(tǒng)要完成包括對(duì)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)和 LCD 顯示數(shù)據(jù)的人機(jī) 操作，要在系統(tǒng)試驗(yàn)前設(shè)定好所需要的參數(shù)，而且試驗(yàn)過(guò)程中這些參數(shù)可隨時(shí) 改動(dòng)，改動(dòng)后系統(tǒng)能完成任務(wù)。設(shè)定這些參數(shù)的目的是去控制進(jìn)步電機(jī)的次數(shù) 和速度，在鍵盤(pán)中要用到的一些功能鍵與數(shù)字鍵的區(qū)別，所以，在程序部分應(yīng) 有相應(yīng)的處理。整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤(pán)輸入模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)模塊，整個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到必須在全自動(dòng)化下進(jìn)行，只有改變輸入?yún)?shù)時(shí)， 可人為操作。必須要有存儲(chǔ)功能，以實(shí)現(xiàn)測(cè)完數(shù)據(jù)之后能自動(dòng)存儲(chǔ)，以便以后 調(diào)用。要有鍵盤(pán)與顯示功能，要求軟件的編寫(xiě)出步進(jìn)電機(jī)、鍵

13、盤(pán)與顯示功能的 程序，并且設(shè)計(jì)參數(shù)可以人為隨時(shí)更改。 2 2 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合如下： 1) 步進(jìn)電機(jī)主要用于一些有定位要求的場(chǎng)合。 例如：線切割的工作臺(tái)拖動(dòng)，植毛機(jī)工作臺(tái)（毛孔定位） ，包裝機(jī)（定長(zhǎng)度） ?；旧仙婕暗蕉ㄎ坏膱?chǎng)合都用得到。 2).廣泛應(yīng)用于 ATM 機(jī)、噴繪機(jī)、刻字機(jī)、寫(xiě)真機(jī)、噴涂設(shè)備、醫(yī)療儀器 及設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)及海量存儲(chǔ)設(shè)備、精密儀器、工業(yè)控制系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化、 機(jī)器人等領(lǐng)域。特別適合要求運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、響應(yīng)快、使用壽命長(zhǎng)、高輸 出扭矩的應(yīng)用場(chǎng)合。 3) 步進(jìn)電機(jī)在電腦繡花機(jī)等紡織機(jī)械設(shè)備中有著廣泛的應(yīng)用，這類(lèi)步進(jìn)電 第 2 頁(yè) 共 4

14、6 頁(yè) 機(jī)的特點(diǎn)是保持轉(zhuǎn)矩不高，頻繁啟動(dòng)反應(yīng)速度快、運(yùn)轉(zhuǎn)噪音低、運(yùn)行平穩(wěn)、控 制性能好、整機(jī)成本低。目前用于電腦繡花機(jī)的步進(jìn)電機(jī)多數(shù)為五相混合式步 進(jìn)電機(jī)，目的是通過(guò)采用高相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)減小步矩角和提高控制精度，但 是采用該種方式獲得的性能上的提高是有限的而且成本也相對(duì)較高。采用細(xì) 分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行品質(zhì)，減少轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，抑制振蕩，降 低噪音，提高步矩分辨率。若采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，在性能明顯提高的同時(shí)還 能大大降低產(chǎn)品的成本1。 2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的重要性 各種各樣的步進(jìn)電機(jī)被應(yīng)用在機(jī)械、電子、紡織及一般工業(yè)或民用領(lǐng)域， 比如包裝機(jī)、醫(yī)療儀器及設(shè)備、

15、機(jī)器人等等。因此任何步進(jìn)電機(jī)都存在使用壽 命。運(yùn)用在一般工業(yè)及民用領(lǐng)域的步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電機(jī)的使用壽命沒(méi)有嚴(yán)格的要 求，但如果電機(jī)被應(yīng)用到醫(yī)療、航天和精密儀器等領(lǐng)域時(shí)，電機(jī)是否良好直接 關(guān)系到病人、機(jī)器人外空探測(cè)和精確操作時(shí)的安全及經(jīng)濟(jì)效益，所以必須對(duì)電 機(jī)的使用壽命提出嚴(yán)格的要求，要求電機(jī)制造商務(wù)必把控電機(jī)的質(zhì)量，因此電 機(jī)制造商在電機(jī)出場(chǎng)之前有必要對(duì)同一批號(hào)的產(chǎn)品進(jìn)行抽查測(cè)試，以掌握電機(jī) 的確切壽命系數(shù)。 電機(jī)的壽命通常取決于軸承壽命，質(zhì)量合格的步進(jìn)電機(jī)可達(dá)上萬(wàn)至數(shù)萬(wàn)小 時(shí)，除了軸承損耗，還有電機(jī)溫度高導(dǎo)致的磁衰減和線圈老化等問(wèn)題。另外有 的步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境溫度高，或者有油污、粉塵、水等污染，

16、也會(huì)縮短使用壽 命2。用傳統(tǒng)的測(cè)試方法完成電機(jī)的測(cè)試至少存在以下兩點(diǎn)不足：意識(shí)測(cè)試效 率極低，因?yàn)橐箿y(cè)試人員能夠正確觀察到多組被測(cè)電機(jī)（通常要同時(shí)測(cè)試多 個(gè)電機(jī)） ，步進(jìn)電機(jī)磨損測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，耗費(fèi)人力物力，特別是對(duì)于精度要求高 的電機(jī)來(lái)說(shuō)，人為地定時(shí)計(jì)數(shù)等不準(zhǔn)確因素都會(huì)額外造成誤差；二是對(duì)于要求 步長(zhǎng)精確的電機(jī)，人工調(diào)試不準(zhǔn)確。由于這些不足，電機(jī)的生產(chǎn)廠迫切需要開(kāi) 關(guān)壽命的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)取代傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)。 3 3 設(shè)計(jì)的分析設(shè)計(jì)的分析 這一章主要研究步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的整體設(shè)計(jì)方案，因?yàn)楝F(xiàn)在電器元件種類(lèi) 比較多，只有選擇一個(gè)合理的設(shè)計(jì)方案，才能充分發(fā)揮這些元件的作用，爭(zhēng)取 不浪費(fèi)資源，做到經(jīng)濟(jì)

17、又合理，根據(jù)所選的主控元件，設(shè)計(jì)一套具體的系統(tǒng)組 合。 3.1 主控電路的設(shè)計(jì)與分析主控電路的設(shè)計(jì)與分析 經(jīng)過(guò)分析此設(shè)計(jì)是用軟件設(shè)定步進(jìn)電機(jī)來(lái)代替人為操作。用給定的 8254 來(lái) 作為脈沖控制器產(chǎn)生脈沖信號(hào)來(lái)控制電機(jī)。利用 52 單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)計(jì)數(shù)器即可 第 3 頁(yè) 共 46 頁(yè) 實(shí)現(xiàn)定時(shí)的功能完成；A3967SLB 是美國(guó) Allegro 公司生產(chǎn)的 PWM 恒流控制微 步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器，性能好，價(jià)格低廉，用它作為步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)器。以上述主要器件即完成主控電路的設(shè)計(jì)，如圖 3-1 所示： 圖 3-1 主控電路流程圖 3.2 方案的具體組成方案的具體組成 在設(shè)計(jì)中要完成單片機(jī)對(duì)

18、電機(jī)、鍵盤(pán)、及存儲(chǔ)器等的功能，在設(shè)計(jì)中，要 考慮到電機(jī)的速度和方向的控制，單片機(jī)的各種保護(hù)電路，分析到這個(gè)系統(tǒng)要 完成包括對(duì)鍵盤(pán)輸入數(shù)據(jù)和 LCD 顯示數(shù)據(jù)的人機(jī)操作，要在系統(tǒng)試驗(yàn)前設(shè)定好 所需要的參數(shù)，而且試驗(yàn)過(guò)程中這些參數(shù)可隨時(shí)改動(dòng)，改動(dòng)后系統(tǒng)能完成任務(wù)。 設(shè)定這些參數(shù)的目的是去控制進(jìn)步電機(jī)的次數(shù)和速度，在鍵盤(pán)中要用到的一些 功能鍵與數(shù)字鍵的區(qū)別，所以，在程序部分應(yīng)有相應(yīng)的處理。 整個(gè)系統(tǒng)由鍵盤(pán)輸入模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、電機(jī)控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊， 整個(gè)系統(tǒng)要達(dá)到必須在全自動(dòng)化下進(jìn)行，只有改變輸入?yún)?shù)時(shí)，可人為操作。 必須要有存儲(chǔ)功能，以實(shí)現(xiàn)測(cè)完數(shù)據(jù)之后能自動(dòng)存儲(chǔ)，以便以后調(diào)用。要有鍵 盤(pán)與

19、顯示功能，要求軟件的編寫(xiě)出步進(jìn)電機(jī)、鍵盤(pán)與顯示功能的程序，并且設(shè) 計(jì)參數(shù) 可以人為隨時(shí)更改。系統(tǒng)的具體方案是由于此系統(tǒng)中要用到多個(gè)輸入、輸出口， 52 單片機(jī)有 4 個(gè) 8 位 I/O，4*4 的鍵盤(pán)占用 P2 端口的 8 根線來(lái)實(shí)現(xiàn)，液晶顯示 部分則利用 P0.3P0.7，總共 5 個(gè) I/O，另一個(gè)芯片 A3967SLB 的控制引腳分別 連接 P1 端口的 6 個(gè) I/O。單片機(jī)最小系統(tǒng)上設(shè)有復(fù)位鍵，設(shè)定參數(shù)有誤時(shí)，可 按下重置。具體芯片引腳的連接在后面第四章硬件部分詳細(xì)介紹。方案設(shè)計(jì)的 結(jié)構(gòu)圖如下所示： LCD 按鍵 單片機(jī)脈沖分配器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī) 第 4 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖

20、3-2 電路結(jié)構(gòu)圖 4 電路的硬件設(shè)計(jì)電路的硬件設(shè)計(jì) 本章主要是測(cè)試儀的硬件電路設(shè)計(jì)，這一章講到了從主控制器到顯示、鍵 盤(pán)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、步進(jìn)電機(jī)等所有的電路設(shè)計(jì)，介紹了各個(gè)組成部分實(shí)現(xiàn)的功能， 可以更加深入了解測(cè)試儀的工作原理。 4.1 AT89C52 單片機(jī)單片機(jī) AT89C52 是一種低功耗、高性能的 8 位單片機(jī)內(nèi)帶有一個(gè) 8KB 的 Flash 可 編程、可擦除只讀存儲(chǔ)器（EPROM）技術(shù)，它采用了 CMOS 工藝和 ATMEL 公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器（NURAM）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 存儲(chǔ)器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易

21、失性存儲(chǔ)器編程器來(lái)編程，因此 AT89C52 是一種功能強(qiáng)、靈活性高、且價(jià)格合 理的單片機(jī)，可以方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域3。 主要性能如下： 1) 8KB 可編程 Flash 存儲(chǔ)器（可經(jīng)受大于 1000 次的寫(xiě)入擦除） 2) 全靜態(tài)工作：0HZ-24MHZ 3) 3 級(jí)程序存儲(chǔ)器保密 第 5 頁(yè) 共 46 頁(yè) 4) 256*8 字節(jié)內(nèi)部 RAM 5) 32 條可編程 I/O 線 6) 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 7) 6 個(gè)中斷源 8) 可編程串行通道 9) 片內(nèi)時(shí)鐘震蕩器 另外，AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來(lái)設(shè)計(jì)的其工作頻率可下降到 0HZ 并提供兩 種可用軟件來(lái)選擇的省電方式之一空閑

22、方式（Idle Mode）和掉電方式（Power Down Mode）在空閑方式中 CPU 停止工作而 RAM 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器串行口和中斷 系統(tǒng)都繼續(xù)工作，在掉電方式中片內(nèi)震蕩器停止工作。由于時(shí)鐘被“凍結(jié)”使一 切功能都暫停，故只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容直到下一次硬件復(fù)位為止。 AT89C52 優(yōu)越的性能為我們控制的實(shí)現(xiàn)提供了保證。本設(shè)計(jì)中采用了單片機(jī)的 最小系統(tǒng)，如圖 4-1 所示： 圖 4-1 單片機(jī)最小系統(tǒng) 4.1.1 單片機(jī)電源設(shè)計(jì)單片機(jī)電源設(shè)計(jì) 方案論證： 1) 方案 1：220V 變壓器后由 4 個(gè)二極管組成一個(gè)橋式整流電路，整流后就 得到一個(gè)電壓波動(dòng)很大的直流電源，故后面接一個(gè)

23、 330uF/25V 的電解電容。變 壓器輸出端的 9V 電壓經(jīng)橋式整流并電容濾波，在電容 C1 兩端大約會(huì)有 11V 多 第 6 頁(yè) 共 46 頁(yè) 一點(diǎn)的電壓，因?yàn)槲覀円敵?5V 的電壓，所以選用 7805，三端穩(wěn)壓器后面接 一個(gè) 105 的電容，這個(gè)電容有濾波和阻尼作用。 最后在 C2 兩端接一個(gè)輸出電 源的插針，可用于與其它用電器連接。 此電路優(yōu)點(diǎn)是：方便實(shí)用，輸出電壓穩(wěn)定，最大輸出電流為 1A，電路能帶 動(dòng)一定的負(fù)載 2) 方案 2：220V 交流電通過(guò)電源變壓器變換成交流低壓，再經(jīng)過(guò)橋式整流 電路 D1D4 和濾波電容 C1 的整流和濾波，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 Vi

24、n 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓(該電壓常常會(huì)因?yàn)槭须婋?壓的波動(dòng)或負(fù)載的變化等原因而發(fā)生變化) 電路為輸出電壓+5V、輸出電流 1.5A 的穩(wěn)壓電源。它由電源變壓器 B，橋式整流電路 D1D4，濾波電容 C1、C3，防止自激電容 C2、C3 和一只固定式三端穩(wěn)壓器(7805)極為簡(jiǎn)捷方便 地搭成. 此電路優(yōu)點(diǎn)是：此直流電壓經(jīng)過(guò) LM7805（圖 4-3）的穩(wěn)壓和 C3 的濾波便 在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓。本穩(wěn)壓電源可 作為 TTL 電路或單片機(jī)電路的電源。三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用 線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工

25、作可靠性高、使用 簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器 件 結(jié)論：綜合方案一、方案 2，LM7805 以其體積小、成本低、性能好、工作 可靠性高、使用簡(jiǎn)捷方便等特點(diǎn),故采用這個(gè)元件，另外，采用 1117 是一款低 壓差的線性穩(wěn)壓器，作為主要芯片，具體方案如下： 電源采用 5V 直流電壓輸出，穩(wěn)壓二極管 VD2 串接在 7805 的 2 引腳與地 之間，可使輸出電壓得到提高，輸出電壓為穩(wěn)壓管輸出電壓與 VD2 輸出電壓之 和。VD1 是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于 VD2 穩(wěn)壓值時(shí)，VD1 導(dǎo)通， 將輸出電流旁路，保護(hù) 7805 穩(wěn)壓管輸出級(jí)不被損壞。部分系統(tǒng)

26、采用了 LM1117 三端穩(wěn)壓集成芯片，其外觀如下圖 4-2 所示，1117 是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器， 1117 可以提供多個(gè)固定電壓版本，如 1.8V,2.5V3.3V 還可以提供可調(diào)端輸出， 并且有完善的過(guò)流保護(hù)和過(guò)熱保護(hù)功能，確保芯片和電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時(shí) 應(yīng)用修正技術(shù)，確保輸出電壓和參考精度在百分之一的精度范圍，同時(shí)抱基準(zhǔn) 電壓調(diào)整在百分之一點(diǎn)五以內(nèi)，調(diào)整了電流限制，減少了因?yàn)榉€(wěn)壓器和電源電 路超載而造成的壓力。其輸出精度是正負(fù)百分之一，最大輸出電流為 1A。 第 7 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 4-2 LM1117(左) LM7805（右）實(shí)物圖 由于單片機(jī)需要的是 5V 電源，液晶需

27、要的是 3.3V 的電源，因此就需要分 壓，當(dāng)外接電源大于 5V 時(shí)候可以將外接電源接到 P3 同樣可以滿足內(nèi)部芯片以 及內(nèi)部液晶顯示的電壓要求。具體電路如下圖 4-3 所示： 圖 4-3 單片機(jī)電源模塊 4.1.2 單片機(jī)的定時(shí)單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 AT89C52 的單片機(jī)內(nèi)有三個(gè)獨(dú)立的 16 位可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，它們具有 四種工作方式，其控制字和狀態(tài)均在相應(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)控制寄 存器的編程，就可方便地選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鞣绞?。下面我們?duì)它們的特性進(jìn)行闡 述。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式： 第 8 頁(yè) 共 46 頁(yè) AT89C52 單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，定時(shí)器 T0 特性功能寄

28、存器 TL0（低 8 位）和 TH0（高 8 位）構(gòu)成，定時(shí)器 T1 由特性功能寄存器 TL1（低 8 位）和 TH1（高 8 位）構(gòu)成。特殊功能寄存器 TMOD 控制定時(shí)寄存器的工作方式， TCON 則用于控制定時(shí)器 T0 和 T1 的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)，同時(shí)管理定時(shí)器 T0 和 T1 的溢出標(biāo)志等。程序開(kāi)始時(shí)需對(duì) TL0、TH0、TL1 和 TH1 進(jìn)行初始化編程， 以定義它們的工作方式和控制 T0 和 T1 的計(jì)數(shù)。T2 的特殊功能寄存器 T2CON 的地址是 0C8H，可以對(duì)他進(jìn)行位尋址3。 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的方式控制字 TMOD，字節(jié)地址為 89H，其格式如表 4-1: 表 4-1 定時(shí)/計(jì)

29、數(shù)器的方式控制 D7D6D5D4D3D2D1D0 GATAM1M0GATAM1M0 T1 方式字段T0 方式字段 定時(shí)器控制積存器 TCON，字節(jié)地址為 88H，位地址為 88H8FH，其格 式如表 4-2： 表 4-2 定時(shí)器控制積存器 D7D6D5D4D3D2D1D0 TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0 定時(shí)器 T2 每位的含義如下表 4-3： 表 4-3 定時(shí)器 T2 D7D6D5D4D3D2D1D0 TF2EXF2RCLKTCLKEXEN2TR22CP/RL2 工作方式 0 和工作方式 1 的最大特點(diǎn)就是計(jì)數(shù)溢出后，計(jì)數(shù)器為全 0，因 而循環(huán)定時(shí)或循環(huán)計(jì)數(shù)應(yīng)用時(shí)就存在反復(fù)

30、設(shè)置初值的問(wèn)題，這給程序設(shè)計(jì)帶來(lái) 許多不便，同時(shí)也會(huì)影響計(jì)時(shí)精度，工作方式 2 就針對(duì)這個(gè)問(wèn)題而設(shè)置，它具 有自動(dòng)重裝載功能，即自動(dòng)加載計(jì)數(shù)初值，所以也有的文獻(xiàn)稱之為自動(dòng)重加載 工作方式。在這種工作方式中，16 位計(jì)數(shù)器分為兩部分，即以 TL0 為計(jì)數(shù)器， 以 TH0 作為預(yù)置寄存器，初始化時(shí)把計(jì)數(shù)初值分別加載至 TL0 和 TH0 中，當(dāng) 第 9 頁(yè) 共 46 頁(yè) 計(jì)數(shù)溢出時(shí)，不再象方式 0 和方式 1 那樣需要“人工干預(yù)”，由軟件重新賦值， 而是由預(yù)置寄存器 TH 以硬件方法自動(dòng)給計(jì)數(shù)器 TL0 重新加載。 程序初始化時(shí)，給 TL0 和 TH0 同時(shí)賦以初值，當(dāng) TL0 計(jì)數(shù)溢出時(shí)，置位

31、TF0 的同時(shí)把預(yù)置寄存器 TH0 中的初值加載給 TL0，TL0 重新計(jì)數(shù)。如此反復(fù)， 這樣省去了程序不斷需給計(jì)數(shù)器賦值的麻煩，而且計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度也提高了。但這 種方式也有其不利的一面，就是這樣一來(lái)的計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)只有 8 位，計(jì)數(shù)值有限， 最大只能到 255。所以這種工作方式很適合于那些重復(fù)計(jì)數(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合。例如 我們可以通過(guò)這樣的計(jì)數(shù)方式產(chǎn)生中斷，從而產(chǎn)生一個(gè)固定頻率的脈沖。也可 以當(dāng)作串行數(shù)據(jù)通信的波特率發(fā)送器使用。 當(dāng) M1M0=11 時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器處于工作方式 3，值得注意的是，在工作方 式 3 模式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 的工作方式與之不同，下面我們分別討論。在工作 方式 3 模式下，定時(shí)/

32、計(jì)數(shù)器 0 被拆成兩個(gè)獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器 TL0 和 TH0。其中 TL0 既可以作計(jì)數(shù)器使用，也可以作為定時(shí)器使用，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 的各控制位 和引腳信號(hào)全歸它使用。其功能和操作與方式 0 或方式 1 完全相同。TH0 就沒(méi) 有那么多“資源”可利用了，只能作為簡(jiǎn)單的定時(shí)器使用，而且由于定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 的控制位已被 TL0 占用，因此只能借用定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 的控制位 TR1 和 TF1， 也就是以計(jì)數(shù)溢出去置位 TF1，TR1 則負(fù)責(zé)控制 TH0 定時(shí)的啟動(dòng)和停止。等效 電路由于 TL0 既能作定時(shí)器也能作計(jì)數(shù)器使用，而 TH0 只能作定時(shí)器使用而不 能作計(jì)數(shù)器使用，因此在方式 3 模

33、式下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 可以構(gòu)成二個(gè)定時(shí)器或 者一個(gè)定時(shí)器和一個(gè)計(jì)數(shù)器。 如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 工作于工作方式 3，那么定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 的工作方式就不 可避免受到一定的限制，因?yàn)樽约旱囊恍┛刂莆灰驯欢〞r(shí)/計(jì)數(shù)器借用，只能工 作在方式 0、方式 1 或方式 2 下在這種情況下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器 1 通常作為串行口 的波特率發(fā)生器使用，以確定串行通信的速率，因?yàn)橐褯](méi)有 TF1 被定時(shí)/計(jì)數(shù)器 0 借用了，只能把計(jì)數(shù)溢出直接送給串行口。當(dāng)作波特率發(fā)生器使用時(shí)，只需 設(shè)置好工作方式，即可自動(dòng)運(yùn)行。如要停止它的工作，需送入一個(gè)把它設(shè)置為 方式 3 的方式控制字即可，這是因?yàn)槎〞r(shí)/計(jì)數(shù)器本身就不能工作在方式

34、 3，如 硬把它設(shè)置為方式 3，自然會(huì)停止工作4。 4.2 8254 可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 4.2.1 8254 芯片作為脈沖分配器的優(yōu)點(diǎn)分析芯片作為脈沖分配器的優(yōu)點(diǎn)分析 本設(shè)計(jì)中要求輸出脈沖的頻率范圍為1Hz2KHz，單步為1Hz。由于89C52時(shí)鐘 最大能取24MHz，單指令周期為05s，計(jì)數(shù)頻率為2106Hz。當(dāng)輸出1999Hz 和2000Hz時(shí)，若采用89C51內(nèi)部計(jì)數(shù)器來(lái)計(jì)數(shù)，根本無(wú)法區(qū)別，而且不好通過(guò) 外部按鍵進(jìn)行設(shè)置。因?yàn)橛?jì)數(shù)頻率為2MHz，單指令周期05s，而要輸出 第 10 頁(yè) 共 46 頁(yè) 1999Hz 時(shí)，計(jì)數(shù)應(yīng)為1000500；輸出2000Hz時(shí)，計(jì)數(shù)應(yīng)為1

35、000000。因此 在本設(shè)計(jì)中，采用外部定時(shí)器計(jì)數(shù)器8254。8254是8253的改進(jìn)型，操作方式 及引腳與8253完全相同。它的改進(jìn)主要反映在兩方面： 1) 8254的計(jì)數(shù)頻率更高，可由直流至6MHz； 2) 8254多了1個(gè)讀回命令（寫(xiě)至控制器的寄存器），因?yàn)?254最高計(jì)數(shù)頻率 可達(dá)6MHz，能滿足以上設(shè)計(jì)的要求，另外采用8254的工作方式3可輸出方波。 當(dāng)8254以方式3工作時(shí)，在計(jì)數(shù)的過(guò)程中要輸出有一半時(shí)間為時(shí)可輸出高電平， 后N2時(shí)可輸出低電平，不需要用軟件來(lái)控制高低電平的轉(zhuǎn)換。 8254的連接可以把定時(shí)器0和定時(shí)器1的門(mén)控信號(hào)連在一起，并接到5V電源 上。定時(shí)器0的輸入脈沖線CL

36、K0接6M的晶振，定時(shí)器0的輸出OUT0作為定時(shí)器 1的脈沖輸入。兩定時(shí)器均設(shè)為工作方式3，因?yàn)?254的計(jì)數(shù)器是16位，即計(jì)數(shù) 范圍為065535，在輸入時(shí)鐘為6M時(shí)，要輸出1Hz的脈沖，則其計(jì)算值也為 6M，大于其最大的計(jì)算值，因此本設(shè)計(jì)最終輸出的脈沖由兩個(gè)定時(shí)器的兩次分 頻所得。采用頻率分段輸出，即當(dāng)要求輸出的頻率為1100Hz 時(shí)，定時(shí)器0的 計(jì)數(shù)值設(shè)為100，則定時(shí)器1的計(jì)數(shù)頻率為6104Hz，最大計(jì)數(shù)為6104，最小計(jì) 數(shù)為600，符合要求；當(dāng)輸出頻率為1012kHz時(shí)，定時(shí)器0的計(jì)數(shù)值設(shè)為1，則 定時(shí)器1的計(jì)數(shù)頻率為6M，最大計(jì)數(shù)為59406，最小計(jì)數(shù)為3000，滿足8254的計(jì)

37、 數(shù)范圍。 4.2.2 Intel 8254 芯片結(jié)構(gòu)芯片結(jié)構(gòu) 8254 芯片如圖 4-4 所示： 圖 4-4 8254 1) CS#:片選信號(hào)，接IO端口譯碼電路的輸出 2) RD#,WR#:讀寫(xiě)控制信號(hào) 3) D7D0：低2位，用于片內(nèi)端口的選擇。A1A0=00，選擇通數(shù)據(jù)線，與系統(tǒng) 第 11 頁(yè) 共 46 頁(yè) 數(shù)據(jù)總線相連 4) A1A0接地址總線道0；A1A0=01，選擇通道1；A1A0=10，選擇通道 2；A1A0=11，選擇控制端口。 5) 每個(gè)通道有三根對(duì)外的信號(hào)線： CLK，OUT和GATE。 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳如圖4-5： 計(jì)數(shù)器 0# 計(jì)數(shù)器 1# 計(jì)數(shù)器 2# C

38、LK0 GATE0 OUT0 數(shù)據(jù)總線 緩沖器 讀/寫(xiě) 邏輯 控制 寄存器 WR RD A1 A0 CS GND VCC D0D7 CLK1 GATE1 OUT1 CLK2 GATE2 OUT2 圖4-5 8254內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部引腳 8254有3個(gè)結(jié)構(gòu)完全相同的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器通道：0、1、2 每個(gè)通道包含： 1) 一個(gè)8位的控制字寄存器 2) 三個(gè)16位的初值寄存器、減1計(jì)數(shù)器和結(jié)果輸出鎖存器。 每個(gè)通道有3根專(zhuān)用的信號(hào)線： 1) CLK:計(jì)數(shù)/定時(shí)脈沖輸入端，每輸入一個(gè)脈沖，減1操作 2) OUT:計(jì)數(shù)值減到零時(shí)，由輸出端OUT輸出結(jié)束信號(hào) 3) GATE:門(mén)控信號(hào)，允許或停止計(jì)數(shù)5 4.2

39、.3 Intel 8254 主要特性主要特性 1) 3個(gè)獨(dú)立的16位定時(shí)/計(jì)數(shù)通道。 2) 每個(gè)通道有6種工作方式。 3) 最高計(jì)數(shù)頻率為10MHz。 4) 可以按二進(jìn)制或BCD碼兩種方式計(jì)數(shù)。 5) 定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短可用軟件設(shè)置，可由軟件或硬件控制開(kāi)始計(jì)數(shù)或停止計(jì)數(shù)。 第 12 頁(yè) 共 46 頁(yè) 6) 可以同時(shí)鎖存13個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值和狀態(tài)值，供CPU讀取。 8354每個(gè)通道有六種工作方式，本設(shè)計(jì)中當(dāng)工作在方式3，用它產(chǎn)生方波。 4.3 A3967SLB 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 驅(qū)動(dòng)部分采用的是 A3967SLB 芯片，A3967SLB 是美國(guó) Allegro 公司生產(chǎn)的 PWM 恒流控制

40、微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器。它的工作電壓可達(dá) 30V， 驅(qū)動(dòng)電流達(dá) 750mA，一個(gè) A3967SLB 即可驅(qū)動(dòng)一臺(tái)二相步進(jìn)電機(jī)，可實(shí)現(xiàn) 8 細(xì) 分驅(qū)動(dòng)。芯片內(nèi)的 PWM 電流控制電路可通過(guò)加在 PFD 的電壓設(shè)置為慢、快、 混合三種電流衰減模式，如果 PFD 端的電壓高于 06VDD，則選擇慢衰減方 式。若低于 021VDD，則選擇快衰減模式。處于兩者之間為混合衰減模式6。 另外，A3967SLB 還能提供完善的保護(hù)措施，包括抑制瞬態(tài)電壓、過(guò)熱保 護(hù)、防止電流直通、欠電壓自鎖等功能。A3967SLB 和微處理器之間不需要附 加其它的接口電路，該芯片采用 Easy Stepper 接口，

41、將 8 條控制線減少為 2 條 (步長(zhǎng)和方向)，只要簡(jiǎn)單地輸入控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖，其內(nèi)嵌的轉(zhuǎn)換器就可以 實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。A3967SLB 還需要一些電阻、電容來(lái)調(diào)整其工作參數(shù)， 整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路非常簡(jiǎn)單。 4.3.1 A3967SLB 引腳及工作參數(shù)引腳及工作參數(shù) A3967SLB 如圖 4-6 所示： 圖 4-6 A3967SLB 電氣特性在 T A = +25C，V BB = 30 V，V CC = 3.0 V 至 5.5V 時(shí)的操作參 數(shù)環(huán)境7詳見(jiàn)附錄 A。 4.4 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī) 第 13 頁(yè) 共 46 頁(yè) 本設(shè)計(jì)中采用 A3967SLB 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，A3967SLB 是美國(guó) A

42、llegro 公司生 產(chǎn)的 PWM 恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器。故采用一個(gè)二相四 線步進(jìn)電機(jī)來(lái)作為本設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)器件。 4.4.1 步進(jìn)電機(jī)基本概念步進(jìn)電機(jī)基本概念 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：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） ?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位 的目的；同時(shí)也可以通過(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8。 4.4.2 步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)以及工作原理步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)以及工作原理 步進(jìn)電機(jī)分永磁式（PM） 、反應(yīng)式（VR） 、和混合式（

43、HB）三種。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9。 下面我們以一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 4-7 來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電 機(jī)的工作原理。這種電機(jī)定子上有八個(gè)凸齒，每一個(gè)齒上有一個(gè)線圈。線圈繞 組的連接方式，是對(duì)稱齒上的兩個(gè)線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。八個(gè)齒構(gòu) 成四對(duì)所以稱

44、為四相步進(jìn)電機(jī)。 圖 4-7 步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖 它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟 鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。為使磁 通路徑最短，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激勵(lì) 的一相對(duì)準(zhǔn)。在圖 4-7(a)中 A 相是被激勵(lì)，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與 正向的 A 齒對(duì)準(zhǔn)。從這個(gè)位置再對(duì) B 相進(jìn)行激勵(lì)，如圖 4-7 中的(b)，轉(zhuǎn)子向反 時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò) 15。若是 D 相被激勵(lì)，如圖 4-7 中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò) 15。 第 14 頁(yè) 共 46 頁(yè) 下一步是 C 相被激勵(lì)。因?yàn)?C 相有兩種可能性：A

45、BCD 或 ADC B。一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 15。電機(jī) 步長(zhǎng)(步距角)是步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)步長(zhǎng)大小 的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的大小。 4.4.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)必須與驅(qū)動(dòng)器、控制器配套使用才能完成工作要求。步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)的性能除了與電機(jī)自身的性能有關(guān)外，在很大程度上還取決于驅(qū)動(dòng)器和 控制器的優(yōu)劣。因此對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與對(duì)步進(jìn)電機(jī)的研究同步 進(jìn)行的。 在選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，一定要先確定好它的性能指標(biāo)達(dá)到的要求，它的指標(biāo) 一般分為一下幾個(gè)方面。 1) 步矩

46、精度?？蛰d時(shí)，以單脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際步矩角與理論步矩 角之差成為靜態(tài)步矩角誤差，以偏差的角度或相對(duì)百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量。我國(guó)生產(chǎn)的 步進(jìn)電機(jī)的步矩精度一般在1030 分的范圍，有些可達(dá)25 分。 2) 最大靜轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，能與最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的電磁轉(zhuǎn) 矩稱為步進(jìn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩.它是衡量步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載能力的主要指標(biāo)。 3) 起動(dòng)頻率。使步進(jìn)電機(jī)能夠由靜止定位狀態(tài)不失步的起動(dòng)，并進(jìn)入正常 運(yùn)行的控制脈沖最高頻率，稱為起動(dòng)頻率。在電機(jī)空載情況下，稱為控制起動(dòng) 頻率。在有負(fù)載情況下，不失步起動(dòng)所允許的最高頻率將大大降低。 4) 連續(xù)運(yùn)行頻率。步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)后，其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升

47、 而不失步的控制脈沖的最高頻率，稱為連續(xù)運(yùn)行頻率的最高工作頻率。步進(jìn)電 機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率隨負(fù)載的增大而下降，但步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于其起 動(dòng)頻率10。 本設(shè)計(jì)中采用 A3967SLB 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，A3967SLB 是美國(guó) Allegro 公司 生產(chǎn)的 PWM 恒流控制微步距驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器。故采用一個(gè)二相 四線步進(jìn)電機(jī)來(lái)作為本設(shè)計(jì)的測(cè)試原件,在本設(shè)計(jì)中，我選擇的是安川 42HD0401-20 型號(hào)的電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)實(shí)物如圖 4-8 所示 第 15 頁(yè) 共 46 頁(yè) 圖 4-8 步進(jìn)電機(jī)實(shí)物 它的工作參數(shù)如下表 4-4 所示： 表 4-4 電機(jī)各項(xiàng)參數(shù) 電壓5V靜力矩 2.5/ 電

48、流0.8 A定位力矩150g/cm 步距角1.8 度絕緣電阻500VDC100M 相數(shù)2絕緣等級(jí)B 電阻 6.710% 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量cmg /38 2 電感 9.5nH20% 重量0.2 kg 該型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的工作電壓、工作電流可由 52 單片機(jī)帶動(dòng)，符合要求。 4.4.4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有很多種，對(duì)于的當(dāng)下比較流行的幾種驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)要 分析。 方案比較： 1) 利用 ULN2003 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) ULN2003 是高耐壓、大電流達(dá)林頓陣列，由七個(gè)硅 NPN 達(dá)林頓管組成。 ULN2003 的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè) 2.7K 的基極電阻，在 5V 的工作電壓下它 能

49、與 TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來(lái)處 理的數(shù)據(jù)。 ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá) 500mA，并且能夠 在關(guān)態(tài)時(shí)承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行11。ULN2003A 功 能框圖 4-9： 圖 4-9 ULN2003A 功能框圖 第 16 頁(yè) 共 46 頁(yè) ULN2003 在小電流的步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的停止、運(yùn)轉(zhuǎn)、加速 和減速功能，至于控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，由于 2003 就相當(dāng)于 7 個(gè)與非門(mén)，可 以用兩片 2003 來(lái)實(shí)現(xiàn)12，當(dāng)然也可以將一片 2003 的兩個(gè)非門(mén)結(jié)合起來(lái)使用， 也可以用一片 2003 實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)功能，但是此時(shí)芯片的灌電流還是 500mA。 其驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)電路原理圖 4-10： 圖 4-10 ULN2003 驅(qū)動(dòng)電機(jī)原理圖 2