【正文】 同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step2位置。在第3步中，兩相定子的a相和b相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step3位置。在第4步中，兩相定子的b相和A相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step4位置。按照這樣的通電方式電機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)了一周。兩相步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對(duì)直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”%的力矩，但輸入功率卻為2倍。 兩相電機(jī)的雙相通電步進(jìn)順序步進(jìn)電機(jī)的半步工作方式，電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。這將步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角一分為二。例如，一個(gè)90176。的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng)45176。但是，與“兩相通電”相比，半步進(jìn)通常導(dǎo)致15%～30%的力矩?fù)p失（取決于步進(jìn)速率）。在每交換半步的過(guò)程中，由于其中一個(gè)繞組沒(méi)有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。從原理圖我們很容易看到半步工作方式其實(shí)就是將兩相電機(jī)的單相通電工作方式和兩相電機(jī)的雙相通電工作方式相互結(jié)合起來(lái)。兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種。 步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)本設(shè)計(jì)選用了型號(hào)為42BYG型的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，它與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。就目前步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)的自身特點(diǎn)具體歸納起來(lái)有：(1) 電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(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)，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。(2) 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。(3) 改變驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖的順序，可以方便的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。(4) 位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單而又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以要求更高精度時(shí)組成 閉環(huán)控制系。(5) 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候具有自鎖功能。(6) 步距角選擇范圍大，可在幾十角分至180度大范圍內(nèi)選擇。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。(7) 步進(jìn)電機(jī)不能使用普通的交流電源驅(qū)動(dòng)。(8) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度是步進(jìn)角的3%~5%，且步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。(9) 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。(10) 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定頻率就無(wú)法啟動(dòng),：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲１菊路謩e從步進(jìn)電機(jī)的分類和步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)等方面詳細(xì)的介紹了步進(jìn)電機(jī)。 其中步進(jìn)電機(jī)的分類是從總體上介紹了步進(jìn)電機(jī)的情況；步進(jìn)電機(jī)的原理一節(jié)是就本設(shè)計(jì)所使用的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的工作原理做了詳細(xì)的介紹，應(yīng)該屬于是重點(diǎn)掌握的部分；步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)一節(jié)詳細(xì)的清楚的一條一條的列出了步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)，了解這些特點(diǎn)對(duì)我們步進(jìn)電機(jī)的選擇和應(yīng)用具有很好的參考作用?？偟膩?lái)說(shuō)通過(guò)這一章的介紹，我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了一個(gè)總體的也比較全面的了解和掌握。河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)主要有集成電路組成，其中控制器使用AT89S51.、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器使用L298等；集成電路具有可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51來(lái)作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來(lái)構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體功能和要求如下：（1）單片機(jī)最小系統(tǒng)板的設(shè)計(jì)；（2）設(shè)計(jì)兼有兩相兩拍和兩相四拍的脈沖分配器；（3）實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制；（4）.驅(qū)動(dòng)電路可提供電壓為12V，；（5）能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，最低轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/分，最高轉(zhuǎn)速為100轉(zhuǎn)/分；（6）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速由數(shù)碼管顯示；（7）鍵盤掃描電路的設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)的組成及其對(duì)應(yīng)功能簡(jiǎn)述整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊，獨(dú)立按鍵等模塊組成。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，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)。 計(jì)算機(jī) 獨(dú)立按鍵控制模塊 串口通信模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 步進(jìn)電機(jī)數(shù)碼管顯示模塊 驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊 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)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ADC0804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。本節(jié)主要是在第一章和第二章的基礎(chǔ)上引出了本論文將要采用的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)的清楚的一條條列出了設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本設(shè)計(jì)要求。然后是基于我的設(shè)計(jì)方案，比較簡(jiǎn)單的但有條理的描述了系統(tǒng)的各個(gè)部分的組成以及其對(duì)應(yīng)的基本功能。通過(guò)這一章的內(nèi)容，我們能對(duì)本設(shè)計(jì)有一個(gè)簡(jiǎn)單的總體的把握，既是能清楚的知道本題目的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)方法，以及最終的預(yù)期目標(biāo)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)AT89S52是美國(guó)ATMEL 公司生產(chǎn)的低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8kbytes 的可系統(tǒng)編程的Flash只讀程序存儲(chǔ)器,器件采用ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)8051指令系統(tǒng)及引腳。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大。1功能特性概述AT89S52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k 字節(jié)Flash 閃速存儲(chǔ)器，128 字節(jié)內(nèi)部RAM，32 個(gè)I ／O 口線，看門狗（WDT），兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，兩個(gè)16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè)5 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，AT89S52 可降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式?？臻e方式停止CPU 的工作，但允許RAM，定時(shí)／計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。2引腳功能說(shuō)明。 AT89S52該設(shè)計(jì)使用到的單片機(jī)AT89S51對(duì)應(yīng)管腳引腳功能圖詳細(xì)說(shuō)明如下。（1）VCC：電源電壓； GND：地。（2）P0 口：P 0口是一組8位漏極開路型雙向I／0口，也即地址／數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。在F1ash 編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8 位）。（3）P1 口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I ／O 口，Pl 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“l(fā)”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （IIL ）。（4）P2 口：P2 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I ／O 口，P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)端口寫“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （IIL ）。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX@DPTR 指令）時(shí)，P2 口送出高8 位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX@Ri 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容 （也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問(wèn)期間不改變。Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)，P2 亦接收高位地址和其它控制信號(hào)。（5）P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I ／O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。作輸入端時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流 （IIL ）。P3口除了作為一般的I ／O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。表31P3口的引腳及功能端口引腳第二功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）端口引腳第二功能INT0（外部中斷0）INT1（外部中斷1）T0（定時(shí)/計(jì)數(shù)器0外部輸入）T1（定時(shí)/計(jì)數(shù)器1外部輸入）WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）（6）RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。WDT 溢出將使該引腳輸出高電平，設(shè)置SFR中 AUXR的DISRT0位（地址8EH）可打開或關(guān)閉該功能。DISRT0 位缺為RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。（7）ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。即使不訪問(wèn)外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。要注意的是：每當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過(guò)一個(gè)ALE 脈沖。對(duì)F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。如有必要，可通過(guò)對(duì)特殊功能寄