【正文】 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)?；谖⑿蛦纹瑱C(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。其中步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，可以采用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)串行或并行通信的方式實(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。此外還可以采用無(wú)線控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)、近距離的無(wú)線遙感控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)一些人不宜直接接觸的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)等環(huán)境復(fù)雜的地方，不過(guò)無(wú)線控制步進(jìn)電機(jī)也可以用來(lái)在家居環(huán)境中，比如遙控窗簾等等。本文正是采用紅外無(wú)線技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)10M左右的紅外控制步進(jìn)電機(jī)，非常方便實(shí)用。 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)的要求如下：開(kāi)始通電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)單片機(jī)分別接有按鍵開(kāi)關(guān)KK2和K3，用來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，要求如下：1）當(dāng)按下K1鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；2）當(dāng)按下K2鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；3）當(dāng)按下K3鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。能夠通過(guò)相應(yīng)顏色的指示燈和數(shù)碼管來(lái)指示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行速度級(jí)別。正轉(zhuǎn)采用一相激磁方式，反轉(zhuǎn)采用1—2相激磁方式。能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)紅外發(fā)射裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。能夠編程實(shí)現(xiàn)所需的各種功能，并能正常調(diào)試。 設(shè)計(jì)內(nèi)容本論文采用的電動(dòng)機(jī)是四相五線步進(jìn)電機(jī)，采用的方法是利用AT89S52單片機(jī)產(chǎn)生控制脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)態(tài)。最終能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、轉(zhuǎn)速級(jí)別的顯示，能通過(guò)按鍵和紅外遙控器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、加速、減速、正反轉(zhuǎn)和停止等功能。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)。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(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(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)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。本設(shè)計(jì)就是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度等級(jí)的，并且通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級(jí)別。另外通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制。 小結(jié) 步進(jìn)電機(jī)憑借著其優(yōu)良的性能，如步進(jìn)電機(jī)無(wú)累積誤差，精度高，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。所以廣泛應(yīng)用于各種控制場(chǎng)合中，從工業(yè)控制到到玩具家用等等，或者說(shuō)用到了精確轉(zhuǎn)動(dòng)的地方，就用到了步進(jìn)電機(jī)。本文也旨在通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的研究來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行各種控制，并將其應(yīng)用到實(shí)際生活之中去，其中本文采用紅外接收裝置意在實(shí)現(xiàn)通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的紅外無(wú)線控制，能擴(kuò)展其應(yīng)用范圍。總之，步進(jìn)電機(jī)是一種非常實(shí)用和易控制的電機(jī)，研究其功能、控制特點(diǎn)非常有必要。第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 主要器件簡(jiǎn)介 AT89S52單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89S52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，32個(gè)可編程I/O口線，兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，該器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。 ULN2003A簡(jiǎn)介ULN2003A概述與特點(diǎn)：ULN2003A是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1 ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ULN2003 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它 能與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。達(dá)林頓對(duì)管還可并聯(lián)使用以達(dá)到更高的輸出電流能力。ULN2003A的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開(kāi)路的，所以要在輸出端接一個(gè)上拉電阻，在輸入低電平的時(shí)候輸出才是高電平。在驅(qū)動(dòng)負(fù)載的時(shí)候，電流是由電源通過(guò)負(fù)載灌入U(xiǎn)LN2003A的。ULN2003A的應(yīng)用電路如圖2所示。圖2 ULN2003的應(yīng)用電路 四相五線永磁型步進(jìn)電機(jī)M35SP7NP簡(jiǎn)介M35SP7NP是四相五線永磁型步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)矩和體積較小。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，一根為電源引出線，這樣一共有5根引出線。步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。圖3 步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 紅外遙控簡(jiǎn)介紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部份組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來(lái)進(jìn)行控制操作，如下圖4和圖5所示。發(fā)射部份包括鍵盤(pán)矩陣、編碼調(diào)制、LED紅外發(fā)送器；接收部份包括光、電轉(zhuǎn)換放大器、解調(diào)、解碼電路。由于采用不同芯片其發(fā)送和接受的過(guò)程是不一樣的，此次設(shè)計(jì)采用的是HT6221紅外編碼芯片，0038一體化紅外接收頭。紅外遙控編碼和解碼原理如下圖所示：鍵盤(pán)編碼調(diào)制LED光/電放大解調(diào)解碼遙控發(fā)射器遙控接收器圖4 紅外遙控系統(tǒng)bit“0”bit“1”圖5 遙控碼的“0”和“1” 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(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。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。（一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=（俗稱半步）。（二）步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳ABBBCCCDDDA時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈ADCDCBCBABA時(shí)為反轉(zhuǎn)。（三）步進(jìn)電機(jī)的特征如下：一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%5%，且不積累。步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。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）的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：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?。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)，其功能是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或是前進(jìn)一