【正文】 I 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 摘 要 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(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，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(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)來控制變的非常的簡單。步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到 下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來改變脈沖的頻率，延時(shí)的長短來具體控制步進(jìn)角來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。在本設(shè)計(jì)方案中采用 AT89C51 型單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變 CP 脈沖的頻率從而實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。 關(guān)鍵詞 ： 步進(jìn)電機(jī)， 單片機(jī) ， 調(diào)速系統(tǒng) ！！所有下載了本文的注意：本論文附有 CAD 圖紙和完整版最終設(shè)計(jì)，凡下載了本文的讀者請留下你的聯(lián)系方式（ 郵箱），或加我百度用戶名 ，我把圖紙發(fā)給你。最后，希望此文能夠幫到你！ II The stepper motor control of SCM ABSTRACT Stepper motor is the electric pulse into angular displacement or displacement of the openloop control devices. In the case of nonoverloading, motor speed, and stop only depends on the location of the signal pulse frequency and pulses, without the impact of changes in load, that is to add an electrical pulse, the electrical, passed a step angle. The existence of this linear relationship, coupled with the cyclical stepper motor only accumulated error without error and so on. Makes the speed, location and other areas controlled by stepper motor control to change the very simple. Stepping Motor governor general is to change the input of the stepper motor pulse frequency to achieve the stepper motor speed, because every step motor to a pulse on a fixed rotation angle, so you can control the stepper motor A pulse to a pulse of the interval to change the frequency pulse, the length of delay to control specific step to change the angle of the motor speed, thus realizing the stepper motor speed. In this design used in the AT89C51Microcontroller internal timer to change the frequency of CP to achieve the speed of the stepper motor control, and motor speed and positive and function. KEY WORDS: stepper motor, SCM, speed control system III 目 錄 第 1 章 前言 ................................................................................................................. 1 第 2 章 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及原理 ..................................................................................... 2 單片機(jī)的概述 ......................................................................................................... 2 MCS51 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) .................................................................................. 3 MCS51 指令系統(tǒng)簡介 .......................................................................................... 7 MCS51 的應(yīng)用系統(tǒng) .......................................................................................... 10 第 3 章 步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制 ..................................................................... 13 步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng) ........................................................................................... 13 時(shí)序脈沖的形成 ................................................................................................. 14 步進(jìn)電動機(jī)控制程序的設(shè)計(jì) ........................................................................... 17 步進(jìn)電動機(jī)的變速控制 ...................................................................................... 25 第 4 章 結(jié) 論 ............................................................................................................. 28 結(jié)論 ....................................................................................................................... 28 展望 ....................................................................................................................... 28 謝 辭 ............................................................................................................................. 30 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 31 外文 資料 翻譯 ............................................................................................................. 31 1 第 1 章 前 言 隨著時(shí)代的發(fā)展， 單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。 步進(jìn)電動機(jī)廣泛應(yīng)用于各種程序控制系統(tǒng)中，如數(shù)控機(jī)床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動儀表和軍事工業(yè)。步進(jìn)電動機(jī)大部分情況下是用做伺服電動機(jī)，結(jié)合液壓力矩放大裝置等環(huán)節(jié)去驅(qū)動控制對象。近年來由于大力矩步進(jìn)電動機(jī)的問世，也可用來 直接驅(qū)動控制對象。大功率的步進(jìn)電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩以達(dá)數(shù)控牛 *米，可直接用作驅(qū)動電動機(jī)。 本文主要是介紹用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī) 。 單片微型計(jì)算機(jī)（ Singlechip Microputer），簡稱單片機(jī)。就是將微型處理器（ CPU）、存儲器（存放程序或數(shù)據(jù)的 ROM 和 RAM）、總線、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、輸入 /輸出接口（ I/O 口）和其他多種功能器件集成在一塊芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，單片機(jī)還會不斷產(chǎn)生新的變化和進(jìn)步，最終人們可能發(fā)現(xiàn)：單片機(jī)與微機(jī)系統(tǒng)之間的距離越來越小，甚至難 以辨認(rèn)。步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行元件的一個(gè)顯著特點(diǎn)就是具有快速起停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電動機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即十步進(jìn)電動機(jī)啟動或停轉(zhuǎn)。一般不進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)速率為 2001000 步 /s。步進(jìn)電動機(jī)另一個(gè)顯著特點(diǎn)就是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。在沒有齒輪傳動的情況下，步值（ 每 部轉(zhuǎn)動的角度），可以由每步 度。另一方面步進(jìn)電動機(jī)能精確地返回到原來位置。 如果通過單片機(jī)按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字 角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速 度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。 MCS 一 51 系列單片機(jī)由于其功能較完善、價(jià)格低廉、應(yīng)用軟件齊全、開發(fā)工具成熟易學(xué)和機(jī)型不斷升級，目前是簡單系統(tǒng)設(shè)計(jì)中常使用的一種機(jī)型。 由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)部的信號傳送距離 ，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大提高了系統(tǒng)的可靠新性，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又 適合于工業(yè)控制要求，所以單片機(jī)在工業(yè)控制中得到可廣泛的應(yīng)用。 2 第 2 章 單片機(jī) 結(jié)構(gòu)及 原理 單片機(jī)的概述 單片機(jī)（ singlechip microputer）是把微型計(jì)算機(jī)主要部分集成在 一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的芯片上集成了中央處理單元 CPU，只讀存儲器ROM,定時(shí) /計(jì)數(shù)器，并行和穿行輸入 /輸出接口等。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短 了系統(tǒng)內(nèi)部的信號傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大提高了系統(tǒng)的可靠 性及運(yùn)行速度，同時(shí)它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制要求，所以單片機(jī)在工業(yè)控制及設(shè)備控制中得到可廣泛的應(yīng)用。 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢。 CMOS 化 CMOS 電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價(jià)格。采用雙極型半導(dǎo)體工藝的 TTL電路速度快，但功耗和芯片面積較大。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了 HMOS（高密度、高速度 MOS）和 CHMOS 工藝。 低功耗化 單片機(jī)的功耗已從 Ma 級，甚至 1uA 以下；使用電壓在 3~6V之間，完全適應(yīng)電池工作。低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。 低電壓化 幾乎所有的單片機(jī)都有 WAIT、 STOP 等省電運(yùn)行方式。允許使用的電壓范圍越來越寬，一般在 3~6V范圍內(nèi)工作。低電壓供電的單 片機(jī)電源下限已可達(dá) 1～ 2V。目前 。 低噪聲與高可靠性 為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力 ，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。 大容量化 以往單片機(jī)內(nèi)的 ROM 為 1KB～ 4KB， RAM 為 64～ 128B。但在需要復(fù)雜控制的場合， 該存儲容量是不夠的，必須進(jìn)行外接擴(kuò)充。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求， 運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大容量化。目前，單片機(jī)內(nèi) ROM 最大可達(dá) 64KB， RAM 最大為 2KB。 高性能化 主要是指進(jìn)一步改進(jìn) CPU的性能，加快指令運(yùn)算的速度和提高系 3 統(tǒng)控制的 可靠性。采用精簡指令集（ RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。 小容量、低價(jià)格化 與上述相反，以 4 位、 8 位機(jī)為中心的小容