【正文】 外用許多現(xiàn)代的手段將步進電機排擠出驅(qū)動應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動機，實現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。中國在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，驅(qū)動電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國產(chǎn)化的，當(dāng)時是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運算電路，還有電容耦合輸入的計數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。通過七章內(nèi)容的描述， 詳細介紹了本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容、方法、以及設(shè)計中遇到的問題和解決問題的途徑。主要通過三大塊來設(shè)計，包括驅(qū)動電路的設(shè)計、狀態(tài)顯示部分和按鍵部分是設(shè)計。 Pulsewidth modulated。 本文介紹的是一種基于單片機的步進電機的系統(tǒng)設(shè)計，用匯編語言編寫出電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止程序，通過單片機、電機的驅(qū)動芯片 ULN2021 以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)以上功能，并且步進電機的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的發(fā)光二極管顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進電機以及單片機原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進行了調(diào)試，同時介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方 法。 driving mechanism?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而精確地控制轉(zhuǎn)動角度；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的角度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 1 第 1 章 緒論 課題研究的目的和意義 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中 ,步進電動機是用電脈沖信號進行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動機，它最突出 的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非常可 行 ，因此在 打印機等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等 眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用 。 國外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動上，目前基本不使用大扭矩步進電動機，因為從驅(qū)動電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比 來比較，比較不劃算，還是用直流電動機，加電動機編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)高。 國內(nèi)過去是用大力矩步進電動機實現(xiàn)機床數(shù)控，有實力的公司現(xiàn)在也采用交流電動機驅(qū)動數(shù)控機床，在驅(qū)動設(shè)備的主要差距，是國外對交流電動機的控制 理論與工程分析和應(yīng)用能力強，先進的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部。 2 論文的主要研究內(nèi)容 本論文所選的步進電機是四相步進電機，采用的方法是利用單片機控制步進電機的驅(qū)動。本次畢業(yè)設(shè)計就是通過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進電機的速度的，并且通過數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級別。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。 本次畢業(yè)設(shè)計采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進電機。 θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50齒電機為例。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。 4 失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。 電機正反轉(zhuǎn)控制 ： 當(dāng)電機繞組通電時序為 AABBBCCCDDDA 時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DADCDCBCBABA 時為反轉(zhuǎn)。 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動 5 的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。而 0、 3號齒和 A、 B相繞組產(chǎn)生錯齒， 5號齒就和 A、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 ， 但動態(tài)性能相對較差。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。目前市場上步進電機的步距角一般有 度 / 度（五相電機）、 度 / 度（二、四相電機）、 度 /3 度 （三相電機）等。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。M Ω=2π步進電機控制器發(fā)出步進脈沖和方向信號，每發(fā)一個脈沖，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個步距角，即步進一步。步進電機驅(qū)動器一旦接收到來自控制器的方向信號和步進脈沖，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機通電方式產(chǎn)生步進電機各相勵磁繞組導(dǎo)通或截止信號。 步進電機繞組的電氣特性 步進電機各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機相繞組的兩個固有屬性，電機的性能和這兩個因素密切相關(guān)。圖 23 表明了一個電感一電阻電路的電氣特性。當(dāng)矩形波頻率上升達到某一臨界頻率，電流 剛達到最大值就開始下降((b):矩形波頻率超過此臨界值后，繞組中的電流不能達到最大值 (c)。或者在電路中串聯(lián)電阻，使 L/R 減少。 圖 25典型 單片機結(jié)構(gòu)圖 10 單片機的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機在進行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。 圖 26 單片機的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng) 、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。 AT89C52 是 51系列單片機的一個型號，它是 ATMEL 公司生 產(chǎn)的。 11 圖 27 AT89C52單片機引腳圖 AT89C52 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)： 3個 16位可編程定時 /計數(shù)器中斷 2個外部中斷源 低功耗空閑和掉電模式 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 邏輯門電路，對端口 P0 寫“ 1”時，可作為高阻抗輸入端用。對端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。 引腳號 功能特性 T2，時鐘輸出 T2EX（定時 /計數(shù)器 2） 表 21 P2 口， P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流） 4 個 TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗時， P2 亦接收高位地址和一些控制信號。此時，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 13 ALE/PROG，當(dāng)訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。如有必要，可通過對特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，將跳過兩次 PSEN 信號。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。 特殊功能寄存器，在 AT89C52 片內(nèi)存儲器中， 80HFFH 共 128 個單元為特殊功能寄存器（ SFE）， SFR 的地址空間映象如表 2 所示。 AT89C52 除了與 AT89C51 所有的定時 /計數(shù)器 0 和定時/計數(shù)器 1 外，還增加了一個定時 /計數(shù)器 2。如果指 令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器。 定時器 0和定時器 1， AT89C52的定時器 0和定時器 1 的工作方式與 AT89C51 相同。定時器 2 由兩個 8 位寄存器 TH2 和 TL2 組成，在定時器工作方式中，每個機器周期 TL2 寄存器的值加 1，由于一個機器周期由 12 個振蕩時鐘構(gòu)成，因此，計數(shù)速率為振蕩頻率的 1/12。為確保采樣的正確性，要求輸入的電平在變化前至少保持一個完整周期的時間，以保證輸入信號至少被采樣一次。另外， T2EX 引腳信號的跳變使得 T2CON 中的 EXF2 置位，與 TF2 相仿， EXF2 也會激活中斷。若 EXEN2=1，定時器 2 的 16 位重裝載由溢出或外部輸入端 T2EX 從 1 至0 的下降沿觸發(fā)。 T2EX 引腳為邏輯“ 1”時，定時器向上計數(shù)，當(dāng)計數(shù) 0FFFFH 向上溢出時，置位 TF2，同時把 16 位計數(shù)寄存器 RCAP2H 和 RCAP2L 重裝載到 TH2 和 TL2 中。如果定時 /計數(shù)器 2 作為發(fā)送器或接收器，其發(fā)送和接收的波特率可以是不同的，定時器 1 用于其它功能。定時器 2 作為波特率發(fā)生器時，與作為定時器的操作是不同的，通常作為定時器時，在每個機器周期（ 1/12 振蕩頻率）寄存器的值加 1，而作為波特率發(fā)生器使用時，在每個狀態(tài)時間（ 1/2 振蕩頻率）寄存 器的值加 1。但若 EXEN2 置位，且 T2EX 端產(chǎn)生由 1 至 0 的負跳變，則會使 EXF2 置位，此時并不能將（ RCAP2H， RCAP2L）的內(nèi) 容重新裝入 TH2 和 TL2 中。然而，對 RCAP2 則可讀而不可寫，因為寫入操作將是重新裝載，寫入操作可能令寫和 /或重裝載出錯。當(dāng)時鐘振蕩頻率為 16MHz 時，輸出時鐘頻率范圍為 61Hz— 4MHz。UART AT89C52 的 UART 工作方式與 AT89C51 工作方式相同。注意 為保留位，在 AT89C51 中 也是保留位。然而，定時器 2 的標(biāo)志位 TF2 在定時器溢出的那個機器周期的 S2P2 狀態(tài)置位，并在同一個機器周期內(nèi)查詢到該標(biāo)志。對外接電容 C C2 雖 然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，我們推薦電容使用 30pF177。采用外部時鐘的電路如圖10 右圖所示。此時，同時將片內(nèi) RAM 和所有特殊功能寄存器的內(nèi)容凍結(jié)。退出掉電模式的唯一方法是硬件復(fù)位，復(fù)位后將重新定義全部特殊功能寄存器，但不改變 RAM 中的內(nèi)容，在 Vcc 恢復(fù)到正常工作電平前，復(fù)位應(yīng)無效，且必須保持一定時間以使振蕩器重啟動并穩(wěn)定工作。此外，加密位只能通過整片擦除的方法清除。AT89C52 單片機中，有些屬于低電壓編程方式，而有些則是高電壓編程方式，用戶可從芯片上的型號和讀取芯片內(nèi)的簽名字節(jié)獲得該信息。 3． 激活 相應(yīng)的控制信號。重復(fù) 1— 5 步驟，改變編程單元的地址和寫入的數(shù)據(jù)，直到全部文件編程結(jié)束。編程完成后， 變?yōu)楦唠娖奖硎緶?zhǔn)備就緒狀態(tài)。 （ 031H） =52H 聲明為 AT89C52 單片機。 2803 在內(nèi)部設(shè)計了二極管以后，用戶在使用的時候不需要外接二極管，在同時驅(qū)動多路器件的時候可以節(jié)省 PCB空間，節(jié)約成本、方便走線。該電路為反向輸出型，即輸入低電平電壓，輸出端才能導(dǎo)通工作。 2 、保護用 接電源正：假如這個器件是接繼電器或針式打印頭，因為電感的作用，會在 開關(guān)過程中產(chǎn)生低于地電位和高于電源電位的反電動勢，這樣，很容易擊穿器件。是指從一塊石英晶體 上按一定方位角切下薄片（簡稱為晶片）， 石英晶體諧振器 ，簡稱為石英晶體或晶體、晶振 [1]；而在封裝內(nèi)部添加 IC組成振蕩電路的晶體 元件 稱為晶體振蕩器。 3． 微處理器 用石英晶體諧振器。計算機的計時器通常是一個精密加工過的石英晶體，石英晶體在其 張力 限度內(nèi)以一定的頻 率振蕩，這種頻率取決于晶體本身如何切割及其受到張力的大小。這種方法使得對一個計時器進行 編程 ，令其每秒產(chǎn)生 60 次中斷（或者以任何其它希望的頻率產(chǎn)生中斷）成為可能。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。 功能作用 編輯 ,晶振在應(yīng)用具體起到的作用，微控制器的時鐘源可以分為兩類：基于機械諧振器件的時鐘源，如晶振、 陶瓷 諧振槽路； RC（電阻、 電容 ）振蕩器。 RC振蕩器能夠 快速啟動 ，成本也比較低，但通常在整個溫度和工作電源電壓范圍內(nèi)精度較差，會在標(biāo)稱輸出頻率的 5%至 50%范圍內(nèi)變化。具有高 Q 值的晶振對放大器的選擇并不敏感，但在過驅(qū)動時很容易產(chǎn)生頻率 漂移 （甚至可能損壞）。這些模塊自帶振蕩器、提供低阻 方波 輸出，并且能夠在一定條件下保證運行。 選擇振蕩器時還需要考慮 功耗 。在 4MHz、 5V電源下工作時，相當(dāng)于 的電源電流。硅振蕩器的電源 電流 取決于其類 型與功能，范圍可以從低頻（固定）器件的幾個 微安 到可編程器件的幾個毫安。發(fā)光 二極管 與普通二極管一樣是由一個 PN 結(jié) 組成，也具有單向?qū)щ娦?。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。 50 年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識，第一個商用二極管產(chǎn)生于 1960 年。 PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。下面將對每個部分進行詳細的介紹。 由一個 10K 的電阻和一個紅色的放光二極管組成。如圖 34。如圖 36。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16腳接口，其中： 第 1腳： GND 為 電源地 第 2腳： VCC 接 5V電源正極 第 3 腳： V0 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地電源時對