【正文】 e software and hardware debugging, it realizes controlling the step motor’s acceleration and deceleration automatically, according to parameter setting. Making the system arrive the end point with the shortest time, but not occur outing of step. Besides it can accurately achieve startup, positive inversion and shutdown. Hardware takes AT89C51 as the core of control circuit, mainly including: cycle pulse distributor, keyboard and display circuit, stepping motor driving circuit, etc. Software part adopts the C language programming, mainly including keyboard and display program, stepping motor speed control program, stop judging program, etc.Key words: Stepping motor control system。具有步距角精度高，停止時(shí)能自鎖等特點(diǎn)，因此步進(jìn)電機(jī)在自動控制系統(tǒng)中，特別是在開環(huán)的控制系統(tǒng)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。本文以單片機(jī)和環(huán)形脈沖分配器為核心設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，通過軟硬件的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)能根據(jù)設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行自動加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間到達(dá)控制終點(diǎn)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象；同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動和停止。 speed control。此外，一般步進(jìn)電機(jī)對空載最高啟動頻率都是有所限制的。由此可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動時(shí)有一個(gè)加速的過程。由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動特性受電壓波動和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)行控制。環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)研究環(huán)形脈沖分配器的作用和構(gòu)成，并設(shè)計(jì)出可靠、靈活的環(huán)形脈沖分配器電路。 本章小結(jié)本章首先介紹了課題研究的背景，提出設(shè)計(jì)的思路。 三相單三拍通電方式這是步進(jìn)電機(jī)的一種最簡單的工作方式，所謂“三相”，即三相步進(jìn)電機(jī)，具有三相定子繞組；“單”指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次情況。達(dá)到轉(zhuǎn)子軸線和B相磁極軸線相重合的位置，即轉(zhuǎn)子走過一步，然后B相電源斷開， (c) 所示，同理將使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向再走一步。（a）A相通電 （b）B相通電 （c）C相通電 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理如果將上圖的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子制成四極（或稱為四個(gè)齒）結(jié)構(gòu)，則按三相單三拍運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的步距角也將發(fā)生變化。即每步轉(zhuǎn)過的步距角為30176。與單三拍運(yùn)行方式相同，但其中有一點(diǎn)不同，即在雙三拍運(yùn)行時(shí)，每拍使步進(jìn)電機(jī)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)時(shí)，總有一相繞組保持通電。角，即轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針方向運(yùn)行了一步，相應(yīng)的角度為15176。(a) A相通電 (b) AB相通電(c) B相通電 (d) BC相通電 三相六拍通電方式通過分析可知一臺步進(jìn)電機(jī)可以有不同的通電方式，即可以有不同的拍數(shù)。步距角θs可由式(11)求得【3】θs=360176。同時(shí)步進(jìn)電機(jī)有正反轉(zhuǎn)的要求，所以環(huán)形脈沖分配器的輸出既有周期性又有可逆性?？刂泼}沖信號的有無就能控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行和停止，脈沖信號的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，方向電平控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。EPROM存儲器是一種紫外線擦除的可編程只讀存儲器，存儲器的內(nèi)容可以由使用者自己編程，且可以用紫外線照射后重新使用。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)長度應(yīng)等于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期的拍數(shù)或拍數(shù)的整數(shù)倍，計(jì)數(shù)器的輸出端接到EPROM的地址線上，并且使EPROM總是處于讀出的狀態(tài)，這樣計(jì)數(shù)器的每個(gè)計(jì)數(shù)狀態(tài)都對應(yīng)存儲器的一個(gè)地址，存儲器的輸出端就對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的一種勵(lì)磁狀態(tài)。由可逆循環(huán)計(jì)數(shù)器和存儲器兩部分組成，計(jì)數(shù)器可以用現(xiàn)有的器件實(shí)現(xiàn)，計(jì)數(shù)長度可以用簡單的外圍電路實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動電路輸入非法狀態(tài)可能會損壞驅(qū)動電路。實(shí)際上，使用RPROM設(shè)計(jì)的環(huán)形脈沖器是一種軟硬件結(jié)合的技術(shù)，通過軟件的編程可以實(shí)現(xiàn)不同勵(lì)磁方式的輸出。軟件方法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省硬件，降低系統(tǒng)的成本，且更改靈活，有利于系統(tǒng)的小型化，其主要的缺點(diǎn)是占用CPU時(shí)間較多，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。74LS191數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D各管腳接地，11腳是置數(shù)端，當(dāng)它為高電平時(shí)74LS191為計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)它為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，把數(shù)據(jù)端的內(nèi)容（ABCD）裝入計(jì)數(shù)器。因此本文選擇步進(jìn)電機(jī)八拍的工作方式。晶體管上的管壓降將隨Ldi/dt正比的增加，這個(gè)峰值電壓的大小可能會超過一個(gè)晶體管的最大耐壓U，造成晶體管損壞。 一相勵(lì)磁電路 二極管續(xù)流抑制電勢的最簡單的形式是用二極管跨接步進(jìn)電機(jī)繞組的兩端。在低速時(shí)，斷電相電流衰減緩慢是允許的，但高速時(shí)，就會影響步進(jìn)電機(jī)的控制性能。(2) 續(xù)流串聯(lián)電阻的大小因需要保護(hù)功放管的安全而受到限制。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路應(yīng)該既要保證繞組有足夠的電壓電流，同時(shí)又要保證驅(qū)動級功率器件的安全運(yùn)行，另外還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗和較低的成本。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路與一般電氣設(shè)備驅(qū)動的不同點(diǎn)主要有：(1) 各相繞組都是工作在開關(guān)狀態(tài)，多數(shù)電動機(jī)的繞組都是連續(xù)的交流或者直流，而步進(jìn)電機(jī)的各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的而是離散的。為使電流盡快衰減，必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。(5) 電動機(jī)繞組中有電感電動勢、互感電動勢、旋轉(zhuǎn)電動勢。驅(qū)動器可以用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動器?？傊?，只要按一定的順序改變A、B、C、D通電的順序，就可控制步進(jìn)電機(jī)按一定的方向步進(jìn)【5】。所謂的最高空載啟動頻率是指步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)不失步地進(jìn)入同步狀態(tài)（即步進(jìn)電機(jī)每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度和控制頻率相對應(yīng)的工作狀態(tài)）的最大控制頻率。一般來說，~1s之間。這樣步進(jìn)電機(jī)便可以以最快的速度走完所規(guī)定的步數(shù)，而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。系統(tǒng)在工作過程中，都要求加減速的時(shí)間盡量短，而恒速時(shí)間盡量長。升速的規(guī)律一般有兩種，一是按直線規(guī)律升速，二是按指數(shù)規(guī)律升速。用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制，即控制CP脈沖的時(shí)間間隔。步進(jìn)電機(jī)的加減速控制技術(shù)是步進(jìn)電機(jī)控制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性、升降速的快慢、定位精度等性能，從而決定了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的綜合性能。均勻地改變脈沖時(shí)間間隔的變速控制步進(jìn)電機(jī)的加減速控制，可以均勻地改變脈沖時(shí)間間隔來實(shí)現(xiàn)。采用定時(shí)器的變速控制在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，可以采用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來提供CP脈沖。為了提高單片機(jī)的實(shí)時(shí)處理能力，系統(tǒng)采用中斷的方法進(jìn)行調(diào)速。搬運(yùn)站的功能是向各個(gè)工作單元輸送工件，每完成一道工序就把工件送給下一個(gè)工作站，等加工站完成后再將工件送到裝配站和分揀站整個(gè)自動生產(chǎn)線的加工過程就完成。為了提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，需要步進(jìn)電機(jī)的速度盡可能的快，但為了防止步進(jìn)電機(jī)在啟動過程中發(fā)生失步，需要按一定的規(guī)律對步進(jìn)電機(jī)的速度進(jìn)行控制，也就是對步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率進(jìn)行控制。/θ，那每一步走過的距離為L=55/N。序號站點(diǎn)距離1供料站—加工站470mm2加工站—裝配站286mm3裝配站—分揀站235mm4分揀站—返回工作原點(diǎn)925mm選用的步進(jìn)電機(jī)的步距角越小，定位精度就越高。第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則系統(tǒng)的擴(kuò)展和模塊設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下列原則【12】：（1）盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，提高設(shè)計(jì)的成功率和結(jié)構(gòu)的靈活性。所以選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這些因素。驅(qū)動能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動能力，增設(shè)線驅(qū)動器或減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。在MCS51系列單片機(jī)系列內(nèi)核8051/80C51的基礎(chǔ)上，Intel公司、Philips公司、Siemens公司等很多大公司紛紛推出了名目繁多的派生芯片。（4） 可在0～24MHz的晶振頻率范圍內(nèi)可靠工作，加快了系統(tǒng)的工作速度，可用在某些高速實(shí)時(shí)處理控制系統(tǒng)中。 EPROM的選擇只讀存儲器(ROM)的特點(diǎn)是：其內(nèi)容是預(yù)先寫入的且一旦寫入，使用時(shí)就只能讀出不能改變，掉電時(shí)也不會丟失，ROM器件還具有結(jié)構(gòu)簡單、信息度高，價(jià)格低，非易失性和可靠性高等特點(diǎn)。 2716 管腳排列2716管腳定義如下：A0—A10：地址線，11位(對應(yīng)2K存儲單元)地址信號輸入引腳；O7—O0：8位雙向數(shù)據(jù)線，編程時(shí)作數(shù)據(jù)輸入線，讀出時(shí)作數(shù)據(jù)輸出線；：片選允許輸入端，低電平有效；：數(shù)據(jù)輸出允許控制信號引腳，低電平有效；Vpp：+25V電源，用于專用裝置上進(jìn)行寫操作； 2716工作方式引腳方式/PGNVppO7 — O0讀出低低+5V程序讀出未選中高X+5V高阻編程正脈沖高+25V程序?qū)懭氤绦蛐ｒ?yàn)低低+25V程序讀出編程禁止低高+25V高阻 可逆計(jì)數(shù)器的選擇由于環(huán)形脈沖分配器不但需要接收脈沖信號CP，還需要接收方向電平，因此所選的計(jì)數(shù)器需要是一個(gè)可逆的計(jì)數(shù)器。 74LS191功能表輸入工作模式置數(shù) 使能 加減 時(shí)鐘 H L L H L H L X X XH H X X加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)預(yù)置保持 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì) 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì)環(huán)形脈沖分配器是用來接收單片機(jī)的CP脈沖，并根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表的狀態(tài)順序輸出各相繞組的導(dǎo)通或截止信號。接收來自控制器的CP脈沖和方向電平是環(huán)形脈沖分配器的最基本功能。對于不同類型的步進(jìn)電機(jī)及不同的勵(lì)磁方式，只需改變存儲的狀態(tài)表，硬件不需要做任何的變化。 （2）并行接法：使用并行接法時(shí)要對每個(gè)數(shù)碼管用I/O口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。該電路具有手動復(fù)位和上電復(fù)位的功能。當(dāng)VCC=0時(shí)，VCC端與地等電位，電容C通過VD迅速放電。 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì)將各接口電路有機(jī)結(jié)合起來形成一個(gè)完整的電路，電路圖如附錄C所示。 本章小結(jié)本章首先介紹了硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，其次對主要元器件進(jìn)行了選擇和介紹。（2）各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化，子程序化。各個(gè)功能程序運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行結(jié)果以及運(yùn)行要求都設(shè)置狀態(tài)標(biāo)志以便查詢，程序的轉(zhuǎn)移、運(yùn)行、控制都可通過狀態(tài)標(biāo)志條件來控制。軟件抗干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可行性的有力措施。其具體功能如下：按正轉(zhuǎn)按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；按反轉(zhuǎn)按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；按停止按鍵時(shí)，步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行；通過鍵盤可輸入所需要運(yùn)行的步數(shù)，輸入的步數(shù)的范圍為0—9999步，當(dāng)輸入?yún)?shù)完畢后，按啟動按鍵步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)行，同時(shí)數(shù)碼管顯示所需要運(yùn)行的步數(shù)并通過LED顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 所示。（2）鍵盤掃描及按鍵處理。單片機(jī)讀取開關(guān)狀態(tài)標(biāo)志，判斷是否啟動系統(tǒng)。根據(jù)輸入的步數(shù)判斷是否需要進(jìn)行調(diào)速，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)間走完所規(guī)定的步數(shù)。在圖中簡單的反映出了整個(gè)控制系統(tǒng)的主程序工作流程?！?6】。 顯示程序設(shè)計(jì)單片機(jī)與顯示電路的接法一般有如下兩種方法：（1）串行接法：設(shè)計(jì)中要顯示4位數(shù)字，用74LS164作為顯示驅(qū)動，其中74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)容易控制。 當(dāng)串行口工作在方式0時(shí)，串行移位脈沖CLOCK從TXD引腳輸出，頻率是系統(tǒng)時(shí)鐘頻率fosc的12分頻（在“6時(shí)鐘/機(jī)器周期”模式下，移位脈沖頻率是時(shí)鐘頻率fosc的6分頻）；而8位的串行數(shù)據(jù)從RXD引腳輸出。本程序?qū)⒉綌?shù)存放在一個(gè)一維數(shù)組dispbuf[]中，將其作為顯示緩沖區(qū)，個(gè)位在前，千位在后。由于系統(tǒng)所需的按鍵數(shù)較多，為減少鍵盤電路占用I/O引腳數(shù)目，故采用矩陣鍵盤。 調(diào)速程序設(shè)計(jì) 20BY步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 20 BY步進(jìn)電機(jī)參數(shù)工作電壓步距角工作力矩最大靜電流空載啟動頻率空載運(yùn)行頻率18176。由于所選的步進(jìn)電機(jī)的步距角為18176。由于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于脈沖頻率，所以調(diào)速時(shí)只需把每個(gè)速度對應(yīng)數(shù)組中的定時(shí)初值取出來，作為定時(shí)器T0的計(jì)數(shù)初值，這樣就可以讓單片機(jī)輸出不同的頻率，從而改變轉(zhuǎn)速。第五章 結(jié)束語經(jīng)過幾個(gè)月的努力，終于完成了基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟硬件的研究和設(shè)計(jì)。根據(jù)課題要求查閱資料，然后在老師的指導(dǎo)下，有針對性地學(xué)習(xí)相關(guān)知識，對資料進(jìn)行消化和吸收。軟件是根據(jù)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)的，包括主程序的設(shè)計(jì)、T0中斷程序設(shè)計(jì)、鍵盤顯示程序設(shè)計(jì)、調(diào)速程序設(shè)計(jì)等程序的設(shè)計(jì)。論文中的不足之處敬請老師批評指正。s Zhangye city during their journey to Kazakhstan, May 5, 2015. The caravan, consisting of more than 100 camels, three horsedrawn carriages and four support vehicles, started th