【正文】 。此外，其還可以在很寬的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖輸出頻率來調(diào)速，能夠快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種常用執(zhí)行元件。s precise cutting of up and down, front and back. Relevant numerical value typed by the keyboard in real time controls each stepper motor39。s design and software39。由鍵盤模塊實(shí)時鍵入相應(yīng)數(shù)值來控制三個坐標(biāo)軸上各個步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速值、行進(jìn)距離以及運(yùn)行狀態(tài)，并通過 LCD 液晶顯示屏顯示各個電機(jī)對應(yīng)的轉(zhuǎn)速、行進(jìn)距離、行進(jìn)中的坐標(biāo)值實(shí)時變化狀態(tài)和電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及電機(jī)運(yùn)行是否到位等信息。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ）基于 AT89S52 單片機(jī)的兩相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)2022 年 6 月 13 日 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁基于 AT89S52 單片機(jī)的兩相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)摘 要本文應(yīng)用 AT89S52 單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片 ULN2022A、字符型 LCD 液晶顯示屏和鍵盤陣列，構(gòu)建了集步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動器為一體的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。為滿足實(shí)際運(yùn)用需要，本系統(tǒng)以 PC 機(jī)作為平臺，基于 VB 語言設(shè)計(jì)完成了一個人機(jī)交互性強(qiáng)的界面的上位機(jī)的實(shí)現(xiàn)，并通過由 RS232 構(gòu)成的串口通信方式，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)串口的雙向通信運(yùn)用。s design which are controlled by the stepper motor, therefore, it realizes the stepper motor39。s revolving speed value, travel distance and running state in three coordinate axises. Corresponding revolving speed and travel distance of each motor, coordinate figure39。其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一脈沖電信號，電動機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步。由于它不需要變換就能直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制 。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，也符合數(shù)字化的時代發(fā)展要求。而在小功率的場合依舊廣泛使用步進(jìn)電機(jī)，比如一些工業(yè)器材工業(yè)生產(chǎn)裝備、包裝機(jī)、銀行自動柜員機(jī)、打印機(jī)及速印機(jī)等等。到了 19 世紀(jì) 50 年代后期晶體管的發(fā)明也開始逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，使得對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行數(shù)字化的控制變得更為容易實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過近八十年的發(fā)展，逐漸形成以混合式與磁阻式為主的產(chǎn)品格局。當(dāng)某一相繞組通電時相應(yīng)的兩個磁極就分別形成 NS 極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。本設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)以實(shí)現(xiàn)對兩相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及步進(jìn)量的控制。本課題的研究目的之一就是設(shè)計(jì)一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，交互性強(qiáng)，可靠性高但控制精度應(yīng)用要求不是很高的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。此種控制電路設(shè)計(jì)簡單，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)完成一般步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分任務(wù)。開環(huán)控制時，其平穩(wěn)性好，成本低，設(shè)計(jì)簡單，然而卻未能實(shí)現(xiàn)較高精度的細(xì)分。由此可見，這種方案的靈活性不高，且不利于對系統(tǒng)的升級改進(jìn)。該控制系統(tǒng)采用 PLC 控制器來產(chǎn)生控制脈沖，主要是通過 PLC 軟件編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，同時通過編程控制脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，進(jìn)而控制機(jī)械機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。采用硬件環(huán)形分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省 PLC 資源，目前市場一般都有很多種專用芯片可以選用。并且在速度較高時，由于受到掃描周期的影響，相應(yīng)的控制精度也就隨之降低了。此外，由于單片機(jī)具有的強(qiáng)大功能，因此可以設(shè)計(jì)大量的外圍電路；設(shè)計(jì)鍵盤作為一個外部輸入模塊，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔速、以及步進(jìn)量的輸入、停止等功能，采用鍵值處理子程序和設(shè)置定時中斷子程序相結(jié)合的方法，調(diào)用并執(zhí)行系統(tǒng)要求完成的 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁一系列動作的子程序，進(jìn)而完成對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，利用 LCD 顯示器及時顯示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔速和進(jìn)給量等電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。 系統(tǒng)各部分組成及其功能簡介本設(shè)計(jì)的整個系統(tǒng)組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、基于 VB 的上位機(jī)監(jiān)控顯示模塊、串口下載通信模塊、LGM12641BS1R 液晶顯示屏顯示模塊及鍵盤輸入控制模塊等組成。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)輸送給步進(jìn)電機(jī)的信號功率放大，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作?；?VB 的上位機(jī)監(jiān)控顯示模塊，它主要是通過上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)界面向單片機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電腦的雙向即時通信，并且將控制指令發(fā)送給單片機(jī)， 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁單片機(jī)接收到指令并調(diào)用處理電機(jī)運(yùn)行的相應(yīng)子程序；單片機(jī)將電機(jī)轉(zhuǎn)速狀態(tài)、步進(jìn)量等狀態(tài)反饋輸送給上位機(jī)，上位機(jī)接收到后就即刻在顯示界面顯示出來，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互性的目的，這樣也就實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果。片內(nèi)含 8KB 字節(jié)的可系統(tǒng)編程的 Flash 只讀程序存儲器。表 采用 PDIP 封裝形式的 AT89S52 單片機(jī)各引腳及功能說明序號 引腳名稱 引腳序號 功能說明1 P0 口 32~39 8 位并行雙向的 I/O 口，訪問外部存儲器時，可作為低 8 位地址線/數(shù)據(jù)總線復(fù)用 2 P1 口 1~8 用戶使用的通用 I/O 口，準(zhǔn)雙向 8 位，編程和校驗(yàn)時作為低 8位地址線， 和 引腳另有第二功能3 P2 口 21~28 通用 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，訪問外部存儲器時，可作為高 8 位地址線4 P3 口 10~17 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，還提供了一些第二功能5 /VPPEA31 訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲器的選擇信號6 RST 9 復(fù)位信號輸入端，高電平有效7 ALE/ PROG30 低 8 位地址鎖存信號/編程脈沖輸入8 SN29 外部程序存儲器讀選通信號，低電平有效9 VCC 40 電源電壓的輸入引腳，~10 XTAL2 XTAL118~19 芯片內(nèi)震蕩器反相放大器的輸出端和輸入端11 GND 20 電源接地引腳 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 P0 口 39~32 引腳：P0 口是 8 位并行、雙向、漏極開路型輸出的 I/O 口，也即地址I/O 數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。該口作為通用 I/O 口使用時，需要外接上拉電阻。引腳 同時還是定時/ 計(jì)數(shù)器 T2 的外部計(jì)數(shù)輸入，引腳 同時還是定時 /計(jì)數(shù)器 T2 捕獲/重裝操作的控制信號。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行 MOVXRi 指令）時，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） ，在整個訪問期間不改變。將該口的各引腳置成 1 時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。RST 復(fù)位端口 9 引腳：該引腳為復(fù)位信號輸入端，高電平有效。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)地址到外接地址鎖存器中，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時復(fù)用。該位置位后，只一條 M0VX 和 M0VC 指令 ALE 才會被激活。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器，沒有兩次有效的 信號。VPP 為片內(nèi) Flash 存儲器的編程電壓。存儲器結(jié)構(gòu)：AT89S52 單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，各自又有芯片內(nèi)和擴(kuò)展部分，因此 AT89S52 單片機(jī)的存儲器結(jié)構(gòu)共分為 4 部分，即片內(nèi)程序存儲器、片外程序存儲器、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器。 晶體振蕩器特性：AT89S52 一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。這種情況下，外部時鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空。編程方法：AT89S52 的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用 AT89S52 單片機(jī)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心，其基本模塊就主要包括復(fù)位電路和晶體震蕩電路。? P2 口的全部端口主要用于負(fù)責(zé)處理輸出脈沖給控制電機(jī)驅(qū)動芯片 ULN2022A 從而讓其工作。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，因此可以通過控制脈沖數(shù)來控制角位移，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分，電磁式步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB) 三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相、三相以及三相以上。但動態(tài)性能相對較差，噪聲和振動都很大。或 15176。由于永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻且振動小。盡管步進(jìn)電機(jī)的種類繁多，但他們的工作原理和工作方式是基本一致且相通的，由于在本設(shè)計(jì)中采用的是混合型兩相步進(jìn)電機(jī)，因此在下面對步進(jìn)電機(jī)的工作原理闡述時，只介紹兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理，其余類型的電機(jī)就不一一闡述了。根據(jù)脈沖信號的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)起來。定子產(chǎn)生的磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到與定子磁場對直。圖 激勵線圈產(chǎn)生電磁場 圖 中顯示的線圈得電順序通常被稱為“單相激勵” 的步進(jìn)方式，而圖 所示的是“雙相激勵 ”，是一種電機(jī)運(yùn)行的步進(jìn)方式。 將兩相步進(jìn)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，可得到較為常用的一種步進(jìn)方式，即電機(jī)定子線圈在轉(zhuǎn)換通電順序之間插入一個線圈斷電狀態(tài)而走“半步” ，此時步進(jìn)電機(jī)的整個步距角將一分為二，這種方式也稱之為單—雙八拍驅(qū)動方式。在每交換半步的過程中，由于其中一個繞組沒有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。 ULN2022A 簡介ULN2022A 是美國 Texas Instruments 公司開發(fā)的高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品，它是一種高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，其內(nèi)部由七個硅 NPN 復(fù)合晶體管組成。由于 ULN2022A 是集電極開路輸出，為了讓這個二極管起到續(xù)流作用，必須將 COM 引腳（pin9）接在負(fù)載的供電電源上，只有這樣才能夠形成續(xù)流回路。? 3 引腳：脈沖信號輸入端。? 7 引腳：脈沖信號輸入端。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。? 13 引腳：脈沖信號輸出端，對應(yīng) 4 引腳信號輸入端。 電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)如圖 所示，由于本設(shè)計(jì)是要控制三個兩相六線制步進(jìn)電機(jī)，而由于單片機(jī)的I/O 數(shù)是有限，因此為節(jié)省 I/O 資源，電機(jī)驅(qū)動部分主要是由三個驅(qū)動芯片 ULN2022A及三個緩沖器芯片 74LS244 等外圍電子元器件構(gòu)成的驅(qū)動電路，其中每一個 74LS244的四個輸出口對應(yīng)接每一個 ULN2022A 的四個脈沖信號輸入端口，而 ULN2022A 的脈沖輸出口步進(jìn)電機(jī)的相應(yīng)接線端。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22頁圖 電機(jī)驅(qū)動電路圖 串口通信模塊與上位機(jī)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用串口通信，來實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的通信。圖 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)圖 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 24頁 LCD12864 字符型液晶屏簡介LCD12864 字符型液晶顯示屏一般分為兩種，帶字庫的和不帶字庫。由于液晶顯示屏是不帶字庫的，所以要想顯示中文漢字需借助于字模取模軟件。 圖 內(nèi)置 KS0108 控制器的 LGM12641BS1R 字符型液晶顯示器圖 中，圖形液晶顯示器共有 18 個引腳，其中 DB0~DB7 為 8 位并行數(shù)據(jù)總線，傳送數(shù)據(jù)信號及控制指令。 R/W、DI 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25頁分別為讀/寫選擇端和命令/數(shù)據(jù)選擇端。表 KS0108 的匯總指令表 控制狀態(tài) 指 令 代 碼指令名稱 DI R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 讀數(shù)據(jù) 1 1 數(shù) 據(jù) 寫數(shù)據(jù) 1 0 數(shù) 據(jù)讀取狀態(tài)字 0 1 BUSY 0 ON/OFF RESET 0 0 0 0起始行設(shè)置 0 0 1 1 L5 L4 L3 L2 L1 L0列地址設(shè)置 0 0 0 1 C5 C4 C3 C2 C1 C0頁面地址設(shè)置 0 0 1 0 1 1 1 P2 P1 P0顯示開關(guān)設(shè)置 0 0 0 0 1 1 1 1 1 D LGM12641BS1R 中 KS0108 控制器的指令功能說明KS0108 控制器的控制指令只有七條，下面詳細(xì)介紹每條指令的功能。2．ON/OFF：表示當(dāng)前的顯示狀態(tài)。當(dāng) RST 為高電平狀態(tài)時，KS0108 為正