【正文】 是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。選用8713作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動芯片并通過光電耦合來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。（3）驅(qū)動電路的選擇　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波驅(qū)動、細(xì)分控制驅(qū)動等。（2）驅(qū)動方式的確定步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅(qū)動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動，就是把從CPU輸出的信號進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過光電隔離間接來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。延時子程序的延時時間與換向程序所用的時間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行。 設(shè)計方案論證（1）控制方式的確定步進(jìn)電機(jī)控制是一個比較精確的控制，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡單、控制方便等優(yōu)點，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP脈沖的頻率或者換向周期實際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運行速度。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應(yīng)與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て1/3て）=2/3て。就是A，齒5就是齒1）下面是定子和轉(zhuǎn)子的展開圖：步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動，使用非常方便。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。（論文） 第一章 前言 步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人所開發(fā)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)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。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟動、精確步進(jìn)和定位等特點，因而在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。第二章 步進(jìn)電機(jī)工作原理及系統(tǒng)方案論證2．1．1步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 2．1．2 步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)：這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。但占用CPU時間長，不能在運行時處理其他工作。固本次設(shè)計應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。但因本次設(shè)計對步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動芯片8713來驅(qū)動，并通過軟件來實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。然后用與步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經(jīng)CPU處理后再由顯示器顯示出來。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。單片機(jī)是一種時序電路，必須有脈沖信號才能工作，在它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個電容和一個晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時，需在XTL2上加外部時鐘信號。 （7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇端（10）P2口（2128）：準(zhǔn)雙向I/0口。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。,但雙三拍運行時每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由A、 B 兩相通電變?yōu)锽、 C 兩相通電時，B 相保持持續(xù)通電狀態(tài)，C 相磁拉力使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，而B 相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動的作用。當(dāng)然，考慮到實際使用中的干擾和電壓安全，一般都要在單片機(jī)與驅(qū)動器之間使用必要的光電隔離器。首先要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的判斷，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的控制程序?？刂茦?biāo)志單元FLAG為00H時，表示正轉(zhuǎn)；為01H時，表示反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn) JNB ,JIA 。正轉(zhuǎn) MOV DPTR,CHA MOV A,D0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A ACALL YAN0 CPL CPL ACALL YAN0 CPL CPL ACALL YAN0 LJMP ZHENGFAN: MOV R2,0 。加速 MOV R4,0 CJNE R2,0,ZHENG1 LCALL FAN JIAN: MOV R4,1 。通過鉆研這些知識，我總算對步進(jìn)電機(jī)有了認(rèn)識，但是這離課程設(shè)計需要掌握的知識相差甚遠(yuǎn)，為了縮短這種差距，我只能不斷的向老師和同學(xué)請教，然后仔細(xì)的揣摩。俗話說的好，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)再多的理論也只能紙上談兵，只有把理論應(yīng)用到實踐中，才能檢驗出理論的真?zhèn)?。本文介紹了以51系列單片機(jī)AT89S52為控制核心所設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)（型號42BYG016）控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的硬件電路以及軟件的設(shè)計方面實現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的控制。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，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。例如：四相八拍運行（AABBBCCCDDDAA）=,D=. 一個二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。 4）最大空載起動頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。2）信號分配感應(yīng)子式不僅以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍兩種， 具體分配如下：二相四拍為,；二相八拍為,。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)的。 ③、地：驅(qū)動電壓E高、E低的的負(fù)極接此座。 ②、CW:接控制器發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的走步方向信號線。 “L”懸空傳感器檢測到物體時LED燈發(fā)光。a,b,c,d分別接入步進(jìn)電機(jī)。其特點是調(diào)節(jié)器的輸出與控制偏差e成線性比例關(guān)系，控制規(guī)律為： (1)式中：比例系數(shù)，偏差e為零時調(diào)節(jié)器的輸出值． 當(dāng)輸出值S與設(shè)定的期望值R間產(chǎn)生偏差時，比例調(diào)節(jié)器會自動調(diào)節(jié)控制變量y(如為控制閥門的開度)的大小。 比例微分調(diào)節(jié)（PI）比例調(diào)節(jié)器的主要缺點是存在無法消除的靜差值，影響了調(diào)節(jié)精度．為了消除靜差值，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上并人一個積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)規(guī)律可用下列(2)式表示． （2）式中：為積分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)節(jié)時間稱為積分常數(shù)。積分調(diào)節(jié)對偏差有累積作用，所以，只要有偏差e存在積分的調(diào)節(jié)作用就會不斷地增強(qiáng)，直至消除比例調(diào)節(jié)器無法消除的靜差值。 （3）式中： 為微分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出相等時所需的調(diào)節(jié)時間稱為微分常數(shù)． PID控制算法單片機(jī)控制系統(tǒng)通過A／D電路檢測輸出值s，并計算偏差e和控制變量y，再經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內(nèi)。另外在PID控制中，由于PID算式選擇的不同，最終所得到的控制效果是不同的。 增量式PID的控制算法在位置式PID控制算法中，每次的輸出與控制偏差e過去整個變化過程相關(guān)，這樣由于偏差的累加作用很容易產(chǎn)生較大的累積偏差，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)不良的超調(diào)現(xiàn)象。當(dāng)T=6S時，我們通過試湊的方法了解到，當(dāng)PWM=1/300時，所給步進(jìn)電機(jī)剛好啟動，當(dāng)PWM=1/17時，步進(jìn)電機(jī)速度達(dá)到最大。七、實驗心得及體會通過本次課程設(shè)計我們學(xué)習(xí)到了許多書本上沒有的知識，通過自己查資料和互相討論，對系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計后基本達(dá)到了要求，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)速度閉環(huán)控制并通過對系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的PID控制，使我們對PID的控制有了更深刻的認(rèn)識，使自己將理論與實際相結(jié)合起來同時對51系列的單片機(jī)的設(shè)計及編程有了更深的了解，學(xué)會了很多。 sbit P10=P3^0 。 sbit LCD_RW = P2^1。 uchar code cdis2[ ] = { number: }。_nop_()。 //顯示緩存uchar temp。uchar data in_data[] = {0x01,0x02}。uint j。 //定時10000us TL1=0。}void delay(uint ms) { uchar t。 }} void mydelay() { for(i=0。j++)。 i++) {} }}bit lcd_busy() { bit result。 delayNOP()。 return(result)。 LCD_EN = 0。 delayNOP()。 LCD_RW = 0。 P0 = cmd。 LCD_EN = 0。 LCD2_data=dec/100。LCD0_data=dec。lcd_wdat(LCD2_data)。lcd_wdat(LCD0_data)。 lcd_wcmd(0x38)。 lcd_wcmd(0x38)。 lcd_wcmd(0x06)。}/*************************************************************/ Void main(){ uchar m。 TR1=1。 //設(shè)置顯示位置為第一行 for(m=0。 //設(shè)置顯示位置為第二行 for(m=0。 //將T1設(shè)置為8位自動重裝工作方式。 // TR1=1。 } } timer()interrupt 1 using 2{ i=i+1。 TH1=0。sbit cw=P1^1。uint i。if(add==0){while(!add)。Delay(100)。}}if(fx==0) //反向{ flag=0。 }} }/******************************************//******************************************/void PID()//PID算法{x=20000/80。}void delay(unsigned int t )。i++) for(j=0。key1=1。TH0=(65536K)/256。TR0=1。//TL0=0xfd。}if(key1==0){ Delay(100)。while(!key2)。i=0。TL0=(65536K)%256。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)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。在本設(shè)計方案中采用AT89C51型單片機(jī)內(nèi)部的定時器改變CP脈沖的頻率從而實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，實現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)可以直接用數(shù)字信號驅(qū)動，使用非常