【正文】 控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 19 頁 共 32 頁 圖 速度 1反轉(zhuǎn) 速度 1正轉(zhuǎn)停止。 速度 1正轉(zhuǎn)。如圖 所示。新版本支持更多最新的 ARM 芯片，還添加了一些其他新功能。運(yùn)行 Keil 軟件需要 WIN9 NT、 WIN20 WINXP 等操作系統(tǒng)。本例使用上電復(fù)位。如圖 所示。如圖 所示。將時(shí)鐘電路、復(fù)位電路與單片機(jī)連接并設(shè)置好存儲器，就構(gòu)成了最小系統(tǒng)。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導(dǎo)致高溫保護(hù)或熱擊穿；（ 3）輸入輸出壓差也不能太小 ,大小效率很差。但 RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 芯片擦除： 整個(gè) EPROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng) P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 管腳說明： VCC：供電電壓。兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz 其引腳如圖 。PROM 容量可達(dá) 20K字節(jié)。有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，防止 E178。 AT89C51 簡介 AT89C51 的主要參數(shù)如表 2331所示。 圖 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)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)。 圖 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實(shí) 時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界交換信息。保護(hù)電路在出現(xiàn)短路、過載、過熱等故障時(shí)迅速停止驅(qū)動器和電機(jī)的運(yùn)行。通常，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動電路、保護(hù)電路和電源組成。典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)是由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和步進(jìn)電機(jī)本體三部分組成。直接起動時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 度 / 度（五相電機(jī)）、 度/ 度（二、四相電機(jī)）、 度 /3 度 （ 三相電機(jī)）等。 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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。依次類推，中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 32 頁 A、 B、 C、 D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。圖 1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖 所示。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動，其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。稱之為失步 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。 （二）步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語： 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ =360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ =360 度 /（ 50*8）中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 32 頁 = 度（俗稱半步）。 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)： （一）步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對 N、 S磁場的激磁線圈對數(shù)。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。一般步進(jìn)電 機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開放初期，國內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動機(jī)的矢量控制相中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 2 頁 共 32 頁 比，難度要低得多。 國外在小功率的場合，還使用步進(jìn)電 機(jī)，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動柜員機(jī)。 國內(nèi)外研究概況 步 進(jìn)電機(jī)是國外發(fā)明的。 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增， 研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有 十分 重要的意義。一些少數(shù)高級的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。 在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場合，中國在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)， 在高品質(zhì)的控制場合，有時(shí)還不能使用步進(jìn)電機(jī)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。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)。 本次課程設(shè)計(jì)采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。θ =360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)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(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 中北大學(xué)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 32 頁 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?AABBBCCCDDDA 時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?DADCDCBCBABA時(shí)為反轉(zhuǎn)。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電 機(jī)步進(jìn)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(jìn)電動機(jī)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定子，其結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度。此類電機(jī)綜合了反 應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)介紹 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備 —— 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器 .步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣?？刂破鞯姆?向信號決定步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。功率驅(qū)動電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運(yùn)動。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(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)控制的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖 所示。對于片內(nèi)有 ROM/EPROM的芯片來說 ,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個(gè)芯片；對與片內(nèi)沒有 ROM/EPROM 芯片來說，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備 EPROM 或 EEPROM 作為程序存儲器使用。PROM 電可編閃速存儲器。程序存儲器 E178。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 中北大學(xué)