【正文】 計(jì)硬件調(diào)試需要注意的： （ 1） 上電后電機(jī)按照最低轉(zhuǎn)速 5/s運(yùn)行，最高轉(zhuǎn)速能否按照 25/s運(yùn)行。如圖是 LCD 軟件調(diào)試結(jié)果。 （ 4） 電機(jī)能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加、減速。所設(shè)計(jì)的程序能用于 Proteus中，完成仿真過程的同時(shí)，即基本驗(yàn)證所設(shè)計(jì)程序的準(zhǔn)確性，從而完成系統(tǒng)開發(fā)中的控制程序的設(shè)計(jì)部分。所以在編程的時(shí)候判斷按鍵按下是低電平有效。 主程序工作流程圖 主程序工作流程圖如圖 所示。判斷是否有按鍵按下，若有則進(jìn)行按鍵處理。 主程序工作過程 （ 1）系統(tǒng)初始化。在流程圖中把設(shè)計(jì)者的控制過程梳理清楚。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)停止運(yùn)行；通過鍵盤可輸入所需要運(yùn)行的設(shè)定值，當(dāng)輸入?yún)?shù)完畢后， LCD/LED顯示 所需要運(yùn)行的步數(shù)并通過 LCD/LED顯示 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。1D1324 5 6 1081112913U47 4 L S 1 6 4SRG8RC1/amp。如圖是本設(shè)計(jì)編碼器實(shí)物圖。同時(shí)顯示方式采用靜態(tài)顯示，在每次顯示輸入后能夠保持顯示不變，僅在待顯數(shù)碼需要改變時(shí)，才更新其數(shù)字顯示其中鎖存的內(nèi)容。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 16 圖 顯示模塊 由于設(shè)計(jì)要求使用 LCD/LED顯示，所以在顯示模塊這部分用液晶顯示和數(shù)碼管顯示。在這里 ULN2021 芯片相當(dāng)于繼電器，當(dāng)單片機(jī)的脈沖來時(shí)，通過改 變步進(jìn)電機(jī)各相依次導(dǎo)通來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 15 圖 本設(shè)計(jì)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分是由驅(qū)動(dòng)芯片 ULN 及其外圍電路構(gòu)成，其中ULN2021 的輸出端 1C、 2C、 3C、 4C 依次按順序連成一個(gè)插座，分別與步進(jìn)電機(jī)的四根線相連。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳電路如圖。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 由于本設(shè)計(jì)所用的小型步進(jìn)電機(jī)，對(duì)電流和電壓的要求并不是高，考慮要硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高，制作也不方便。 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 AT89C51 單片機(jī)引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器的輸入端和輸出端。 （ 7） 具有 6 個(gè)中斷源，完全可 以滿足一般設(shè)計(jì)的中斷系統(tǒng)擴(kuò)展需要。 （ 3）耐久性： 1000 寫、擦除?？臻e方式停止 CPU的工作，但允許 RAM，定時(shí) /計(jì)數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000次。但是就目前來說， 51系列的單片機(jī)仍是許多設(shè)計(jì)的首先，特別是 ATMEL公司的 89系列 FLASH單片機(jī) ，運(yùn)用更是廣泛。硬件選擇設(shè)計(jì)如下。 按鍵模塊：采用 獨(dú)立式按鍵，適用于一鍵占用一條接口線，每個(gè)按鍵電路是獨(dú)立的。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊：負(fù)責(zé)將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。而且可以做到人機(jī)交換，通過鍵盤來改 變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，各種運(yùn)行狀態(tài)也都有相應(yīng)的指示，使操作者隨時(shí)都能對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行方便的了解，利用單片機(jī)來構(gòu)成的步迸電機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是十分明顯的。采用單片機(jī)來控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法?？刂茊卧捎脝纹瑱C(jī)，驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合。 驅(qū)動(dòng)方案確定： 由于本設(shè)計(jì)所采用的步進(jìn)電機(jī)是小功率步進(jìn) 電機(jī)，在驅(qū)動(dòng)路數(shù)上并沒有多大的要求，考慮制作工藝方便、簡(jiǎn)單、成本、電路的體積各方面綜合因素，本設(shè)計(jì) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 9 采用集成功率驅(qū)動(dòng)方案，應(yīng)用現(xiàn)成的集成電路作為驅(qū)動(dòng)電路，選用集成功率驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2021，作為步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片。這種接口對(duì)繞組提供的電壓與電機(jī)的運(yùn)行頻率成線性關(guān)系。使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。缺點(diǎn)是串接電阻器的做法將產(chǎn)生大量的能量損耗 ,尤其是在高頻工作時(shí)更加嚴(yán)重 ,因而它只適用于小功率或?qū)π阅苤笜?biāo)要求不高的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。到目前為止，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)通常分為單電壓驅(qū)動(dòng)、 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)、升頻升 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 8 壓驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等。并且通過鍵盤作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速等按鍵，采用程序查詢方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。 一般步進(jìn)電機(jī)控制器都用硬件實(shí)現(xiàn)，雖然電路可以做到了高集成度，可價(jià)格較貴，功能相對(duì)較單一，并且設(shè)計(jì)要求有所改變，就得改變整個(gè)硬件電路，比較麻煩。本設(shè)計(jì)就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 （ 3）步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。因而被廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)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(dòng)都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家 80 年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度，目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合事步進(jìn)電機(jī)。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，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(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 步進(jìn)電機(jī)的機(jī)構(gòu)及工作原理 步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上如同普通電機(jī)一樣，也是由轉(zhuǎn)子、定子和定子繞組組成，通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，定子繞組分若干相，每相的磁極上有極齒，轉(zhuǎn)子在軸上也有若干個(gè)齒。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件的控制回路，或者集成電路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、 功率 驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。除了在數(shù)控 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng) 用 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)用在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中。您 可以通過控制脈沖個(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)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。而采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源 ，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計(jì)中利用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤電路有機(jī)的結(jié)合起來，能做到一定的人機(jī)交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)概述 單片機(jī)是現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的新興領(lǐng)域，以單片機(jī)為代表的嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)標(biāo)志著現(xiàn)代電子系統(tǒng)時(shí)代的到來?；诠?jié)能要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī)、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機(jī)械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng)。 關(guān)鍵詞 ：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) ；調(diào)速；單片機(jī) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 1 第 1 章 概述 攪拌機(jī)簡(jiǎn)介 攪拌機(jī)是隨著現(xiàn)代混凝土施工工藝發(fā)展起來的一種機(jī)械設(shè)備，是一種帶有葉片的軸在圓筒或槽中旋轉(zhuǎn)，將多種原料進(jìn)行 攪拌混合 ，使之成為一種混合物或適宜稠度的機(jī)器。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(dòng)加減速控制，同時(shí)它能準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，啟動(dòng)和停止。 內(nèi)蒙古科技大學(xué) 智能儀表綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目： 步進(jìn)式攪拌機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 I 目錄 目錄 ................................................................ I 摘要 .............................................................. III 第 1 章 概述 ......................................................... 1 攪拌機(jī)簡(jiǎn)介 ................................................... 1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)概述 ....................................... 1 步進(jìn)電機(jī)的概述 ............................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用 ......................................... 2 步進(jìn)電機(jī)的研究及發(fā)展 ................................... 3 步進(jìn)電機(jī)的機(jī)構(gòu)及工作原理 ..................................... 4 步進(jìn)電機(jī)的分類 ............................................... 5 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) ............................................... 6 課題設(shè)計(jì)的意義 ............................................... 6 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) ................................................. 7 步進(jìn)電機(jī)的控制方案 ........................................... 7 基于單片機(jī)的控制 ............................................. 7 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案 ........................................... 7 總體方案設(shè)計(jì) ................................................. 9 總體方案方框圖 ......................................... 9 總體方案功能說明及選型 ................................. 9 第 3 章 硬件設(shè)計(jì)與仿真 .............................................. 11 單片機(jī)最小系統(tǒng) —— 核心 ...................................... 11 單片機(jī) AT89C51 簡(jiǎn)介 .................................... 11 單片機(jī)功能及特性 ............................... 11 單片機(jī)最小系統(tǒng)原理圖 .................................. 13 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 ................................................ 13 驅(qū)動(dòng)芯片 ....................................... 14 驅(qū)動(dòng)模塊電路圖 ........................................ 14 獨(dú)立按鍵模塊 ................................................ 15 內(nèi)蒙古科技大學(xué)智能儀表課程設(shè)計(jì)報(bào)告 II 顯示模塊 ............