【正文】 寫出一個(gè)完整步進(jìn)電機(jī)控制程序，能夠調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向和速度。觀察轉(zhuǎn)子振蕩狀態(tài)，并且掌握步進(jìn)電機(jī)的基本特性和指標(biāo)。典型的有快速并行數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、實(shí)時(shí)圖象處理系統(tǒng)等。如數(shù)字濾波、線形化、誤差修正等。通過單片機(jī)軟件編程，是測(cè)量?jī)x表中長(zhǎng)期存在的誤差修正、線形化處理等難題迎刃而解。單機(jī)應(yīng)用主要領(lǐng)域有：（1）測(cè)控系統(tǒng)：用單片機(jī)構(gòu)成各種工業(yè)控制系統(tǒng)、自適應(yīng)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。最新一代單片機(jī)在結(jié)構(gòu)上采用雙 CPU 或內(nèi)部流水線，CPU 有 8 位、16 位、32 位，時(shí)鐘頻率高達(dá) 20Hz，片內(nèi)有 PWM 輸出、監(jiān)視定時(shí)器 WDT、可編程計(jì)數(shù)器陣列PCA、DMA 傳輸、調(diào)制解調(diào)器等。（3）閉環(huán)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。隨著數(shù)字技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，研究步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，使步進(jìn)電機(jī)的控制更加簡(jiǎn)便，靈活和智能化，使其應(yīng)用更加廣泛。步進(jìn)電機(jī)具有轉(zhuǎn)子慣量低，定位精度高，無累積誤差，控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。關(guān) 鍵 字：步進(jìn)電機(jī) PIC 單片機(jī) 硬件接口電路ABSTRACT.Key words: Stepping motor；PIC microputer；Hardware interface circuit目 錄第一章 概 述 ..............................................................................................................1 課題背景 .............................................................................................................1 單片機(jī)應(yīng)用發(fā)展簡(jiǎn)介 .........................................................................................1 主要研究工作 .....................................................................................................2第二章 步進(jìn)電機(jī)原理及驅(qū)動(dòng) ......................................................................................4 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 .........................................................................................4 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) .................................................................................................6 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式 ..................................................................................6 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn) ..................................................................................8 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電源的確定 ................................................12 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)構(gòu)成 ...................................................................................12第三章 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的方法 ........................................................................14 步進(jìn)電機(jī)控制方法 ...........................................................................................14 串行方式 .................................................................................................14 并行方式 .................................................................................................14 PIC 單片機(jī)介紹 ...............................................................................................14 PIC 單片機(jī)介紹 ......................................................................................14 PIC 系列單片機(jī)的結(jié)構(gòu) ..........................................................................15 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 .................................................................................16第四章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ................................................................................................20 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) .................................................................................................20 模擬步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 .................................................................................20 LED 顯示接口電路 ........................................................................................21 鍵盤接口設(shè)計(jì) .................................................................................................22 石英多諧振蕩器電路設(shè)計(jì) .............................................................................24 光電編碼器原理及分類 ...................................................................................25第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ..................................................................................................28 軟件結(jié)構(gòu) .........................................................................................................28 子程序模塊 .....................................................................................................29 串行靜態(tài)顯示模塊 .................................................................................29 鍵盤掃描模塊 .........................................................................................30 中斷模塊 .................................................................................................31結(jié) 論 ..........................................................................................................................36參 考 文 獻(xiàn) ................................................................................................................37致 謝 ..........................................................................................................................38附錄 1...........................................................................................................................39附錄 2...........................................................................................................................43第一章 概 述 課題背景步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的機(jī)電執(zhí)行元件，每外加一個(gè)控制脈沖，電機(jī)就運(yùn)行一步故稱為步進(jìn)電機(jī)或脈沖馬達(dá)。以 PIC 單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)的控制器，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)采用了單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)串行控制方案，采用旋轉(zhuǎn)編碼器對(duì)系統(tǒng)的精確度進(jìn)行衡量。給出了硬件原理圖、編程流程圖和軟件程序。同時(shí)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。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。（2）高功率密度步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。自 1971 年 Intel 公司制造出第一塊 4 位微處理器以來，發(fā)展十分迅猛，經(jīng)歷了 4 位機(jī)、低檔 8 位機(jī)、高檔 8 位機(jī)、16 位機(jī)及最新一代的單片機(jī)。按照單片機(jī)特點(diǎn)，單片機(jī)可分為單機(jī)應(yīng)用和多機(jī)應(yīng)用。如溫度、壓力、流量、濃度的測(cè)量、顯示及儀表控制。如大型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用單片機(jī)對(duì) ADC 接口進(jìn)行控制不僅可提高采集速度還可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。（2）并行多控制系統(tǒng)：并行多控制系統(tǒng)主要解決工程應(yīng)用系統(tǒng)的加速問題，以便構(gòu)成大型實(shí)時(shí)工程應(yīng)用系統(tǒng)。 主要研究工作硬件設(shè)計(jì)方面：通過單片機(jī)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源和電機(jī)工作情況了解，測(cè)定并研究其在單步運(yùn)行狀態(tài)，角位移和脈沖數(shù)關(guān)系，平均轉(zhuǎn)速和脈沖頻率的關(guān)系。軟件設(shè)計(jì)方面：通過匯編語言編寫核心模塊對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。第二章 步進(jìn)電機(jī)原理及驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。其基本原理如下：（1）控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ表示。靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。②步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)，頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。（5）常用步進(jìn)電機(jī)的類型現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR） 、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM） 、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。②步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。⑥高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用 5 相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是不準(zhǔn)確的。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī)常用的驅(qū)動(dòng)方式是全電壓驅(qū)動(dòng)，即在電機(jī)移步與鎖步時(shí)都加載額定電壓。步進(jìn)電機(jī)的另一種驅(qū)動(dòng)方式是高低壓驅(qū)動(dòng)，即在電機(jī)移步時(shí)加額定或超過額定值的電壓，在較大電流驅(qū)動(dòng)下，使電機(jī)快速移步?，F(xiàn)在脈沖分配器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，芯片化，市場(chǎng)上可以買到。步進(jìn)電動(dòng)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)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。每來一個(gè) CP 脈沖，環(huán)形分配器的輸出轉(zhuǎn)換一次。從環(huán)形分配器輸出的各相導(dǎo)通或截止的信號(hào)送入信號(hào)放大與處理級(jí)。推動(dòng)