【正文】 要將數(shù)組中的內(nèi)容一個個送入SBUF 寄存器中，就可以實現(xiàn)步數(shù)的顯示。在發(fā)送中斷標志TI為0（即無效）的情況下，執(zhí)行寫串行數(shù)據(jù)輸出緩沖器SBUF指令即可將SBUF寄存器中的內(nèi)容由低位到高位依次輸出到RXD引腳，同時TXD引腳輸出移位脈沖，使外接的“串入并出”芯片逐一接受來自RXD引腳上的串行數(shù)據(jù)。 （2）并行接法：使用并行接法時要對每個數(shù)碼管用I/O口單獨輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。 Proteus仿真界面為了防止步進電機啟動時發(fā)生失步，需要先以一個比較低的頻率啟動。 定時器T0中斷程序流程圖。（6）步數(shù)為0判斷。（4）定時器T0啟動。判斷是否有按鍵按下，若有則進行按鍵處理。 變速控制中轉(zhuǎn)速與步長之間的關(guān)系 主程序設(shè)計 主程序工作過程（1）系統(tǒng)初始化。單片機根據(jù)所輸入的步數(shù)判斷是否需要進行加速啟動，當輸入的步數(shù)小于100時，步進電機以最低速度25 r/min運行。本系統(tǒng)的軟件采用C語言編寫，在此本文主要介紹軟件的各個模塊功能與軟件流程。（5）經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應進行規(guī)范化，除去修改“痕跡”。便于調(diào)試、連接、移植、修改。最后對控制系統(tǒng)各部分的電路進行了分析和設(shè)計，并把各模塊有機組合起來形成一個較完整的電路，如附錄C所示。它是以單片機為核心的控制電路，可以實現(xiàn)步進電機根據(jù)設(shè)定的步數(shù)進行自動加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時間走完所規(guī)定的步數(shù)而又不發(fā)生失步的現(xiàn)象。放電回路為C正極、電源Vcc端（與地等電位）、二極管VD正極、二極管VD負極、C負極，保證再次上電時，RST引腳為高電平，CPU可靠復位。 外部復位電路上電復位：接通電源的瞬間，電容C上的電壓很小，RST引腳為高電平。 由于設(shè)計中用一塊單片機進行控制，資源有限，故使用串行接法，另外，74LS164的鎖存作用也起到節(jié)約資源的作用。跟軟件的方法相比，需要增加硬件的成本，但軟件簡單，速度快，少占用CPU的時間，提高了系統(tǒng)的響應速度，軟件方法的優(yōu)點是節(jié)省硬件，降低系統(tǒng)的成本，且更改靈活，有利于系統(tǒng)的小型化，其主要的缺點是占用CPU時間較多，降低系統(tǒng)的響應速度。環(huán)形脈沖分配器由EPROM和可逆計數(shù)器構(gòu)成，將步進電機的勵磁狀態(tài)以二進制的形式存入EPOROM，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址內(nèi)容，EPROM的輸出就是步進電機的勵磁狀態(tài)。每來一個CP脈沖，環(huán)形脈沖分配器的輸出就轉(zhuǎn)換一次。計數(shù)器選用74LS191，這是一種單時鐘4位二進制可逆計數(shù)器，時鐘脈沖從CP端輸入，加/減脈沖由同一端輸入，加/減控制線的高低電平控制加減計數(shù)。EPROM是以浮柵型MOS管作存儲單元，它里面存儲的內(nèi)容可以通過紫外線光的照射而被擦除，而且又可再用電流脈沖對其重新編程寫入程序或數(shù)據(jù)，而且還可多次進行擦除和重寫，故稱為可擦除可編程ROM，因而EPROM得到了廣泛的應用。（5） 內(nèi)部具有256個字節(jié)的RAM和3個16位定時器，可以存放系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)和滿足定時或計數(shù)功能擴展的需要。而 ATMEL公司的AT89C51系列單片機是當今具有較高性能的單片微型計算機系列產(chǎn)品之一，特別適用于要求實時處理、實時控制的各類自動控制系統(tǒng)，如工業(yè)過程控制系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)、變頻調(diào)速電機控制系統(tǒng)等。（6）系統(tǒng)的擴展及各功能模塊的設(shè)計在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應適當留有余地，以備將來修改、擴展的需要。（3）整個系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配，例如選用晶振頻率較高時，存貯器的存取時間有限，應選擇允許存取速度較高的芯片；選擇CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中的所有芯片都應該選擇低功耗的產(chǎn)品。（2）硬件結(jié)構(gòu)應結(jié)合應用軟件方案一并考慮。步進電機需要走的步數(shù)可以根據(jù)不同距離預先計算好，然后在單片機程序里設(shè)定好，也可以通過上位機進行控制。由此可以算出每個站點之間的需要走的步數(shù)，即需要總的脈沖個數(shù)。當停車時，由較高的頻率突然降為零頻率，使步進電機立即停止，可能會由于系統(tǒng)慣性的原因，轉(zhuǎn)子會沖過終點，結(jié)果使停車不準確，因此停車也必須有一個降頻的過程。搬運站的整體運動采用步進電機驅(qū)動，具有定位精確和快速的特點。 步進電機在自動生產(chǎn)線中的應用由于步進電機的運動特性受電壓波動和負載變化的影響比較小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進電機能直接接受數(shù)字量的控制，非常適合采用微機進行控制。其方法是將定時器初始化后，每隔一定的時間向CPU申請一次中斷，CPU響應中斷后便發(fā)出一個脈沖。例如在加速控制中，可以均勻地減少延時時間間隔；在減速時，可以均勻地增加延時時間間隔。采用步進電機的加減速控制可以有效地克服步進電機啟動過程中出現(xiàn)失步的問題，提高系統(tǒng)的響應速度和精度【8】。升速時使脈沖逐漸加密，減速時使脈沖逐漸變疏。按直線規(guī)律升速時加速度為恒定，因此要求步進電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。特別是在要求快速響應的工作中，從起點到終點的時間要求最短，這就必須要求加減速的過程最短而恒速時速度最高。因此在點位控制過程中，運行速度需要有一個加速—恒速—減速—低恒速—停止的過程。系統(tǒng)運行起來之后，如果到達終點時立即停止，可能會因系統(tǒng)慣性的原因，發(fā)生沖過終點的現(xiàn)象，使點位控制發(fā)生偏差，所以從高速運行到停止也應該有減速的措施【6】。當步進電機帶負載時，它的啟動頻率要低于最高空載啟動頻率。 步進電機的變速控制對于大多數(shù)的任務而言，總希望控制系統(tǒng)能盡快地到達控制終點。本系統(tǒng)為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進入單片機而燒毀器件，因而在驅(qū)動器與單片機之間增加一級光耦隔離器。這些電動勢與外加電源共同作用于功率器件，當其疊加結(jié)果使電動機繞組兩端電壓大大超過電源電壓時，會使驅(qū)動級的工作條件更為惡化。繞組導通和截止過程中都會產(chǎn)生較大的反向電動勢，而截止時的反電動勢將對驅(qū)動級器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響。(2) 電動機的各相繞組是繞在鐵心上的線圈，所以都有比較大的電感。驅(qū)動級的功率放大器件有中功率晶體管、大功率的晶體管、達林頓管、可控硅以及各種功率模塊。(3) 衰減時間常數(shù)大，在步進電機高速運行時產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩，影響系統(tǒng)的特性。 二極管泄放電路 負載曲線 二極管—電阻續(xù)流要求高速或變速運行時，斷電繞組的能量必須盡快消耗，這可以通過增加一個與二極管串聯(lián)的電阻Rs，以減少泄放回路的時間常數(shù)，此時斷電回路的時間常數(shù)為L/(R+Rs)。在繞組導通期間，二極管處于反向截止狀態(tài)。常用的步進電機可以很容易產(chǎn)生數(shù)值比步進電機外加電壓大的峰值電感電動勢。L為繞組電感，R為串聯(lián)回路的總電阻，E為反電動勢。EPROM 。2716的管腳OE和CE分別為輸出允許和片選端，使它接地讓它一直處于選通狀態(tài)。 環(huán)形脈沖分配器電路，計數(shù)器選用74LS191，74LS191是四位二進制進制可逆計數(shù)器，時鐘脈沖從CP端輸入，計數(shù)器的輸出QA~QD直接接到EPROM的低四位地址線A0~A3，這樣可以選通2716的十六個地址（00H~0FH）。由上可見，這種方法適用于控制任意類型的步進電機。存儲器中存儲的內(nèi)容，除了在選通的地址存儲所需的狀態(tài)表之外，其他沒用的地址都存儲各相截止的信號。對EPROM存儲器的主要工作是編程，存儲狀態(tài)表，所以工作量小。簡單的說存儲器存入的是一個環(huán)形脈沖分配器的狀態(tài)輸出表，計數(shù)器每輸入一個脈沖，計數(shù)器計一個數(shù)，這個數(shù)值就會選通存儲器的一個地址，存儲器就輸出一個數(shù)據(jù)，即步進電機的一個勵磁狀態(tài)。用EPROM可以搭建成各種環(huán)形脈沖分配器。并行控制時，控制器直接輸出各相繞組的導通和截止信號，此時環(huán)形脈沖分配器在控制器中，由軟件來代替環(huán)形脈沖分配器的功能，不管是串行控制還是并行控制必須有環(huán)形脈沖分配器這個環(huán)節(jié)?？梢哉f環(huán)形脈沖分配器是一種特殊的可逆循環(huán)計數(shù)器， 但它輸出的不是一般的編碼，而是步進電機勵磁狀態(tài)所要求的特殊編碼【4】。/mKZR (11)式中 m — 控制繞組相數(shù)；ZR — 轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K —與通電方式有關(guān)的狀態(tài)系數(shù)，當通電方式為單拍，即拍數(shù)與相數(shù)相同，K=1；為雙拍時，即拍數(shù)為相數(shù)的兩倍時，K=2。拍數(shù)不同時，其對應的步距角大小也不同，拍數(shù)多則步距角小。如此類推，可見步進電機每走一步，將轉(zhuǎn)過15176。例如由AB相通電變?yōu)锽C相通電時，B相保持繼續(xù)通電狀態(tài)，C相磁極力圖使轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動，而B相磁極卻起阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動的作用，即起到一定的電磁阻尼作用，所以步進電機工作比較平穩(wěn)，三相單三拍運行時，由于沒有這種阻尼用，所以轉(zhuǎn)子到達新的平衡位置后會產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性能遠不如雙三拍運行方式。 (a) A相通電 (b) B相通電 (c) C相通電 轉(zhuǎn)子為四極的三相步進電機 三相雙三拍通電方式如果將步進電機的控制繞組的通電方式改為：ABBCCAAB或ACCBBCCA。 (a)所示，轉(zhuǎn)子齒3對準A相磁極軸線重合， (b)所示，轉(zhuǎn)子將逆時針轉(zhuǎn)過30176。如此按ABCA的順序使三相繞組輪流通電，則轉(zhuǎn)子依順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動。 (a) 所示，而B相和C相不通電時，A相的兩個磁極被勵磁，一個呈N極另一個呈S極，由于磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的電磁吸力，使轉(zhuǎn)子軸線對準A相磁極的軸線。其次介紹了課題研究的目的和意義，最后介紹了課題的主要研究內(nèi)容。步進電機的續(xù)流電路根據(jù)步進電機的控制特點，分析續(xù)流電路對步進電機控制性能的影響，并設(shè)計步進電機的續(xù)流電路。步進電機工作時，失步或者過沖都會直接影響其控制精度。從高速運行到停止也應該有一個減速的過程，防止步進電機因為系統(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點的現(xiàn)象。當步進電機帶負載時，它的啟動頻率要低于最高空載啟動頻率。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）基于AT89C51單片機的步進電機控制系統(tǒng)畢業(yè)論文目錄摘要 I第一章 引言 1 課題提出的背景和研究意義 1 課題的主要研究內(nèi)容 2 本章小結(jié) 2第二章 步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計 3 步進電機的原理 3 三相單三拍通電方式 3 三相雙三拍通電方式 5 三相六拍通電方式 6 環(huán)形脈沖分配器 8 續(xù)流電路 12 二極管續(xù)流 13 二極管—電阻續(xù)流 14 步進電機驅(qū)動電路 15 步進電機的變速控制 17 變速控制的方法 19 步進電機在自動生產(chǎn)線中的應用 20 本章小結(jié) 22第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計 23 硬件系統(tǒng)設(shè)計原則 23 控制系統(tǒng)組成 23 主要元件的選擇 24 單片機的選擇 24 EPROM的選擇 25 可逆計數(shù)器的選擇 27 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計 27 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計 27 顯示電路設(shè)計 29 外部復位電路設(shè)計 30 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計 31 本章小結(jié) 31第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 32 軟件系統(tǒng)設(shè)計原則 32 步進電機控制系統(tǒng)功能設(shè)計 32 主程序設(shè)計 33 主程序工作過程 33 主程序工作流程圖 34 定時器T0中斷程序流程圖 34 Proteus仿真 37 顯示程序設(shè)計 39 鍵盤程序設(shè)計 39 調(diào)速程序設(shè)計 41 20BY步進電機參數(shù) 41 步進電機轉(zhuǎn)速與頻率的關(guān)系 41 本章小結(jié) 42第五章 結(jié)束語 43參考文獻 44附錄 46附錄A 系統(tǒng)程序（C） 46附錄B 20BY步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系表 59附錄C 控制系統(tǒng)電路圖 62致謝 6363第一章 引言 課題提出的背景和研究意義由于步進電機不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實現(xiàn)定位，即使在開環(huán)狀態(tài)下它的控制效果也是令人非常滿意的，這有利于裝置或設(shè)備的小型化和低成本，因此步進電機在計算機外圍設(shè)備、數(shù)控機床和自動化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應用。此外，一般步進電機對空載最高啟動頻率都是有所限制的。由此可見，一個靜止的步進電機不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動時有一個加速的過程。由于步進電機的運動特性受電壓波動和負載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡單，并且步進電機能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機進行控制。環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計研究環(huán)形脈沖分配器的作用和構(gòu)成，并設(shè)計出可靠、靈活的環(huán)形脈沖分配器電路。 本章小結(jié)本章首先介紹了課題研究的背景，提出設(shè)計的思路。 三相單三拍通電方式這是步進電機的一種最簡單的工作方式，所謂“三相”，即三相步進電機，具有三相定子繞組；“單”指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個循環(huán)，第四次換接重復第一次情況。達到轉(zhuǎn)子軸線和B相磁極軸線相重合的位置，即轉(zhuǎn)子走過一步，然后B相電源斷開， (c) 所示，同理將使轉(zhuǎn)子按順時針方向再走一步。（a）A相通電 （b）B相通電 （c）C相通電 三相反應式步進電機原理如果將上圖的反應式步進電機的轉(zhuǎn)子制成四極（或稱為四個齒）結(jié)構(gòu)，則按三相單三拍運行時，轉(zhuǎn)子的步距角也將發(fā)生變化。即每步轉(zhuǎn)過的步距角為30176。與單三拍運行方式相同，但其中有一點不同，即在雙三拍運行時，每拍使步進電機從一個狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€狀態(tài)時，總有一相繞組保持通電。角，即轉(zhuǎn)子又逆時針方向運行了一步，相應的角度為15176。(a) A相通電 (b) AB相通電(c) B相通電 (d) BC相通電 三相六拍通電方式通過分析可知一臺步進電機可以有不同的通電方式，即可以有不同的拍數(shù)。步距角θs可由式(11)求得【3】θs=360176。同時步進電機有正反轉(zhuǎn)的要求，所以環(huán)形脈沖分配器的輸出既有周期性又有可逆性?？刂泼}沖信號的有無就能控制步進電機運行和停止，脈沖信號的頻率決定步進電機的運行速度，方向電平控制步進電機的運轉(zhuǎn)方向。EPROM存儲器是一種紫外線擦除的可編程只讀存儲器，存儲器的內(nèi)容可以由使用者自己編程，且可以用紫外線照射后重新使用。計數(shù)器的計數(shù)長度應等于步進電機運行一個周期的拍數(shù)或拍數(shù)的