【正文】 要將數(shù)組中的內(nèi)容一個(gè)個(gè)送入SBUF 寄存器中，就可以實(shí)現(xiàn)步數(shù)的顯示。在發(fā)送中斷標(biāo)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(shí)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(shí)要對(duì)每個(gè)數(shù)碼管用I/O口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。 Proteus仿真界面為了防止步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)時(shí)發(fā)生失步，需要先以一個(gè)比較低的頻率啟動(dòng)。 定時(shí)器T0中斷程序流程圖。（6）步數(shù)為0判斷。（4）定時(shí)器T0啟動(dòng)。判斷是否有按鍵按下，若有則進(jìn)行按鍵處理。 變速控制中轉(zhuǎn)速與步長(zhǎng)之間的關(guān)系 主程序設(shè)計(jì) 主程序工作過程（1）系統(tǒng)初始化。單片機(jī)根據(jù)所輸入的步數(shù)判斷是否需要進(jìn)行加速啟動(dòng)，當(dāng)輸入的步數(shù)小于100時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以最低速度25 r/min運(yùn)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(gè)模塊功能與軟件流程。（5）經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進(jìn)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(duì)控制系統(tǒng)各部分的電路進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并把各模塊有機(jī)組合起來形成一個(gè)較完整的電路，如附錄C所示。它是以單片機(jī)為核心的控制電路，可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)根據(jù)設(shè)定的步數(shù)進(jìn)行自動(dòng)加減速控制，使控制系統(tǒng)以最短的時(shí)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(fù)極、C負(fù)極，保證再次上電時(shí)，RST引腳為高電平，CPU可靠復(fù)位。 外部復(fù)位電路上電復(fù)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(jì)中用一塊單片機(jī)進(jìn)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(jiǎn)單，速度快，少占用CPU的時(shí)間，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，軟件方法的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)是占用CPU時(shí)間較多，降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度。環(huán)形脈沖分配器由EPROM和可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成，將步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)以二進(jìn)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(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁狀態(tài)。每來一個(gè)CP脈沖，環(huán)形脈沖分配器的輸出就轉(zhuǎn)換一次。計(jì)數(shù)器選用74LS191，這是一種單時(shí)鐘4位二進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，時(shí)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(jì)數(shù)。EPROM是以浮柵型MOS管作存儲(chǔ)單元，它里面存儲(chǔ)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(duì)其重新編程寫入程序或數(shù)據(jù)，而且還可多次進(jìn)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(yīng)用。（5） 內(nèi)部具有256個(gè)字節(jié)的RAM和3個(gè)16位定時(shí)器，可以存放系統(tǒng)運(yùn)行中的數(shù)據(jù)和滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)功能擴(kuò)展的需要。而 ATMEL公司的AT89C51系列單片機(jī)是當(dāng)今具有較高性能的單片微型計(jì)算機(jī)系列產(chǎn)品之一，特別適用于要求實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)控制的各類自動(dòng)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(jī)控制系統(tǒng)等。（6）系統(tǒng)的擴(kuò)展及各功能模塊的設(shè)計(jì)在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備將來修改、擴(kuò)展的需要。（3）整個(gè)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(shí)，存貯器的存取時(shí)間有限，應(yīng)選擇允許存取速度較高的芯片；選擇CMOS芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中的所有芯片都應(yīng)該選擇低功耗的產(chǎn)品。（2）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。步進(jìn)電機(jī)需要走的步數(shù)可以根據(jù)不同距離預(yù)先計(jì)算好，然后在單片機(jī)程序里設(shè)定好，也可以通過上位機(jī)進(jìn)行控制。由此可以算出每個(gè)站點(diǎn)之間的需要走的步數(shù)，即需要總的脈沖個(gè)數(shù)。當(dāng)停車時(shí)，由較高的頻率突然降為零頻率，使步進(jìn)電機(jī)立即停止，可能會(huì)由于系統(tǒng)慣性的原因，轉(zhuǎn)子會(huì)沖過終點(diǎn)，結(jié)果使停車不準(zhǔn)確，因此停車也必須有一個(gè)降頻的過程。搬運(yùn)站的整體運(yùn)動(dòng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有定位精確和快速的特點(diǎn)。 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響比較小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡(jiǎn)單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接受數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)行控制。其方法是將定時(shí)器初始化后，每隔一定的時(shí)間向CPU申請(qǐng)一次中斷，CPU響應(yīng)中斷后便發(fā)出一個(gè)脈沖。例如在加速控制中，可以均勻地減少延時(shí)時(shí)間間隔；在減速時(shí)，可以均勻地增加延時(shí)時(shí)間間隔。采用步進(jìn)電機(jī)的加減速控制可以有效地克服步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)過程中出現(xiàn)失步的問題，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度【8】。升速時(shí)使脈沖逐漸加密，減速時(shí)使脈沖逐漸變疏。按直線規(guī)律升速時(shí)加速度為恒定，因此要求步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。特別是在要求快速響應(yīng)的工作中，從起點(diǎn)到終點(diǎn)的時(shí)間要求最短，這就必須要求加減速的過程最短而恒速時(shí)速度最高。因此在點(diǎn)位控制過程中，運(yùn)行速度需要有一個(gè)加速—恒速—減速—低恒速—停止的過程。系統(tǒng)運(yùn)行起來之后，如果到達(dá)終點(diǎn)時(shí)立即停止，可能會(huì)因系統(tǒng)慣性的原因，發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象，使點(diǎn)位控制發(fā)生偏差，所以從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有減速的措施【6】。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。 步進(jìn)電機(jī)的變速控制對(duì)于大多數(shù)的任務(wù)而言，總希望控制系統(tǒng)能盡快地到達(dá)控制終點(diǎn)。本系統(tǒng)為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)而燒毀器件，因而在驅(qū)動(dòng)器與單片機(jī)之間增加一級(jí)光耦隔離器。這些電動(dòng)勢(shì)與外加電源共同作用于功率器件，當(dāng)其疊加結(jié)果使電動(dòng)機(jī)繞組兩端電壓大大超過電源電壓時(shí)，會(huì)使驅(qū)動(dòng)級(jí)的工作條件更為惡化。繞組導(dǎo)通和截止過程中都會(huì)產(chǎn)生較大的反向電動(dòng)勢(shì)，而截止時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)將對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響。(2) 電動(dòng)機(jī)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(dòng)級(jí)的功率放大器件有中功率晶體管、大功率的晶體管、達(dá)林頓管、可控硅以及各種功率模塊。(3) 衰減時(shí)間常數(shù)大，在步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生阻轉(zhuǎn)矩，影響系統(tǒng)的特性。 二極管泄放電路 負(fù)載曲線 二極管—電阻續(xù)流要求高速或變速運(yùn)行時(shí)，斷電繞組的能量必須盡快消耗，這可以通過增加一個(gè)與二極管串聯(lián)的電阻Rs，以減少泄放回路的時(shí)間常數(shù)，此時(shí)斷電回路的時(shí)間常數(shù)為L(zhǎng)/(R+Rs)。在繞組導(dǎo)通期間，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)。常用的步進(jìn)電機(jī)可以很容易產(chǎn)生數(shù)值比步進(jìn)電機(jī)外加電壓大的峰值電感電動(dòng)勢(shì)。L為繞組電感，R為串聯(lián)回路的總電阻，E為反電動(dòng)勢(shì)。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(jì)數(shù)器選用74LS191，74LS191是四位二進(jìn)制進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，時(shí)鐘脈沖從CP端輸入，計(jì)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(gè)地址（00H~0FH）。由上可見，這種方法適用于控制任意類型的步進(jìn)電機(jī)。存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的內(nèi)容，除了在選通的地址存儲(chǔ)所需的狀態(tài)表之外，其他沒用的地址都存儲(chǔ)各相截止的信號(hào)。對(duì)EPROM存儲(chǔ)器的主要工作是編程，存儲(chǔ)狀態(tài)表，所以工作量小。簡(jiǎn)單的說存儲(chǔ)器存入的是一個(gè)環(huán)形脈沖分配器的狀態(tài)輸出表，計(jì)數(shù)器每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器計(jì)一個(gè)數(shù)，這個(gè)數(shù)值就會(huì)選通存儲(chǔ)器的一個(gè)地址，存儲(chǔ)器就輸出一個(gè)數(shù)據(jù)，即步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)勵(lì)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(shí)，控制器直接輸出各相繞組的導(dǎo)通和截止信號(hào)，此時(shí)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(gè)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(jì)數(shù)器， 但它輸出的不是一般的編碼，而是步進(jìn)電機(jī)勵(lì)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(dāng)通電方式為單拍，即拍數(shù)與相數(shù)相同，K=1；為雙拍時(shí)，即拍數(shù)為相數(shù)的兩倍時(shí)，K=2。拍數(shù)不同時(shí)，其對(duì)應(yīng)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(jìn)電機(jī)每走一步，將轉(zhuǎn)過15176。例如由AB相通電變?yōu)锽C相通電時(shí)，B相保持繼續(xù)通電狀態(tài)，C相磁極力圖使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而B相磁極卻起阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，即起到一定的電磁阻尼作用，所以步進(jìn)電機(jī)工作比較平穩(wěn)，三相單三拍運(yùn)行時(shí)，由于沒有這種阻尼用，所以轉(zhuǎn)子到達(dá)新的平衡位置后會(huì)產(chǎn)生振蕩，穩(wěn)定性能遠(yuǎn)不如雙三拍運(yùn)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(jìn)電機(jī) 三相雙三拍通電方式如果將步進(jìn)電機(jī)的控制繞組的通電方式改為：ABBCCAAB或ACCBBCCA。 (a)所示，轉(zhuǎn)子齒3對(duì)準(zhǔn)A相磁極軸線重合， (b)所示，轉(zhuǎn)子將逆時(shí)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(shí)針方向一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)。 (a) 所示，而B相和C相不通電時(shí)，A相的兩個(gè)磁極被勵(lì)磁，一個(gè)呈N極另一個(gè)呈S極，由于磁場(chǎng)對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心的電磁吸力，使轉(zhuǎn)子軸線對(duì)準(zhǔn)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?jī)?nèi)容。步進(jìn)電機(jī)的續(xù)流電路根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的控制特點(diǎn)，分析續(xù)流電路對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制性能的影響，并設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的續(xù)流電路。步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，失步或者過沖都會(huì)直接影響其控制精度。從高速運(yùn)行到停止也應(yīng)該有一個(gè)減速的過程，防止步進(jìn)電機(jī)因?yàn)橄到y(tǒng)慣性的原因，而發(fā)生沖過終點(diǎn)的現(xiàn)象。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載時(shí)，它的啟動(dòng)頻率要低于最高空載啟動(dòng)頻率。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)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?jī)?nèi)容 2 本章小結(jié) 2第二章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 15 步進(jìn)電機(jī)的變速控制 17 變速控制的方法 19 步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)生產(chǎn)線中的應(yīng)用 20 本章小結(jié) 22第三章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 23 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 23 控制系統(tǒng)組成 23 主要元件的選擇 24 單片機(jī)的選擇 24 EPROM的選擇 25 可逆計(jì)數(shù)器的選擇 27 控制系統(tǒng)接口電路的設(shè)計(jì) 27 環(huán)形脈沖分配器設(shè)計(jì) 27 顯示電路設(shè)計(jì) 29 外部復(fù)位電路設(shè)計(jì) 30 控制系統(tǒng)整體電路設(shè)計(jì) 31 本章小結(jié) 31第四章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 32 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 32 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)功能設(shè)計(jì) 32 主程序設(shè)計(jì) 33 主程序工作過程 33 主程序工作流程圖 34 定時(shí)器T0中斷程序流程圖 34 Proteus仿真 37 顯示程序設(shè)計(jì) 39 鍵盤程序設(shè)計(jì) 39 調(diào)速程序設(shè)計(jì) 41 20BY步進(jìn)電機(jī)參數(shù) 41 步進(jìn)電機(jī)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(xiàn) 44附錄 46附錄A 系統(tǒng)程序（C） 46附錄B 20BY步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定時(shí)器定時(shí)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(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器或速度傳感器就可以實(shí)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(jìn)電機(jī)在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。此外，一般步進(jìn)電機(jī)對(duì)空載最高啟動(dòng)頻率都是有所限制的。由此可見，一個(gè)靜止的步進(jìn)電機(jī)不可能一下子穩(wěn)定到較高的工作頻率，必須在啟動(dòng)時(shí)有一個(gè)加速的過程。由于步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)特性受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響小，方向和轉(zhuǎn)角控制簡(jiǎn)單，并且步進(jìn)電機(jī)能直接接收數(shù)字量的控制，非常適合采用微機(jī)進(jìn)行控制。環(huán)形脈沖分配器的設(shè)計(jì)研究環(huán)形脈沖分配器的作用和構(gòu)成，并設(shè)計(jì)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(jì)的思路。 三相單三拍通電方式這是步進(jìn)電機(jī)的一種最簡(jiǎn)單的工作方式，所謂“三相”，即三相步進(jìn)電機(jī)，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(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次情況。達(dá)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(shí)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(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理如果將上圖的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子制成四極（或稱為四個(gè)齒）結(jié)構(gòu)，則按三相單三拍運(yùn)行時(shí)，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(yùn)行方式相同，但其中有一點(diǎn)不同，即在雙三拍運(yùn)行時(shí)，每拍使步進(jìn)電機(jī)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)狀態(tài)時(shí)，總有一相繞組保持通電。角，即轉(zhuǎn)子又逆時(shí)針方向運(yùn)行了一步，相應(yīng)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(tái)步進(jìn)電機(jī)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(shí)步進(jìn)電機(jī)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(hào)的有無就能控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行和停止，脈沖信號(hào)的頻率決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，方向電平控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向。EPROM存儲(chǔ)器是一種紫外線擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)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(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度應(yīng)等于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行一個(gè)周期的拍數(shù)或拍數(shù)的