【正文】 r Motor Brief IntroductionStepper motor is an electrical pulse will be converted into angular displacement of the implementing agencies. Put it in simple languagespeaking: When the stepper drive pulse signal to a receiver, it drives stepper motor rotation direction by setting a fixed point of view (and the step angle). You can control the number of pulses to control the amount of angular displacement, so as to achieve the purpose of accurate positioning。本次設計從伺服電機的選型，直至報告寫作完成的整個過程都是在老師的悉心指導下完成的。致 謝這次畢業(yè)設計給了我很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，使我對抽象的理論有了具體的認識。軟件設計主要是通過編寫程序代碼，實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。定時器中斷服務程序的中斷時間由當前的轉速決定，根據(jù)定時做出相應的判斷。按下減速鍵，通過改變電機每轉動一步的延時時間，使時間變長，從而實現(xiàn)電機減速。開始有鍵閉合否？閉合鍵釋放否？有鍵閉合否？調(diào)用子程序延時12ms判斷閉合鍵號入棧輸入鍵號調(diào)用子程序延時6ms返回是否否否是否 鍵盤程序流程圖第三節(jié) 正反轉程序設計系統(tǒng)初始化之后，前進子程序R0用于給P1口送不同的值，根據(jù)電機轉動的相序，使電機正向轉動，P1口的值分別為01H，03H，02H，06H，04H，0CH，08H，09H。第一節(jié) 系統(tǒng)主程序設計步進電機控制系統(tǒng)的軟件需要同時完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進電機轉動、控制數(shù)碼管動態(tài)顯示等任務，這就必須通過中斷技術來實現(xiàn)。使CPU備用電源起作用，對CPU正在執(zhí)行的數(shù)據(jù)進行保護。②在線路設計中，將所有器件的模擬地線和數(shù)字地線都區(qū)分開，兩者的地線不要混亂，分別與電源地線相連。④電源系統(tǒng)：我們設計所采用的芯片都由直流穩(wěn)壓電源供電。：①輸入系統(tǒng)：它使模擬信號失真，輸入數(shù)據(jù)信號出錯。因此我們采用6秒掃描一次，否則會出現(xiàn)小數(shù)。然后通過單片機實行相應的操作。按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。 時鐘和復位電路三、驅動電路設計此電路是步進電機的驅動部分，選用的是L297和L298芯片并用來驅動的，L29L298前面已經(jīng)介紹了，由單片機給L297提供時序脈沖分配給A、B、C、D四相，在經(jīng)過L298放大電壓進行驅動步進電機。利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的電壓，它們的應用要注意以下幾點：①輸入輸出壓差不能太大，太大則轉換效率急速降低，而且容易擊穿損壞；②輸出電流不能太大， 是其極限值。前者是三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，后者是三端固定負輸出極集成穩(wěn)壓器，整流后的輸出波形與純直流相差甚遠，須經(jīng)濾波才能作直流電源用。如要負載兩端并聯(lián)電容，或與負載串聯(lián)電感L，以及C和L組合而成的各種復式濾波電路。因為在整流、濾波和穩(wěn)壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高2V~3V。使穩(wěn)壓器的工作臺不進入不安全區(qū)。 系統(tǒng)電路原理圖第二節(jié) 系統(tǒng)硬件電路設計一、電源電路設計本次設計用了+5V、+12V電源，采用的是78系列的集成固定三端穩(wěn)壓管。 LED數(shù)碼管結構圖第三章 系統(tǒng)硬件電路設計第一節(jié) 系統(tǒng)整體設計根據(jù)前一章的對硬件分析，已經(jīng)對整個系統(tǒng)有了一個比較完整的思路。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構成公共陰極，使用時公共陰極接地。LED數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：①共陽極接法。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。通過計算每秒光電編碼器輸出脈沖的個數(shù)就能反映當前電動機的轉速。第五節(jié) 測速和顯示介紹一、光電編碼器測速光電編碼器，是一種通過光電轉換將位移量轉換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它具有體積小、精度高、工作可、接口數(shù)字化靠等優(yōu)點，它廣泛應用于數(shù)控機床、回轉臺、伺服傳動、機器人、雷達、軍事目標測定等需要檢測角度的裝置和設備中。 L297L298典型應用電路圖L297從上位機接受時鐘(步進脈沖)，方向(正／反轉)，模式(半步／基本步距) 3個輸入信號。步進電機的驅動一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅動，這種方法一般不宜采用，因為CPU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進電機的轉動；別一種是通過CPU來間接驅動，就是把從CPU輸出的信號進行放大，然后直接驅動步進電機，這種方法比較安全可靠。3種方式的驅動相序都可以很容易地根據(jù)變換器輸出的格雷碼的順序產(chǎn)生，格雷碼的順序直接與四八拍(半步方式)相符合，只要在腳19輸入一高電平即可得到。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關模式下調(diào)節(jié)步進電機繞組中的電機繞組中的電流。在閑置模式下，CPU停止工作。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。④振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。在由外部程序存儲器取址期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。RST：復位輸入。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。P0能夠用單片機的引腳排列于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。 AT89C52引腳①主要特性：?與MCS51兼容?4K字節(jié)可編程閃爍存儲器?壽命：1000寫/擦循環(huán)?全靜態(tài)工作：0Hz24Hz?三級程序存儲器鎖定?128*8位內(nèi)部RAM?32可編程I/O線?兩個16位定時器/計數(shù)器圖?5個中斷源?可編程串行通道?低功耗的閑置和掉電模式?片內(nèi)振蕩器和時鐘電路②管腳說明：VCC：供電電壓。PROM容量可達20K字節(jié)。有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，防止E178。 單片機的應用系統(tǒng)接下來主要介紹AT89C52，其主要參數(shù)如表21所示。對于片內(nèi)有ROM/EPROM的芯片來說，最小應用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復位電路和電源的單個芯片；對與片內(nèi)沒有ROM/EPROM芯片來說，其最小應用系統(tǒng)除了應配置上述的晶振、復位電路和電源外，還應配備EPROM或EEPROM作為程序存儲器使用。其中，地址總線的作用是在進行數(shù)據(jù)交換時提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲器或I/O接口之間，或存儲器與外設之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號線和外部送入CPU的應答信號線等。或者在電路中串聯(lián)電阻，使L/R減少。在t=t1時刻，電路斷開與直流電壓源V的連接，并且短路，電路中的電流以初始速率一V/L開始下降，電流變化規(guī)律為：I(t)=VeR(tt1)/L/R不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上。繞組通電時，電感使繞組電流上升速度受到限制，因此影響電機繞組電流的大小。功率驅動電路向步進電機控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉磁場，驅動轉子運動?？刂破鞯姆较蛐盘枦Q定步進電機的順時針或逆時針旋轉。步進電機驅動系統(tǒng)的性能，除與電機本身的性能有關外，也在很大程度上取決于驅動器的優(yōu)劣?？砂磧煞N情況處理：①已知突跳頻率則按突跳頻率分段起動，分段數(shù)n=f/fq。步進電動機的最高起動頻率（突跳頻率），而最高運行頻率則可以達到N*102 KHz。前者規(guī)定從加速度開始，每一加速度周期指令電機速度遞增相同的增量△f；后者則是要求每一加速度周期電機走過相同的步數(shù)。速度控制中加/減控制是最基本的控制。在步進電機停轉時，為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩鎖定步進電機的轉軸，使步進電機的轉軸不能自由轉動。單四拍、。當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，4號齒和C相繞組的磁極對齊。轉子的主要結構是磁性轉軸，當定子中的繞組在相序信號作用下有規(guī)律的通電、斷電工作時，轉子周圍就會有一個按此規(guī)律變化的電磁場，因此一個按規(guī)律變化的電磁力就會作用在轉子上，轉子總是力圖轉動到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉子按一定的步距角轉動，使轉子發(fā)生轉動。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪聲低、低頻振動小。轉子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。①反應式步進電機(Ⅵlriable Reluctance，簡稱VR)反應式步進電機的轉子是由軟磁材料制成的，轉子中沒有繞組。功率式：輸出轉矩較大，能直接帶動較大負載（一般使用反應式、混合式步進電機）。正常情況下，步進電機轉過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。第二節(jié) 步進電機簡介步進電動機(Stepping Motor，Step Motor或Steper Motor)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動機。由于單片機的強大功能，還可設計大量的外圍電路，鍵盤作為一個外部中斷源，和單片機端口連接，設置了步進電機啟動、停止、正轉、反轉、加速、減速等功能，采用中斷和查詢相結合的方法來調(diào)用中斷服務程序，完成對步進電機的最佳控制，顯示器及時顯示正轉、反轉速度等狀態(tài)。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅動電路。步進電機是數(shù)控式電機，其最大特點是通過輸入脈沖信號來進行控制，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動，這種裝置就是步進電機驅動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號，加以放大以驅動步進電機。典型的運動控制系統(tǒng)應由三部份構成：控制部分、驅動部分、執(zhí)行部分。通過對整個系統(tǒng)的硬件分析在學習上及實踐中可以起一定的促進作用。因此，本次畢業(yè)設計就是通過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進電機的速度的。而且可以做到人機交換，使控制更加的直觀和方便，各種運行狀態(tài)也都有相應的指示，使操作者隨時都能對電機的運行狀況進行方便的了解。單片機是把微型計算機主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計算機。應用領域如數(shù)控機床、印刷機械等等。可以通過即時的改變模擬量的設定來改變設定的力矩大小，也可通過通訊方式改變對應的地址的數(shù)值來實現(xiàn)。一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉矩控制方式，位置控制方式。它廣泛應用于工業(yè)機械的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護性以及性價比最優(yōu)。正是因為上述優(yōu)點，它已經(jīng)被廣泛地用于自動控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。在開環(huán)方式下，步進電機的輸出步數(shù)總是和輸入指令的脈沖數(shù)相等，每個脈沖都使電機轉軸前進一個步進角，并依靠它特有的定位轉矩將轉軸準確地鎖定在相應的步距位置。步進電機是機電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機技術的迅速普及，為設計功能強，價格低的步進電機控制驅動器提供了先進的技術和充足的資源。步進電機在開環(huán)控制的系統(tǒng)中和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質的聯(lián)系。步進電機按工作方式分類：可分為功率式和伺服式兩種。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。s state.【Key words】servo stepper motor singlechip AT89C52目 錄前 言 1第一章 緒論 2第一節(jié) 課題背景 2一、伺服電機的介紹 2二、伺服控制器的介紹 3第二節(jié) 設計目的及系統(tǒng)功能 4第二章 系統(tǒng)硬件分析 6第一節(jié) 系統(tǒng)組成 6第二節(jié) 步進電機簡介 8一、步進電動機的種類 8二、步進電機的結構及工作原理 9三、步進電動機的驅動 12第三節(jié) 單片機簡介 14第四節(jié) 電機驅動芯片介紹 19一、L297簡介 19二、L298簡介 20第五節(jié) 測速和顯示介紹 22一、光電編碼器測速 22二、LED數(shù)碼顯示 23第三章 系統(tǒng)硬件電路設計 24第一節(jié) 系統(tǒng)整體設計 24第二節(jié) 系統(tǒng)硬件電路設計 25一、電源電路設計 25二、時鐘電路和復位電路設計 26三、驅動電路設計 26四、按鍵電路設計 27五、測速電路設計 28六、顯示電路設計 29七、抗干擾設計 29第四章 系統(tǒng)軟件程序設計 31第一節(jié) 系統(tǒng)主程序設計 31第二節(jié) 鍵盤控制程序設計 32第三節(jié) 正反轉程序設計 33第四節(jié) 加減速程序設計 34第五節(jié) 顯示子程序設計 35第六節(jié) 定時中斷程序設計 36結 論 37致 謝 38參考文獻 39附 錄 40一、英文原文 40二、英文翻譯 42三、工程設計圖紙 4