【正文】 組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非常可行，因此在打印機(jī)等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。 singlechip。 本次論文分為六章，序言簡要介紹了此次設(shè)計(jì)中有關(guān)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器的相關(guān)概念。 隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增， 研制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有 十分 重要的意義。一些少數(shù)高級的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。 總的來說，步進(jìn)電機(jī)是一種簡易的開環(huán)控制，對運(yùn)用者的要求低，不適合在大功率的場合使用。步進(jìn)電機(jī)是一種將電 脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。另外通過單片機(jī)實(shí)現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種 開環(huán)控制。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)： （一） 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對 N、 S磁場的激磁線圈對數(shù)。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） =度（俗稱半步）。 （二） 步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語： 步距角精度： 步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。稱之為失步 失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏 移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電 機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 步進(jìn)電機(jī)的特征如下： 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3%5%，且不積累。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動，其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個(gè)脈沖信號，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度或是前進(jìn)一步。圖 1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。依次類推， A、 B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D方向轉(zhuǎn)動。 永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側(cè)配置齒狀定子。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般 為 度。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。 靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 23倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 。n/60 P=2πnM/60 其 P為功率單位為瓦， Ω 為每秒角速度，單位為弧度， n為每分鐘轉(zhuǎn)速， M為力矩單位為牛頓 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低 ?？刂齐娐份敵龅男盘柟β屎艿?，不能提供步進(jìn)電機(jī)所需的輸出功率，必須進(jìn)行功率放大，這就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的功率驅(qū)動部分。繞組通電時(shí)，電感使繞組電流上升速度受到限制，因此影響電機(jī)繞組電流的大小。在 t=0時(shí)刻，電壓 V施加到該電路上時(shí)，電路中的電流變化規(guī)律為 : I(t)=V(1eRt/L)/R 通電瞬間繞組電流上升速率為 : di(0)/dt=V/t 經(jīng)過一段時(shí)間，電流達(dá)到最大值 : Imax=V/R L/R 定義為該電路的時(shí)間常數(shù)，是電路中的電流達(dá)到最大電流 Imax的 63%所需要的時(shí)間。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的大小與繞組的電流成正比，所以電機(jī)低速運(yùn)行時(shí)，電機(jī)能夠達(dá)到其額定轉(zhuǎn)矩，而在某一特定頻率以上運(yùn)行時(shí)，繞組電流隨著頻率的提高逐漸下降，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)逐漸減小，從而降低了高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶負(fù)載能力。 單片機(jī)原理 單片機(jī)原理概述 單片機(jī)（ singlechip microputer）是把微型計(jì)算機(jī)主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計(jì)算機(jī)。人們需要通過人機(jī)對話，了解系統(tǒng)的工作情況和進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一款最小應(yīng)用系統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機(jī)運(yùn)行的最簡單配置的系統(tǒng)。 AT89C52 是一個(gè)低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大的 AT89C52 單片機(jī)可為您提供許多較復(fù)雜系制應(yīng)用場合。 8k可反復(fù)擦寫 (1000 次） Flash ROM 時(shí)鐘頻率 024MHz 共 6個(gè)中斷源 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能 AT89C52P 為 40 腳雙列直插封裝的 8 位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的 8xc52 相同，其主要用于會聚調(diào)整時(shí)的功能控制。 VCC（ 40 腳）和 VSS（ 20 腳）為供電端口，分別接 +5V 電源的正負(fù)端。在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低 8 位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 (IIL)。對端口 P2 寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號拉低時(shí)會輸出一個(gè)電流 (IIL)。 P3 口， P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口。P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要 的用途是它的第二功能， P3 口還接收一些用于 Flash 閃速存儲器編程和程序校驗(yàn)的控制信號。一般情況下， ALE 仍以時(shí)鐘振蕩頻率的 1/6 輸出固定的脈沖信號，因此它可對外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。該位置位后，只有一條 MOVX 和 MOVC 指令才能將 ALE 激活。 EA/VPP，外部訪問允許。Flash 存儲器編程時(shí)，該引腳加上 +12V 的編程允許電源 Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用 12V 編程電壓 Vpp。并非所有的地址都被定義，從80H— FFH 共 128 個(gè)字節(jié)只有一部分被定義，還有相當(dāng)一部分沒有定義。定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的控制和狀態(tài) 位位于 T2CON和 T2MOD，寄存器對（ RCAO2H、 RCAP2L）是定時(shí)器 2 在 16 位捕獲方式或 16 位自動重裝載方式下的捕獲 /自動重裝載寄存器。 例如，下面的直接尋址指令訪問特殊功能寄存器 0A0H（即 P2 口）地址單元。 14 定時(shí)器 2， 是一 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。在計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，當(dāng) T2 引腳上外部輸入信號產(chǎn)生由 1 至 0 的下 降沿時(shí)，寄存器的值加 1，在這種工作方式下，每個(gè)機(jī)器周期的 5SP2 期間，對外部輸入進(jìn)行采樣。 捕獲方式，在捕獲方式下，通過 T2CON 控制位 EXEN2 來選擇兩種方式。 自動重裝載（向上或向下計(jì)數(shù)器）方式，當(dāng)定時(shí)器 2工作于 16 位自動重裝載方式時(shí)，能對其編程為向上或向下計(jì)數(shù)方式，這個(gè)功能可通過特殊功 能寄存器 T2CON 的 DCEN 位（允許向下計(jì)數(shù)）來選擇的。這個(gè)脈沖使 EXF2 置位，如果中斷允許，同樣產(chǎn)生中斷。 T2EX 引腳為邏輯“ 0”時(shí)，定時(shí)器 2 向下計(jì)數(shù)，當(dāng) TH2 和 TL2 中的數(shù)值等于 RCAP2H 和 RCAP2L 中的值時(shí)，計(jì)數(shù)溢出，置位 TF2，同時(shí)將 0FFFFH 數(shù)值重新裝入定時(shí)寄存器中。若 RCLK 和 TCLK 置位，則定時(shí)器 2工作于波特率發(fā)生器方式。波特率的計(jì)算公式如下： 方式 1 和 3 的波特率 =振蕩頻率 /{32*[65536(RCP2H,RCP2L)]} 式中（ RCAP2H， RCAP2L）是 RCAP2H 和 RCAP2L 中的 16 位無符號數(shù)。所以，當(dāng)定時(shí)器 2 作為波特率發(fā)生器使用時(shí)， T2EX 可作為附加的外部中斷源來使用。在訪問定時(shí)器 2或 RCAP2 寄存器之前，應(yīng)將定時(shí)器關(guān)閉（清除 TR2）。當(dāng)設(shè)置定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 為時(shí)鐘發(fā)生器時(shí)， C/T2（ T2CON .1） =0， T2OE （ ） =1，必須由 TR2（ ）啟動或停止定時(shí)器。 中斷， AT89C52 共有 6 個(gè)中斷向量：兩個(gè)外中斷（ INT0 和 INT1）， 3 個(gè)定時(shí)器中斷（定時(shí)器 0、 2）和串行口中斷。程序員不應(yīng)將“ 1”寫入這些位，它們是將來 AT89 系列產(chǎn)品作為擴(kuò)展用的。 時(shí)鐘振蕩器， AT89C52 中有一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。 10pF，而如使用陶瓷諧振器建議選擇 40pF177。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到 XTAL1 端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2 則懸空?？臻e模式可由任何允許的中斷請求或硬件復(fù)位終止。 程序存儲器的加密， AT89C52 有 3 個(gè)程序加密位，可對芯片上的 3 個(gè)加密位 LBLB LB3 進(jìn)行編程（ P）或不編程（ U）來得到。 Flash存儲器的編程， AT89C52單片機(jī)內(nèi)部有 8k字節(jié)的 Flash PEROM，這個(gè) Flash 存儲陣列出廠時(shí)已處于擦除狀態(tài)（即所有存儲單元的內(nèi)容均為 FFH），用戶隨時(shí)可對其進(jìn)行編程。 AT89C52 的程序存儲器陣列是采用字節(jié)寫入方式編程的，每次寫入一個(gè)字節(jié)，要對整個(gè)芯片內(nèi)的 PEROM 程序存儲器寫入一 17 個(gè)非空字節(jié)，必須使用片擦除的方式將整個(gè)存儲器的內(nèi)容清除。 4． 在高電壓編程方式時(shí)，將 EA/Vpp 端加上 +12V 編程電壓。 數(shù)據(jù)查詢， AT89C52 單片機(jī)用 Data Palling 表示一個(gè)寫周期結(jié)束為特征，在一個(gè)寫周期中，如需讀取最后寫入的一個(gè)字節(jié)，則輸出的數(shù)據(jù)的最高位（ ）是原來寫入字節(jié)最高位的反碼。 程序校驗(yàn)：如果加密位 LB LB2 沒有進(jìn)行編程，則代碼數(shù)據(jù)可通過地址和數(shù)據(jù)線讀回原編寫的數(shù)據(jù)。讀片內(nèi)簽名字節(jié)： AT89C52 單片機(jī)內(nèi)有 3 個(gè)簽名字節(jié)，地址為 030H、 031H 和 032H。 （ 032H） =FFH 聲明為 12V 編程電壓。 ULN2802 ULN2803 ULN2804A 8 個(gè) NPN 達(dá)林頓晶體管，連接在陣列非常適合邏輯接口電平數(shù)字電路（例如 TTL， CMOS 或 PMOS 上 / NMOS）和較高的電流 /電壓，如電燈，電磁閥，繼電器，打印錘或其他類似的負(fù)載，廣泛的使用范圍：計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用。 圖 28 ULN2803引腳圖 一 引腳圖 18引腳：輸入端 1118引腳：輸出端 9引腳：地端 10(COM)引腳 ：電源 + COM 腳的作用是當(dāng)你使用 ULN2803(2021)來驅(qū)動繼電器時(shí)，可以將 COM 腳接到繼電器的 VCC 端，利用 ULN2803(2021)內(nèi)部的反向二極管作保護(hù)繼電器，消除繼電器閉合時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓。為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，可將 COM 端接到電源正，來削減沖擊電壓低到二極管壓降加電源電壓的幅度 可以使得內(nèi)部的三極管受到最小的正電壓沖擊。其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝的。 4． CTVVTR 用石英晶體諧振器。有兩個(gè)寄存器與每個(gè)石英晶體相關(guān)聯(lián)，一個(gè)計(jì)數(shù)器（ counter）和一個(gè)保持寄存器（ holdingregister）。每次中斷稱為一個(gè)時(shí)鐘嘀嗒（ clocktick）。晶振有一個(gè)重要的參數(shù)，那就是 負(fù)載電容 值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。一種是皮爾斯 振蕩器配置，適用于晶振和陶瓷諧振槽路。但其性能受環(huán)境條件和電路元件選擇的影響。影響振蕩器工作的環(huán)境因素有： 電磁干擾 （ EMI）、機(jī)械震動與沖擊、濕度和溫度。最常用的兩種類型是晶振模塊和集成 RC 振蕩器（硅振蕩器）。分立振蕩器的功耗主要由反饋放大器的電源電流以及電路內(nèi)部的電容值所決定。再加上 20pF 的晶振負(fù)載電容，整個(gè)電源電流為 。一種低功率的硅振蕩器，如 MAX7375，工作在 4MHz 時(shí)只需不到 2mA 的電流。當(dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從 P 區(qū)注入到 N 區(qū)的空穴和由 N 區(qū)注入到 P 區(qū)的電子，在 PN 結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與 N區(qū)的電子和 P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓約 5伏。 LED 是英文 light emitting diode（發(fā)光二極管）的縮寫，它的基本結(jié)構(gòu)是一塊電致發(fā)光的半導(dǎo)體材料，置于一個(gè)有引線的架子上，然后四周用 環(huán)氧樹脂 密封，起到保護(hù)內(nèi)部芯線的作用，所以 LED 的抗震性能好。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱 LED。 圖 31 系統(tǒng)框圖 電源部分 本系統(tǒng)采用的是 5V的電壓。當(dāng)電路上電時(shí)，發(fā)光二極管亮紅燈。 圖 34 按鍵部分電路 24 驅(qū)動部分 此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動部分，我選用的是 ULN2803 芯片來驅(qū)動的， ULN2803 系列是一款高耐壓，大電流達(dá)林頓管驅(qū)動器，包含 7個(gè) NPN 達(dá)林頓管。 圖 36 狀態(tài)指示部分電路 1602 液晶也叫 1602 字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的 點(diǎn)陣 型液晶模