【正文】 easy to realize the stepper motor control. SCM control also used to reduce hardware costs, but also to overe some of the hardware design changes can not be flexible and easy to change parts of the shortings. The massive practices proved that Stepper motor regarding the high efficiency, the simple straight line rises the frequency technology, cannot let the electrical machinery work under the optimum efficiency condit ion, this article only then uses the curve line control the method, can reduce the electrical machinery to rise and fall the time which the frequency uses, raises electrical machinery39。我們改變電機時，只要根據(jù)電機的特性改變數(shù)據(jù)區(qū)的一些數(shù)據(jù)，即可使曲線很好的與電機適配。采用單片機控制既能減少硬件開銷，也克服了硬件設(shè)計中一些元器件不能靈活變動和容易 變值的缺點?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為 “ 步距角 ” ），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。單片機將各種功能部件集成在一塊芯片上，可靠性和抗干擾能力比較強，其輸出的高低電平易于實現(xiàn)對步進電機的控制。在升降頻過程中， 我們專門設(shè)計了一個數(shù)據(jù)區(qū)，這個數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)確定了電機在升降頻過程中按指數(shù)曲線規(guī)律變化。s implementing agency. When stepper motor the driver to receive to a signal impulse, stepper motor on the actuation (to be called “step pitch angle” according to a hypothesis directional rotation fixed angle), its revolving is moves gradually by the fixed angle. May control the angular displacement through the steering impulse integer, thus achieves the accurate localization the goal。 步進電機工作原理及分類 .................................. 3 167。 單片機控制步進電機的升降頻 ............................. 6 第 2 章 步進電機控制系統(tǒng)硬件電路 .........................9 167。 步進電機驅(qū)動電路 ................................. 12 167。 升頻流程圖 ....................................... 14 167。 程序源代碼 .............................................. 19 結(jié) 論 ................................................24 參考文獻 ..............................................25 致 謝 ................................................26 附 錄 1 ..............................................27 附 錄 2 ..............................................28 畢業(yè)設(shè)計（論文） V 外 文 材 料 譯 文 .....................................29 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。原來的步進電機控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計電路。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。 本文第一章介紹了步進電機的一些基本知識，包括步進電機的分類，各種技術(shù)指標和步進電機的驅(qū)動簡介，確定電機型號，介紹了如何用單片機控制步進電機的升降頻，說明了用軟件控制步進電機的優(yōu)越性。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 大多控制系統(tǒng)中的步進電機升降速控制一般不考慮電機及負載的個性統(tǒng)一采用慢速直線升頻，這樣不僅使電機的轉(zhuǎn)矩性能不能夠很好的發(fā)揮，而且加長了步進電機的升降時間，降低了加工效率。 步進電機工作原理及分類 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。從步進電機的矩 頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶動負載的能力越差。 常見的步進電機分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。 此外，按照電機驅(qū)動架構(gòu)又可分為單極性和雙極性步進電機。 雙極性步進電機的驅(qū)動電路使用八顆晶體管來驅(qū)動兩組相位。 167。電機相數(shù)不同，其步距角也不同。 167。 失步 ： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 步進電機驅(qū)動控制系統(tǒng)的 組成 使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如 11 所示 ： 圖 11 步進電機驅(qū)動控制 脈沖信號一般由單片機或 CPU 產(chǎn)生，脈沖的數(shù)量決定旋轉(zhuǎn)的總角度，脈沖的頻率決定旋轉(zhuǎn)的速度。 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機 負載 脈沖信號 信號分配 功率放大 步進電機 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū) 動電源。 本次設(shè)計選用 35BY48S03型步進電機。 m 定位轉(zhuǎn)距 ： 65N步進電機在這種應(yīng)用場合下最大的優(yōu)勢是：可以開環(huán)方式控制而無需 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 反饋就能對位置和速度進行控制。 步進電機作為執(zhí)行元件的一個顯著特點是速度啟停能力，若符合不超過步進電機所提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能迅速是步進電機啟動或停止，一般步進電機的步進速度為 100～ 1000 步 /秒，如果步進電機是以逐漸加速到最大值然后逐漸減速到零的方式工作，其速度可增加到 28 倍，而不失步。一般情況下，系統(tǒng)的極限啟動頻率比較低，而要求的運行速度往往比較高。且步進電機在啟動時，由于其靜態(tài)慣性大，需以較小的加速升頻，當電機轉(zhuǎn)動越來越快時，其運動慣性逐漸增大，可以較大的加速度升頻。而且隨著系統(tǒng)使用的時間越來越長，元器件會發(fā)生變值，造成電 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 機升降頻在的阻尼。 圖 13 步進電機升降頻運行曲線 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 2 章 步進電機控制系統(tǒng)硬件電路 本文采用目前國內(nèi)比較常用的單片機用與整個回路的控制，單片機選用51 系列的 AT89C51 芯片，芯片及其外圍時鐘電路和復(fù)位電路組成單片機最小系統(tǒng)，按鍵 SW1SW4 做為輸入控制， ULN2020 做為步進電機驅(qū)動器件。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器， 在本次設(shè)計中不需要外擴存儲器 。 單片機最小系統(tǒng)電路圖如圖 22 所示： 圖 22 單片機最小系統(tǒng)電路圖 管腳說明： P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。本次設(shè)計中， P0 口作為鍵盤輸入口。 本次設(shè)計中， P1 口作為脈沖輸出口，與步進電機驅(qū)動電路相連接。 XTAL2:來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。根據(jù)應(yīng)用的要求，復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和上電或開關(guān)復(fù)位。 167。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 為使 CPU 能正確地讀出 輸入口 的狀態(tài)，對 每一次按鈕只作一次響應(yīng)，就必須考慮如何去除抖動，常用的去抖動的辦法有兩種：硬件辦法和軟件辦法。 步進電機驅(qū)動電路 AT89C51 控制電機運行的各種工作狀態(tài)。 它是一個 7 路反向器電路，即當輸入端為高電平時， ULN2020 輸出端為低電平，當輸入端為低電平時 ULN2020 輸出端為高電平。 步進電機控制系統(tǒng)應(yīng)用流程圖 167。設(shè)計的最小啟動頻率為100HZ，在升頻過程中每按一次升頻鍵，步進 電機升頻后勻速運行，這樣易于發(fā)現(xiàn)因數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)不合理而導(dǎo)致電機出現(xiàn)失步的狀況。 步進電機數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)計 步進電機帶負載時的運行頻率低于起動頻率時，步進電機能以運行頻率直接起動，并以該頻率連續(xù)運行。最后的降頻可以看作是升頻的逆過程。每次計滿時，定時器重裝下一頻率的初值。 圖 34 升頻曲線 當頻率為 100HZ 時，對應(yīng)橫坐標時間為： T=(10/60)*5= 兩步之間定時時間 t0 (μ s)為： t0=f1=1001 =（ s） =10000（ μ s） 步數(shù)為： BC=T/ t0 =以此方法可以得到如表 31 所示的 升頻數(shù)據(jù)區(qū)： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 31 升頻數(shù)據(jù)區(qū) 頻率 步數(shù) 頻率 步數(shù) 100 83 420 140 130 108 520 130 180 120 650 150 230 115 850 200 290 145 1000 100 350 145 以升頻曲線的反指數(shù)曲線可以得到如表 32 所示的 降頻數(shù)據(jù)區(qū) 表 32 降頻數(shù)據(jù)區(qū) 頻率 步數(shù) 頻率 步數(shù) 1000 750 680 230 970 725 580 150 920 700 450 140 870 435 250 60 810 405 100 10 750 310 AT89C51 有兩個定時 /計數(shù)器，本系統(tǒng)選用 T1 作為定時器使用。 sbit SpeedUp=P0^1。 sbit AN=P1^1。 //以指定頻率運行 void MotRun(uint F)。 TMOD=0X20。 TR1=1。 return。 AN=0。 AP=0。 T1_delay(t)。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 BN=0。 BP=0。 AN=0。 } //停止電機函數(shù) void Motstop(void) { AP=0。 return。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 SpeedDown=1。 BP=0。 while(1) { while(Start!=0amp。(F1000)) { uint i， j， bc， a[]={100， 130， 180， 230， 290， 350， 420， 520， 650， 850， 1000}， b[]={83， 108， 120， 115， 145， 145， 140， 130， 150， 200， 100}。 bc=b[i]。 } 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 } //降頻 if((!SpeedDown)amp。i12。j0。 } MotStop()。本文采用程序的方法來實現(xiàn)升降頻控制，克服了硬件設(shè)計那些不能靈活變動和元器件容易變值的缺點。實踐證明，在大功率步進電機控制中，采用指數(shù)曲線控制方法能有效的減少電機啟動所用的時間，且能保證力矩最大，在很大程度提高了電機的工作效率。作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)教師的的督促指導(dǎo)，想要完成這個設(shè)計是難以想象的。 在此，感謝在畢業(yè)設(shè)計這段時間里所有幫助我的同學(xué)，如果沒有同學(xué)們抽出時間來幫助我，解答我的一些疑惑，提點我的疏忽，我將花費數(shù)倍的時間來完成我的