【正文】 ce of motion control system plays an important role. In this paper, the design with the single chip processor as the core of stepping motor controller, and gives the detailed design process, including hardware design and software design. In order to verify the correctness and effectiveness of the designed controller, this paper gives the experimental results, and experimental results are in conformity with the expected effect.Keywords: Single chip microputer。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性,不僅與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身的特性和負(fù)載有關(guān),而且與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源(即驅(qū)動(dòng)電路)有著十分密切的關(guān)系。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的本體確定后,系統(tǒng)的性能主要取決于驅(qū)動(dòng)器及控制器的優(yōu)劣。圖 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖,永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由N極、S極相間的永磁體構(gòu)成。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般具有很大的噪聲。,。該伺服系統(tǒng)與直流伺服電機(jī)相比,響應(yīng)時(shí)間短,輸出相同扭矩時(shí)伺服部件的夕丨形尺寸小。`20世紀(jì)70年代,美國GEHYS公司首先研制成功了大慣量直流電動(dòng)機(jī),即通常所指的寬調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)。因步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于制造,成本相對(duì)低廉,所以迄今為止,在運(yùn)動(dòng)速度較低、輸出扭矩較小的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床上仍然得到普遍應(yīng)用。采用軟件控制代替了硬件控制,簡(jiǎn)化了伺服系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu),降低硬件成本。在20世紀(jì)80年代,中國通過引進(jìn)、消化、吸收國外伺服控制的先進(jìn)技術(shù),又在國家“七五”、“八五”、“九五”期間對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行重大科技項(xiàng)目攻關(guān)取得了很大成果。21世紀(jì),國產(chǎn)伺服控制系統(tǒng)與國外相比仍存在一定的差距,尤其在驅(qū)動(dòng)裝置、定位速度、定位精度等方面,這些要求的滿足主要與伺服系統(tǒng)的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性存在直接關(guān)系。,以往的步進(jìn)電機(jī)伺服控制產(chǎn)品,僅針對(duì)某一具體型號(hào)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)方法相對(duì)死板,單一,而選用L297與L298N芯片配合驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī),可實(shí)現(xiàn)兩相或四相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作。,實(shí)現(xiàn)C語言程序的調(diào)試與編譯工作。 研究路線圖2. 1兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作過程步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)包括步距角、精度、轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)頻率、運(yùn)行頻率等。最大累積誤差即是電動(dòng)機(jī)從某一不確定的位置運(yùn)轉(zhuǎn),經(jīng)過無數(shù)步工作之間,角位移量誤差的最大數(shù)值。 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的運(yùn)行狀態(tài)下,全速運(yùn)行而未產(chǎn)生失步現(xiàn)象,則此過程的最大頻率值為響應(yīng)頻率。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子組成。兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有A和B兩相控制繞組,用A與B表示兩相繞組通入正向電流,用A39。 一 B39。 一 B39。 一 A順序通電,每改變一次通電狀態(tài),轉(zhuǎn)子沿方向轉(zhuǎn)過四分之一齒距,即360/(50X4)=。此種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由定子及轉(zhuǎn)子組成。液壓伺服系統(tǒng)是以液壓伺服閥作為核心元件,實(shí)現(xiàn)以小功率的電信號(hào)輸入,控制大功率的液壓能輸出的過程。直到八十年代的時(shí)候,伺服控制系統(tǒng)掀 了薪新的一頁,技術(shù)方面有了較大的突破,氣動(dòng)伺服系統(tǒng)已經(jīng)替代了以往的伺服控制系統(tǒng),成為時(shí)代發(fā)展的主流控制系統(tǒng)。伺服控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于半導(dǎo)體、數(shù)控機(jī)床、電子及通信設(shè)備制造業(yè)、數(shù)字化裝備制造業(yè)等方面。 。這種伺服系統(tǒng)的定位ft度由測(cè)量元件的精度所決定。測(cè)量器件測(cè)量出的位移量經(jīng)反饋電路返回,與輸入指令進(jìn)行比較,之后校正齒輪軸的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)位移情況。 系統(tǒng)組成框圖主控制模塊采用Atmel公司生產(chǎn)的八了AT89S51型號(hào)的單片機(jī)。當(dāng)鍵盤按下時(shí),低電平有效,通過與門觸發(fā)單片機(jī)的外部中斷1與外部中斷2,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的運(yùn)轉(zhuǎn)工作,同時(shí)通過單片機(jī)的P1 、RW、E引腳發(fā)送指令,選擇數(shù)據(jù)寄存器或指令寄存器來進(jìn)行相應(yīng)的讀或?qū)懖僮?完成步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的運(yùn)行狀態(tài)的顯示工作?；诓竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)工作的獨(dú)特性,需要為其設(shè)計(jì)專門的驅(qū)動(dòng)裝置,以滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正常的工作狀態(tài)的要求。L297與L298N芯片配合的優(yōu)點(diǎn)是需要的元件較少,從而使得裝配成本低,可靠性高和占空間少,并且,通過軟件程序進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制,可大大簡(jiǎn)化課題設(shè)計(jì)的負(fù)擔(dān),增加步進(jìn)電機(jī)伺服控制器的靈活性。它有三種模式:即半步模式。而L297芯片的模式信號(hào)由19 (HALF/FULL)引腳設(shè)定,接入低電平時(shí),進(jìn)入全步方式,變換器在奇數(shù)狀態(tài),得到單相工作方式(單四拍),在偶數(shù)狀態(tài),得到雙相工作方式(單四拍)。它專用于雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),L298N芯片可接受標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào),內(nèi)含兩個(gè)H橋的高電壓全橋式驅(qū)動(dòng)器,H橋最大可承受46V電源電壓,相電流可達(dá)2. 5A,可用來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)及步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線圈等感性負(fù)載,且具有過溫保護(hù)功能。獨(dú)立式鍵盤具有易于控制,使用可靠等諸多優(yōu)點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用。在步進(jìn)電機(jī)伺服控制器中,LCD1602顯示狀態(tài)為:第一行,顯示速度信息,以n/min為單位,其初始值定為120轉(zhuǎn)。 鍵盤顯示模塊圖 硬件抗干擾模塊選用TLP521型作為硬件抗干擾模塊的器件。 TLP521光耦內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服控制器的軟件部分釆用模塊化進(jìn)行設(shè)計(jì),由各個(gè)功能子模塊結(jié)合起來組成系統(tǒng)的整體部分。void (unsigned int n)。void ShowState ()。sbit RW=P0A1。sbit P1_7=P1A7。sbit a3=P2A5。char STATE—CW[] = {CW}。 //速度unsigned char RunStateRIGHT_RUN。 //開外部中斷0:加速IT1=1。ShowState ()。start:RS=0。 a2。if (Pl_7==0)return 0。 Delav0。}void DoSpeed (){SPEED[0]=(1000*6/RunSpeed/100)+48。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減速運(yùn)轉(zhuǎn)的方法有硬件法和軟件法兩種,軟件法是指用延時(shí)程序來改變輸出脈沖頻率。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率為3000PPS,系統(tǒng)編程時(shí)設(shè)定的頻率值為2000PPS,通過改變軟件程序中延時(shí)程序的值,實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加速、減速的控制。show_lcd(SpeedChar Li):i++。外部中斷0的C語言程序部分代碼如下:void INT—0() interrupt 0{ if(a0==0)RunSpeed=0:delay—runs (10)。} } 第四章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的基于AT89S51 的電機(jī)控制器的正確性與有效性、控制回路和控制程序是否滿足系統(tǒng)要求，在實(shí)驗(yàn)室完成了控制系統(tǒng)的閉環(huán)調(diào)速實(shí)驗(yàn)。第二步: 轉(zhuǎn)速閉環(huán)測(cè)試主要是測(cè)試電機(jī)轉(zhuǎn)速在數(shù)字PID 閉環(huán)控制下的控制精度和響應(yīng)速度。a. 轉(zhuǎn)速為20 r /min 時(shí)兩相波形輸出圖形b. 轉(zhuǎn)速為50 r /min 時(shí)兩相波形輸出圖形 c. 轉(zhuǎn)速為100 r /min 時(shí)兩相波形輸出圖形 不同情況運(yùn)行時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖波形 轉(zhuǎn)速50 r /min 時(shí)測(cè)速光電門輸出波形從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能滿足指標(biāo)要求，系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度均在允許范圍內(nèi)。 轉(zhuǎn)度測(cè)試結(jié)果理論速度/（）2050100理論速度/（）99誤差值1 第五章 結(jié)束語步進(jìn)電機(jī)是一種輸出與輸入數(shù)字脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件，隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用會(huì)更加廣泛。由于不斷的上機(jī)操作與實(shí)踐，不但加強(qiáng)了自己動(dòng)手能力，同時(shí)對(duì)一些計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用有了一定的掌握與理解，并加強(qiáng)了網(wǎng)上學(xué)習(xí)和查閱資料的能力。無論是基礎(chǔ)知識(shí)還是專業(yè)知識(shí)都被設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來，使零散的知識(shí)系統(tǒng)化，形成了一種能力，這也是畢業(yè)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的。特別對(duì)未來要充滿期盼，充滿希望，要微笑著走人生的每一步。 感謝我的老師，這片論文的每個(gè)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)和每個(gè)數(shù)據(jù)，都離不開你的細(xì)心指導(dǎo)。四年了，仿佛就在昨天。我們?cè)谝黄鸬娜兆樱視?huì)記一