【正文】 比最優(yōu)，根據(jù)控制系 統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實(shí)現(xiàn)了基于 8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。人們用它來驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、繪圖儀，磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具，還有機(jī)器人等機(jī)械裝置。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。三相雙三拍的通電順序?yàn)? AB→ BC→ CA→ AB，三相六拍的通電順序?yàn)?A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A。其他方式情況類似。 （ 4） 步進(jìn)電機(jī)的起?？刂? 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感。所有步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，必須有加速過程，在停止時(shí)波形有減速過程。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，于此類似“停止頻率” 是指系統(tǒng)控制信號(hào)突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。 （ 6） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)在換向， 以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī) 。 步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： ① 步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 ④ 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其 他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的 總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度由輸入 的電脈沖數(shù)確定，所以 ，也有人稱步進(jìn)電機(jī)為數(shù)字 /角度轉(zhuǎn)換器。 ② 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不 同隊(duì) N、 S磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用 m表示。 定位轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。但過分采用 減小氣隙，增加勵(lì)磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱 及機(jī)械噪音。各種工作方式在電源通電時(shí)的時(shí)序 與波形分別如圖 1 a、 b、 c 所示。芯片內(nèi)的 PWM斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。如多個(gè) 297同步控制，所有的 SYNC端都要連在一起，共用一套振蕩元件。當(dāng) L297在初始狀態(tài) (ABCD=0101)時(shí)，此端有指示。當(dāng)此 引腳 為低電平時(shí)， A相、 B相驅(qū)動(dòng)控制被禁止；當(dāng)線圈級(jí)斷電時(shí)，雙極性橋用這個(gè)信號(hào)使負(fù)載電源快速衰減。 8腳 (INH2)—— 控制 C相和 D相的驅(qū)動(dòng)級(jí)。當(dāng)它為低電平時(shí)， INH1， INH2， A， B，C， D都為低電平 。 12腳 (Vcc)—— +5V電源輸入端。加到此 引腳 的電壓決定繞組電流的峰值。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向由繞組的連接方法決定。 19腳 (HALF/FULL)—— 半步、全步方式 選擇端。此 引腳 輸入負(fù)脈沖時(shí)，變換器恢復(fù)初始狀態(tài) (ABCD=0101)。由變換器產(chǎn)生 4個(gè)輸出信號(hào)送給后面的輸出邏輯部分，輸出邏輯提供禁止和斬波器功能所需的相序。 3種方式的驅(qū)動(dòng)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。 13 圖 8 L298引腳 圖 三、方案論證 從該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求可知，該系統(tǒng)的輸入 量為速度和方向，速度應(yīng)該有增減變化，通常用加減按鈕控制速度，這樣只要 2根口線，再加上一根方向線盒，一根啟動(dòng)信號(hào)線共需要 4根輸入線。步進(jìn)電機(jī)的四相繞組控制過程如下： L297的 方向控制端（ CW/CCW）， 步進(jìn)時(shí)鐘輸入端。 四、硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路只要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路四大部 分。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過控制通入 電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。使 L297輸出 四相八拍工作所需的適當(dāng)相序 （ A,B,C,D四相）。 圖 12總體電路圖（包括顯示電路圖） 17 五、軟件設(shè)計(jì) 通過分析可以看出，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能可以采用多種方法，由于隨時(shí)有可能輸入加速、加速信號(hào)和方向信號(hào)，因而采用中斷方式效率最高，這樣總共要完成 4 個(gè)部 分的工作才能滿足 課題要求，即主程序部分、定時(shí)器中斷部分、外部中斷 0 和外 部中斷 1部分，其中主程序的主要功能是系統(tǒng)初始參數(shù)的設(shè)置及啟動(dòng)開關(guān)的檢測， 若啟動(dòng)開關(guān)合上則系統(tǒng)開始工作，反之系統(tǒng)停止工作；定時(shí)器部分控制脈沖頻率， 它決定了步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢；兩個(gè)外部中斷程序要做的工作都是為了完成改變 速度這一功能。若初始化 P1=11H、速度和方向初始值均設(shè)為 0，就意味著步進(jìn)電機(jī)按四相單八拍運(yùn)行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進(jìn)電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“ 0”， 速度值顯示“ 0”，主程序流程圖如圖 5所示。速度增加按鈕 S2 為 INT0 中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當(dāng)RunSpeed的 值大于 12時(shí)，原數(shù)值減 2返回，計(jì)算速度值。 void show_lcd(int)。 void DoSpeed()。 char SpeedChar[]=SPEED(n/min):。 char SPEED[3]=050。 //定時(shí)器 0， 1 都為計(jì)數(shù)方式；方式 2； EA=1。 TR0=1。 TR1=1。 //脈沖方式 EX1=1。 while(1) 20 { clock(RunSpeed)。 P1=0x01。 P0_0=0。 } //中斷 0:加速程序 void SpeedUp() interrupt 0 { if(RunSpeed=12) RunSpeed=RunSpeed2。 ShowState()。 cmd_wr()。 RW=1。a++)。 else goto start。 P1=0x01。 cmd_wr()。 delay()。} void cmd_wr() //寫控制字 { RS=0。} void show_lcd(int i) //LCD 顯示子程序 { P1=i。 E=1。)//////char SpeedChar[]=SPEED(n/min):。 } delay()。 while(SPEED[i]!=39。///SPEED[3]=050。 cmd_wr()。) { delay()。 } delay()。 if(RunState==RIGHT_RUN) while(STATE_CW[i]!=39。///char STATE_CW[]=CW。) { delay()。 }} void clock(unsigned int Delay) //1ms 延時(shí)程序 { unsigned int i。i124。 SPEED[2]=1000*6/RunSpeed%10+48。本論文的研究和探討還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，我們要在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，不 斷吸取新的技術(shù)和方法，并將它們應(yīng)用于本課題的研究上來，進(jìn)一步深化我們的 研究深度，爭取有更多的收獲。 設(shè)計(jì)條件 1． PC機(jī)一臺(tái)，教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái) 。 計(jì)劃設(shè)計(jì)進(jìn)程 一、 總體方案設(shè)計(jì) 二、 硬件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 選擇計(jì)算機(jī)字長 (選用 51 內(nèi)核的單片機(jī) ) 設(shè)計(jì)支持計(jì)算機(jī)工作的外圍電路 (EPROM、 RAM、 I/O端口、鍵盤、顯示接口電路等 )； 設(shè)計(jì)輸入信號(hào)接口電路； 設(shè)計(jì)輸出控制電路； 其它相關(guān)電路的設(shè)計(jì)或方案 (電源、通信等 )