【正文】 指令 3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置 I/D：光標(biāo)移動方向，高電平右移，低電平左移 S:屏幕上所有文字是否左移或者右移。 第 3 腳： VL 為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生 “ 鬼影 ” ，使用時可以通過一個 10K 的電位器調(diào)整對比度。這樣一來就組成某個字符。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在便攜式電腦、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、 PDA 移動通信工具等眾多領(lǐng)域。 晶振電路 :典型的晶振取 (因為可以準(zhǔn)確地得到 9600 波特率和19200 波特率 ,用于有串口通訊的場合 )/12MHz(產(chǎn)生精確的 us 級時歇 ,方便定時操作 ) 特別注意 :對于 31 腳 (EA/Vpp),當(dāng)接高電平時 ,單片機(jī)在復(fù)位后從內(nèi)部 ROM的 0000H 開始執(zhí)行 。此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 19 1 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。 管腳說明 圖 管腳圖 VCC：供電電壓 ； GND：接地； 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。硬 件上 采 用 了專 用 的 系統(tǒng) 程 序 運行 監(jiān) 控 電 路16 WTD(看門狗 )。系統(tǒng)應(yīng)用了一片 ATMEL 公司的 AT89C51 單片機(jī)作為步進(jìn)電機(jī)控制器的核心運算器件，利用單片機(jī)強(qiáng)大的運算能力和可編程的特點，可以實現(xiàn)較為復(fù)雜的步進(jìn)電機(jī)控制功能。 (3)三相六拍方式 (單相繞組和雙相繞組交替施加電流脈沖 ):AABBBCCCA 一正轉(zhuǎn) 。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路。 圖 32 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 前面已經(jīng)介紹過，驅(qū)動脈沖的分配可以使用硬件方法，即用脈沖分配器實現(xiàn)?？刂撇竭M(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(jī)精確定位。典型的運動控制系統(tǒng)應(yīng)由三部份構(gòu)成 :控制部分、驅(qū)動部分、執(zhí)行部分。而 0、3 號齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 混合式步進(jìn)電機(jī) 混合式步進(jìn)電機(jī) (簡稱 HB)混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點。按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。 在負(fù)載正常范圍的情況下，步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)只和數(shù)字脈沖發(fā)生器提供的信號的頻率和脈沖占空比有關(guān)，一般情況下，電機(jī)的狀態(tài)不受負(fù)載的影響。 論文安排 本論文首先簡單介紹了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展的歷史，然后介紹了步進(jìn)電機(jī)常見的控制系統(tǒng)方案和常見的驅(qū)動方案，在這個基礎(chǔ)上提出了自己的設(shè)計目的，即設(shè)計一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟(jì)，但功能較為齊全，適應(yīng)性強(qiáng)，操作方便，交互性強(qiáng)，可靠性高，而且能在目前的職業(yè)教學(xué)中得到事半功倍的教學(xué)效果的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 ，這就是細(xì)分的基本概念 ’ 。 176。 （表示半步工作時為 176。從理論上講，自激式恒電流斬波驅(qū)動可以將電機(jī)繞組的電流控制在某一恒定值。 單電壓功率驅(qū)動電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單、元件少、成本低、可靠性高 。但是由于我國工業(yè)起步較晚且發(fā)展之初廣泛采用了磁阻式步進(jìn)電機(jī)，產(chǎn)品更新?lián)Q代沒那么快，同時磁阻式步進(jìn)電機(jī)雖然效率低、振動和噪音大但是由于堅固耐用、驅(qū)動控制技術(shù)成熟、價格較低，仍然很受國內(nèi)中小企業(yè)的歡迎，因此我國步進(jìn)電機(jī)的生產(chǎn)與國外不同仍然以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。永磁式步進(jìn)電機(jī)則由于轉(zhuǎn)子永磁體加工方面的限制步距角一般較大，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動分辨率比較受限，但是由于采用了低成本的爪極式結(jié)構(gòu)使得其制造工藝簡單、價格較低，容易快速批量生產(chǎn)，因而廣泛應(yīng)用于對單片機(jī)系統(tǒng) 驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 機(jī)械裝置 外圍電路 4 性能要求不高的場合 。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實現(xiàn)脈沖的分配 。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路將 PLC輸出的控制脈沖放大，達(dá)到比較大的驅(qū)動能力。 PLC 作為新一代的工業(yè)控制器，由于具有通用性好、實用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程簡單易學(xué)和可靠性高等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。這個系統(tǒng)由三部分組成 :脈沖信號產(chǎn)生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅(qū)動電路。本文首先簡要描述了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展、應(yīng)用情況、以及常見的控制系統(tǒng)采用的方案，常見的驅(qū)動技術(shù)，而且還分析了步進(jìn)電機(jī)的工作原理，然后以單片機(jī)為主控制器提出了整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，在此基礎(chǔ)上對各個模塊的電路進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計，接著闡述了步進(jìn)電機(jī)軟件控制開發(fā)的流程。很多這種控制系統(tǒng)在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動上已經(jīng)做的非常好，比如細(xì)分驅(qū)動技術(shù)，但是有的系統(tǒng)比較復(fù)雜，和一些相對比較簡單的控制過程不相吻合，投入上也不經(jīng)濟(jì) 。由于脈沖控制信號的驅(qū)動能力一般都很弱，因此必須有功率放大驅(qū)動電路。 該方案多通過一些大規(guī)模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，功能相對較單一，如需改變控制方案，必須需重新設(shè)計，因此靈活性不高。 PLC 控制的步進(jìn)電機(jī)可以采用軟件環(huán)形分配器，也可采用硬件環(huán)形分浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文配器。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。 國內(nèi)外發(fā)展情況 步進(jìn)電機(jī)問世以后很快就確定了開環(huán)高分辨率數(shù)控定位系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域，在工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)展至今己有幾十年的歷史，還沒有找到更合適的替代產(chǎn)品，而且已經(jīng)成為除了交直流電機(jī)外的第三大類電機(jī)。 70 年代我國研制快走絲數(shù)控線切割機(jī)、數(shù)控機(jī)床等數(shù)控設(shè)備的需求對步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用。當(dāng)輸入信號 In 為高電平時，提供足夠大的基極電流使三極管 T 處于飽和狀態(tài)，若忽略其飽和壓降，則電源電壓全部作用在電機(jī)繞組上。高低壓驅(qū)動可獲得較好的高頻特性，但是由于高壓管的導(dǎo)通時間不變，在低頻時，繞組獲得了過多的能量，容易引起振蕩。 細(xì)分驅(qū)動 要了解 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的 “ 細(xì)分 ” ，先要弄清 步進(jìn)電機(jī) “ 步距角 ” 這個概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。 176。 細(xì)分驅(qū)動器工作在 20細(xì)分狀態(tài) 176。 以上這些優(yōu)點，尤其是在性能上的優(yōu)點，并不是一個量的變化，而是質(zhì)的飛躍。接著介紹了本論文要設(shè)計的控制系統(tǒng)的功能特點，及要實現(xiàn)的操作方式。同時用一臺控制器控制幾臺步進(jìn)電機(jī)可使它們完全同步運行 ； 步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載的能力較差 ； 由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜化 ； 不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動。 永磁式步進(jìn)電機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī) (簡稱 PM)永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。由于本設(shè)計的設(shè)計目的更注重整個系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 [13] 13 第 3 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)概述 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是一個有機(jī)的完整的整體，由運動控制系統(tǒng)和操作控制系統(tǒng)組成。同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)控式電機(jī)，其最大特點是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)控制 (包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配 )使用軟件方法，即用單片機(jī)實現(xiàn)，這樣既簡化了電路，也降低了成本。}ACB 一反轉(zhuǎn)。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實現(xiàn)脈沖的分配 . 驅(qū)動電路按照控制要求有多 種選擇，在本論文的第一章就介紹了幾種常見的驅(qū)動電路。要能實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、變速以及控制顯示功能； 適應(yīng)性強(qiáng)，一般情況下只需改變軟件就可以適應(yīng)新的要求； 電機(jī)各種運行狀態(tài)指示要一目了然，使操作方便； 系統(tǒng)抗干擾和可靠性要高。 [16] LCD 按鍵 電源 1 單片機(jī) 電源 2 電機(jī)驅(qū) 動電路 復(fù)位電路 步進(jìn)電機(jī) 17 系統(tǒng)核心 —— AT89C51 單片機(jī) AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 RST：復(fù)位輸入。注意加密方式 1 時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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。單片機(jī)的時鐘電路有一個 12M 的晶振和兩個 30P 的小電容組成，它們決定了單片機(jī)的工作時間精度為 1微秒 。 (3)體積小、重量輕 液晶顯示器通過顯示屏上的電極控制液晶分子狀態(tài)來達(dá)到顯示的目的，在重量上比相同顯示面積的傳統(tǒng)顯示器要輕得多。例如屏的第一行的亮暗由 RAM 區(qū)的 000H—— 00FH 的16 字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（ 000H） =FFH 時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為 8 個點；當(dāng)（ 3FFH） =FFH 時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（ 000H）=FFH，（ 001H） =00H，（ 002H） =00H， ?? （ 00EH） =00H，（ 00FH） =00H 時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8 段亮線和 8 條暗線組成的虛線。顯示光標(biāo)移動設(shè)置； ○12寫指令 0CH：顯示開及光標(biāo)設(shè)置。 (3)1602LCD 的指令說明 1602 液晶模塊內(nèi)部的控制器共有 11 條控制指令，如表 所示： 表 控制命令表 序號 指令 RS R/W D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 清顯示 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 2 光標(biāo)返回 0 0 0 0 0 0 0 0 1 * 3 置輸入模式 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 4 顯示開 /關(guān)控制 0 0 0 0 0 0 1 D C B 5 光標(biāo)或字符移位 0 0 0 0 0 1 S/C R/L * * 6 置功能 0 0 0 0 1 DL N F * * 7 置字符發(fā)生存貯器地址 0 0 0 1 字符發(fā)生存貯器地址 24 8 置數(shù)據(jù)存貯器地址 0 0 1 顯示數(shù)據(jù)存貯器地址 9 讀忙標(biāo)志或地址 0 1 BF 計數(shù)器地址 10 寫數(shù)到 CGRAM 或 DDRAM） 1 0 要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容 11 從 CGRAM 或 DDRAM 讀數(shù) 1 1 讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容 1602 液晶模塊的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實現(xiàn)的。 D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平表示關(guān)顯示 C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無光標(biāo) B：控制光標(biāo)是否閃爍， 高電平閃爍，低電平不閃爍。 第 6 腳： E 端為使能端，當(dāng) E 端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。 1602 字符型 LCD 簡介 字符型液晶顯示模塊是一種專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等點陣式 LCD。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（ Static）、單純矩陣驅(qū)動（ Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（ Active Matrix）三種。因此，液晶顯示器畫質(zhì)高且不會閃爍。 單片機(jī)的最小化系統(tǒng)是單片機(jī)能正常工作所必須的外圍元件 , 最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括 :單片機(jī)、晶振電路、復(fù)位電路 。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的 /PSEN信號將不出現(xiàn)。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高； P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流； P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流 ； P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路。一個利用單片機(jī)來構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)控制 系統(tǒng)的優(yōu)點是十分明顯的。以其中的幾個口控制驅(qū)動電路，由于步進(jìn)電機(jī)工作時，電機(jī)繞組內(nèi)的電流值一般都能達(dá)到數(shù)安培，而控制電機(jī)繞組內(nèi)電流變化的控制信號一般都是由邏輯電路產(chǎn)生的數(shù)字信號，電壓一般比較低，為了防止單片機(jī) 或控制信號等受到后級模擬電路的干擾，通常在驅(qū)動電源的設(shè)計時都要設(shè)計電壓隔離接口，以便把數(shù)字信號和模擬信號隔離開 .所以將光電隔離單片機(jī)系統(tǒng) 驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī) 機(jī)械裝置 外圍電路 15 電路接在驅(qū)動電路和單片機(jī)出口之間。以三相步進(jìn)電機(jī)為例，電流脈沖的施加共有 3 種方式。使用單片機(jī)以軟件方式驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，不但可以通過編程方法，在一定范圍內(nèi)自由設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、往返轉(zhuǎn)動的角度以及轉(zhuǎn)動次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進(jìn)電機(jī)的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。在本論文第一章，已經(jīng)對此作了介紹。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)