【正文】 s antiracism taskforce, is in London for the Football Association39。老師學(xué)識(shí)淵博、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、經(jīng)驗(yàn)豐富，特別是忘我工作的科研精神都使我受益匪淺。遵循物質(zhì)客觀規(guī)律，不隨便改寫設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 本設(shè)計(jì)通過單片機(jī) AT89C51 來控制步進(jìn)電機(jī)的 正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)數(shù) ， 以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。若有高壓 ,聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí) ,將會(huì)損壞仿真器等 ,有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成 塊發(fā)熱損壞。然后延時(shí) 1ms，接著關(guān)閉十位數(shù)碼管，查表得到個(gè)位的字段碼送 P1口，控制個(gè)位上的數(shù)碼管顯示。 （ 4）電機(jī)控制中斷程序流程圖 定時(shí)器中斷 0 服務(wù)程序流程圖如圖 34所示： 開 始保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)退 出根 據(jù) 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 速查 表 設(shè) 定 T H 0根 據(jù) 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 速查 表 設(shè) 定 T L 0判 斷 轉(zhuǎn) 動(dòng) 方 向控 制 位 的 值循 環(huán) 左 移 脈 沖信 號(hào) 并 輸 出循 環(huán) 右 移 脈 沖信 號(hào) 并 輸 出恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)是 0是 1 圖 34定時(shí)器中斷 0服務(wù)程序流程圖 定時(shí)器中斷 0 服務(wù)程序的中斷時(shí)間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。延時(shí) 10ms 后再次掃描 P2 口 ，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動(dòng)產(chǎn)生；如果相等則表明確實(shí)有鍵按下。 電路圖如下所示： 圖 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路圖 第三章 控制系統(tǒng)的軟件 程序設(shè)計(jì)思路 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時(shí)完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示等任務(wù)，這就必須通過中斷技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 所謂動(dòng)態(tài)顯示就是用掃描方式輪流點(diǎn)亮 LED 顯示器的各個(gè)位。實(shí)現(xiàn)譯碼的邏輯電路成為譯碼器。而音頻功率輸出。在電子學(xué)電路設(shè)計(jì)中，達(dá)林頓接法常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。 光電耦合器的用途很多，如作為高壓開關(guān)，信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換．脈沖系統(tǒng)間的電平匹配以及各種邏輯電路等。其原理圖如圖 213所示： 圖 213鍵盤控制模塊原理圖 光電耦合器與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) (1) 4N25 光電耦合器 光電耦合器是把發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合，構(gòu)成電一光一電的轉(zhuǎn)換 器件。 按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM 增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的 I/O 線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通 COM 端電路的 控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。 (3)最大響應(yīng)頻率 ：在無負(fù)載、負(fù)荷慣性為 0時(shí)，電機(jī)所 能夠響應(yīng)之最快的速度。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場(chǎng)合下使用。（半步級(jí)），是非常小的；停止定位精度誤差皆在177。其組數(shù)與主極極數(shù)相等。 定子部分： 主磁極：也稱為主極。運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、 電樞繞組 、 換向器 和風(fēng)扇等組成。 /9176。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用 電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器。 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測(cè)試條 件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 圖 29 目前市場(chǎng)上所使用的工業(yè)用步進(jìn)電機(jī)，以混和式（ HB型）最為普遍。 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如圖所示 圖 24 上電和開關(guān)復(fù)位 而我們?cè)谶@次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中運(yùn)用的人工復(fù)位電路 . 其中電平復(fù)位是通過 RST端經(jīng)電阻 和電源 Vcc 接通而實(shí)現(xiàn)的，按鍵手動(dòng)電平復(fù)位電路如圖。 RST 變?yōu)榈碗娖胶?，退出?fù)位， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。 圖 時(shí)鐘振蕩電路 （ 3）復(fù)位電路 計(jì)算機(jī)在啟動(dòng)運(yùn)行是都需要復(fù)位，使中央處理器 CPU 和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開始工作。 FLASH 存儲(chǔ)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。 P3 口： P3 口是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ,P3 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng) （吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯們電路。作輸入口使用時(shí)，因 為內(nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉底時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流。 AT89C51 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 4K 字節(jié) FLASH 閃速存儲(chǔ)器， 128 字節(jié)內(nèi)部RAM， 32 個(gè) I/O 口線，兩個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器，一個(gè)向量兩級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通訊口，內(nèi)置一個(gè)精密比較器， 片內(nèi)振蕩器及時(shí)鐘電路，同時(shí)AT89C51 可降至 0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的工作模式，空閑方式停止 CPU 的工作，但允許 RAM，定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行通信及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作?？墒共竭M(jìn)電機(jī)具有更高的性能 ,同時(shí)把數(shù)字電路與驅(qū)動(dòng)電路隔離開 ,避免了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電壓和電流干擾單片機(jī)。 ：清除設(shè)定為正轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)數(shù)為 00。 但是在有些應(yīng)用場(chǎng)合，并不需要高精度的控制，而是需要在滿足一般工作要求的情況下，盡量使控制系統(tǒng)做到：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低；功能較為齊全；適應(yīng)性強(qiáng)；電機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)指示一目了然，操作方便；系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高等要求。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例如 打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀機(jī)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)也在軍用儀器，通信和雷達(dá)設(shè)備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機(jī)床，電子鐘，醫(yī)療設(shè)備及自動(dòng)繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機(jī)控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)長期積累。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 在這科技越來越發(fā)達(dá) 的時(shí)代，人們對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的要求也越來越高。 本文主要研究基于 AT89C51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器控制 ,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用 74LS47 和達(dá)林頓管，使步進(jìn)電機(jī)可在智能化程序控制下完成正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)數(shù)設(shè)定等各種操作。文中在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間增加一級(jí)光電隔離可使步進(jìn)電機(jī)具有更高的性能 ,同時(shí)把數(shù)字電路與驅(qū)動(dòng)電路隔離開 ,避免了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的沖擊電 壓和電流干擾單片機(jī)。運(yùn)用單片機(jī)對(duì)其高精度和智能化控制一直備受關(guān)注，對(duì)其高新技術(shù)的開發(fā)持續(xù)不斷，單片機(jī)系統(tǒng)控制的研究具有很大的開發(fā)潛能， 本控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分組成。178。178。178。178。178。178。178。178。 3 系統(tǒng)基本功能178。178。178。178。 3 設(shè)計(jì)方案介紹178。178。178。178。 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 4 步進(jìn)電機(jī)178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 26 第三章 控制系統(tǒng)的軟件178。178。178。 28 程序設(shè)計(jì)思路178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 34 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié)178。178。178。178。178。178。178。178。178。 36 參考文獻(xiàn)178。178。178。178。178。178。178。178。178。178。 42 緒 論 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國外一般稱為 Steppingmotor、 Pulse motor或 Stepper servo，其應(yīng)用發(fā)展已有約 80年的歷史。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。因而，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的研究也就顯得尤為重要了。本論文就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。 A：設(shè)定正逆轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 要想實(shí)現(xiàn)以上論述的功能 只要 通過 P1 口的鍵盤輸入并 按一定的順序改變 P0 口輸出的 脈沖 信號(hào)，從而改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 四端 通電的狀況，即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。掉電方式保存 RAM 中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作，并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。 FLASH 編程和程序效驗(yàn)期間， P1 接收低 8 位地址。對(duì)端口寫 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。 XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。 MCS51 的復(fù)位輸入引腳 RST為 MCS51提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在 MCS51的時(shí)鐘電路工作后，只要 RST 引腳上出現(xiàn)超過兩個(gè) 機(jī)器周期以上的高電平時(shí)，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（ SP=07， P0、 P P P3為 0FFH 外，其它寄存器都為 0。當(dāng)時(shí)鐘頻率選用 12MHz 時(shí)， C 選取 10uF， R 選擇 1000 歐。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。 因此在本次設(shè)計(jì)中用 AT89C52 來作為該系統(tǒng)的核心處理芯片。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機(jī)控制。 步進(jìn)電機(jī)概述 ： （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(duì) N、 S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。 （二） 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)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。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)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。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。以 三相電機(jī)為例 , 其結(jié)構(gòu)原理見圖 1。 =13 3?9, 不為整數(shù) , 即此時(shí)轉(zhuǎn)子齒與B 相不對(duì)齊 , 只是 13 號(hào)齒靠近相的中心 , 且相差 3176。 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)：電機(jī)要實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量變換，電路和磁路之間必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。作用是產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng)。 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：（轉(zhuǎn)子部分） 電樞鐵心：主磁路的主要 部分及嵌放電樞繞組，由硅鋼片迭壓而成。 3分（177。 （ 6） 中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩 ： 步進(jìn)電機(jī)在中低速時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)矩，故能夠較同級(jí)伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。 4)最大自起動(dòng)頻率 ：電機(jī)在無載的狀態(tài)下可以做到瞬時(shí)的起動(dòng)而不失步的速度謂之最大自起動(dòng)頻率。 通 過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。通過對(duì)輸出電平的高低狀態(tài)的檢測(cè)，便可確認(rèn)按鍵按下與否。將電信號(hào)送入光電耦合器輸入端的發(fā)光器件時(shí)，發(fā)光器件將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，光信號(hào)經(jīng)光接收器接收，并將共還原成電信號(hào)。 (2) 在設(shè)計(jì)中為了抗干擾， 或避免一旦驅(qū)動(dòng)電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號(hào)進(jìn)入微型機(jī)而燒毀器件， 通常在驅(qū)動(dòng)器與微型機(jī)之間加一級(jí)光電隔離器。 達(dá)林頓管廣泛應(yīng)用于音頻功率輸出。電源調(diào)整等電路中使用的達(dá)林頓管，可 選用大功率。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 特點(diǎn)是將多個(gè) 7段 LED顯示器同名端的段選線復(fù)接在一起，只用一個(gè) 8 位 I／ O控制各個(gè) LED顯示器的公共陰極輪流接地，逐一掃描點(diǎn)亮， 使每位 LED 顯示該位應(yīng)當(dāng)顯示的字符。 在本設(shè)計(jì)中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測(cè)按鍵動(dòng)作是否發(fā)生，若有按鍵動(dòng)作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵值修改相應(yīng)參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)鍵盤的實(shí)時(shí)處理功能。此時(shí)保存鍵值到臨時(shí)變量。進(jìn)入中斷程序后 ，首先要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再根據(jù)當(dāng)前速度進(jìn)行計(jì)算并查表得到 T0 定時(shí)時(shí)間常數(shù)，設(shè)置 TH0和 TL0 的值。最后重新設(shè)置定時(shí)時(shí)間，恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)并返回