【正文】 致 謝本論文是在段廣云、俞學(xué)蘭老師的精心指導(dǎo)下完成的。有利于我們學(xué)習(xí)能力的提高，包括獲取資料的能力，理解前人思路的能力、系統(tǒng)設(shè)計能力、動手能力、分析排除錯誤能力、表達(dá)能力等很多方面，有利于我們團隊精神的培養(yǎng)。1對于高頻時鐘信號，最好使用地線護(hù)送。不要在 SMD 元件的焊盤上打過孔。16 用于阻抗匹配目的阻容器件的布局，要根據(jù)其屬性合理布置。10 元器件的排列要便于調(diào)試和維修，亦即小元件周圍不能放置大元件、需調(diào)試的元、器件周圍要有足夠的空間。}}void cesu() interrupt 0{second++。b)display()。while(1){P2=R。P0_1=1。k)。 delay(1)。while(1){Work()。 } if(!down) { delay(2)。break。 while(i) while(k)。圖 19 Keil 軟件界面 源程序清單主控程序：includedefine uchar unsigned chardefine uint unsigned intsbit up=P1^5。進(jìn)入中斷程序后，首先要保護(hù)現(xiàn)場，再根據(jù)當(dāng)前值設(shè)置 TH0 和 TL0 的值。)機身長（mm）電流（Ａ）電阻（Ω）電感（mH）靜力矩（Kg*cm）定位力矩（g*cm）轉(zhuǎn)動慣量(g*)2c引線數(shù)(NO)重量（g）57BYGH8404 76 17 600 440 4 10504 控制系統(tǒng)軟件分析與設(shè)計 主程序流程圖步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的主程序在對整個系統(tǒng)初始化后主要完成讀鍵盤和處理鍵盤的功能，如圖15 所示：系統(tǒng)上電復(fù)位后，先調(diào)用初始化子程序，對步進(jìn)電機各端口，相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置 T0工作方式控制時間常數(shù)。在本設(shè)計中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。要使用步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。 PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號控制開關(guān)管,將那個直流加到開關(guān)變壓器初級上。LED 數(shù)碼顯示器有兩種連接方法：（1）共陽極接法。 該 探 頭由 霍 爾 元 件 UGN3020 和 磁 鋼 組 成 測 量 電 路 ?？梢粤谐鱿卤恚恨D(zhuǎn)速 單步時間(ms) TH0 TL0400 FD 12600 FE 0C800 FE 891000 FE D4… … … …表 1 步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系定時時間 16(2)tXus???表中不僅計算出了 TH0 和 TL0，而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。通過 、 來控制各線圈的接通與切斷。 霍爾 線 性 器 件 的 精 度 高 、 線 性 度 好 ； 霍 爾 開 關(guān) 器 件 無 觸 點 、 無 磨 損 、 輸 出 波 形 清 晰 、 無 抖 動 、 無回 跳 、 位 置 重 復(fù) 精 度 高 （ 可 達(dá) μ m 級 ） 。 輸 出 短 路 保 護(hù) 。 比 如把 調(diào) 整 端 懸 浮 到 一 個 較 高 的 電 壓 上 ， 可 以 用 來 調(diào) 節(jié) 高 達(dá) 數(shù) 百 伏 的 電 壓 ， 只 要 輸 入 輸 出 壓 差 不 超過 LM117/LM317 的 極 限 就 行 。LM117/LM317 的 輸 出 電 壓 范 圍 是 至 37V， 負(fù) 載 電 流 最 大 為 。③ 扇 出 系 數(shù) 為 8。 驅(qū) 動 電 路 的 芯 片 選 擇1 TB6560AHQ1 TB6560AHQ 的選用TB6560AHQ 是東芝 2022 年主推的步進(jìn)電機驅(qū)動芯片（TB6560AFG 在國內(nèi)應(yīng)用較少），芯片集成度高、外圍電路簡單、可靠性高，適于驅(qū)動 57 電機和部分 86 步進(jìn)電機，最大細(xì)分時的轉(zhuǎn)速范圍從0 rpm 到 300 rpm，可大大降低步進(jìn)電機驅(qū)動器的成本。 它以其獨特的低成本，小體積廣受歡迎，當(dāng)然其易編程也是不可多得的優(yōu)點。利用單片機輸出時鐘信號和控制信號，經(jīng)過驅(qū)動芯片后供給步進(jìn)電機 A 相和 B 相的電流進(jìn)行了不同程度的衰減，實現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動?？刂坪诵牟捎?C51 芯片，它以其獨特的低成本，小體積廣受歡迎，當(dāng)然其易編程也是不可多得的優(yōu)點為此，本文設(shè)計了一個單片機控制步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動速度和轉(zhuǎn)動方向的高效控制。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。其中，硬件設(shè)計包括 AT89C51 單片機的最小系統(tǒng)、電源模塊、鍵盤控制模塊、步進(jìn)電機驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊、測速模塊（含霍爾片UGN3020）6 個功能模塊的設(shè)計，以及各模塊在電路板上的有機結(jié)合而實現(xiàn)。課 程 設(shè) 計 說 明 書題 目： 基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計 課 程： 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計 摘 要隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，它廣泛用于打印機、電動玩具等消費類產(chǎn)品以及數(shù)控機床、工業(yè)機器人、醫(yī)療器械等機電產(chǎn)品中，其在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。軟件設(shè)計包括鍵盤控制、步進(jìn)電機脈沖、數(shù)碼管動態(tài)顯示以及轉(zhuǎn)速信號采集模塊的控制程序，最終實現(xiàn)對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動速度的控制，并將步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動速度動態(tài)顯示在 LED 數(shù)碼管上，對速度進(jìn)行實時監(jiān)控顯示。步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 設(shè)計任務(wù)及要求本設(shè)計的目的是以單片機為核心設(shè)計出一個單片機控制步進(jìn)電機的控制系統(tǒng)。電機轉(zhuǎn)軸上有磁力片與霍爾傳感器接近。2 AT89C51 單片機參數(shù)及特性 AT89C51 是一個低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機，片內(nèi)含 4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 Flash 只讀程序存儲器和 256 bytes 的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM ） ，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，AT89C52 單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。2 TB6560AHQ 的優(yōu)勢（1）電機振動小噪音低：因為芯片自帶 16 細(xì)分可選，足夠滿足每分鐘 0 轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)的應(yīng)用要求。④ 邏 輯 電 平 輸出 。 它 的 使 用 非 常 簡 單 ，僅 需 兩 個 外 接 電 阻 來 設(shè) 置 輸 出 電 壓 。 當(dāng) 然 還 要 避 免 輸 出 端 短 路 。 過 流 、 過 熱 保 護(hù) 。 取 用 了 各 種 補 償 和 保 護(hù) 措 施 的 霍 爾 器 件 的 工 作 溫 度 范圍 寬 ， 可 達(dá) － 55℃ ～ 150℃ 。開機時，、 均為高電平，依次將 、 切換為低電平即可驅(qū)動步進(jìn)電機運行。 表中 TH0 和 TL0 是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是 ，定時器工作方式 1。將 具 有 10 個 齒 的 圓 盤 固 定 于 被 測 對 象 的 旋轉(zhuǎn) 主 軸 上 。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。 ,經(jīng)整流濾波供給負(fù)載。只要 A、AB、B、BA 輪流加電就能驅(qū)動步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。初始化完成后，步進(jìn)電機處于停止?fàn)顟B(tài)，T0 定時器處于關(guān)閉狀態(tài)。然后判斷轉(zhuǎn)動方向控制位的值，如果是 0 則控制脈沖信號、 輸出，如果是 1 則控制脈沖信號 、 輸出。 //提速sbit down=P1^6。} Z() //步進(jìn) 方向{ switch(step) { case 0:P1=0x01。 } } Fangxiang(){ if(!rotation) { if(!rotation) { TR0=0。 speed=speed10。Speed1()。 if(step=2) step=0。}void display(){P0_0=0。P0_2=0。A1=R/100。}}}void timer0() interrupt 1{static uchar sin=0。}[1]5 PCB 板設(shè)計 設(shè)計原則 布局操作的基本原則1 遵照“先大后小，先難后易”的布置原則，即重要的單元電路、核心元器件應(yīng)當(dāng)優(yōu)先布局．2 布局中應(yīng)參考原理框圖，根據(jù)單板的主信號流向規(guī)律安排主要元器件．3 布局應(yīng)盡量滿足以下要求:總的連線盡可能短，關(guān)鍵信號線最短。11 需用波峰焊工藝生產(chǎn)的單板，其緊固件安裝孔和定位孔都應(yīng)為非金屬化孔。串聯(lián)匹配電阻的布局要靠近該信號的驅(qū)動端，距離一般不超過 500mil。走線時盡量在一個工作層上走線，確實不能完成走線時才再卻換到另一個工作層。1導(dǎo)線走線與機械安裝孔應(yīng)保持一定的距離。 設(shè)計結(jié)果能夠符合題意，成功完成了此次實習(xí)要求，我們不只在乎這一結(jié)果，更加在乎的，是這個過程。在做課程設(shè)計的整個過程中，得到了老師的耐心指導(dǎo)，特別是在設(shè)計的初始階段，老師在需求分析方面給了我很大的幫助，在老師幫助和指導(dǎo)下，使我能很快地就確定了系統(tǒng)的目的和開發(fā)方案，在后來的確定步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和性能方面老師給了很大的幫助，使后來的程序?qū)崿F(xiàn)方面使我少走了很多彎路，并提高了我的效率。代表個人很感謝的老師的精心指導(dǎo)，本次課程設(shè)計受益匪淺，為明年的畢業(yè)設(shè)計開了個好頭。積極地參與此次單片機控制課程設(shè)計，不僅讓我充分的體會到自己動手實踐的樂趣，獲得哪怕是前進(jìn)一小步時候的那種成功的喜悅，還能學(xué)到一些我們在理論中學(xué)不到的知識，在設(shè)計說明書的編輯中，熟練了 Word 的基本操作。數(shù)據(jù)線的寬度應(yīng)盡可能的加寬，以減小阻抗、降低損耗。兩相鄰信號層應(yīng)該相互垂直、斜交或彎曲走線，盡量避免平行走線，以減小寄生耦合。15 元件布局時,應(yīng)適當(dāng)考慮使用同一種電源的器件盡量放在一起, 以便于將來的電源分隔。9 發(fā)熱元件要一般應(yīng)均勻分布，以利于單板和整機的散熱，除溫度檢測元件以外的溫度敏感器件應(yīng)遠(yuǎn)離發(fā)熱量大的元器件。second=0。b0。TMOD=0x01。delay(5)。k0。 step=++step。TMOD=0x01。 speed=speed+10。 case 1:P1=0x08。 //起始步//void delay (int i){int k=100。程序編輯平臺采用 Keil。 電機控制中斷程序流程圖定時器中斷 0 服務(wù)程序流程圖如圖 18 所示： 圖 18 定時器中斷 0 服務(wù)程序流程圖定時器中斷 0 服務(wù)程序的中斷時間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速決定。型號 步距角(176。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。圖 12 57BYGH 型永磁步進(jìn)電機外形圖 圖 13 57BYGH 型永磁步進(jìn)電機接線圖表 2 步進(jìn)電機參數(shù)表從圖中可以看出，電機共有兩組線圈，這樣一共有 4 根引出線。在本設(shè)計中所采用的是共陽極 LED 數(shù)碼顯示器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 10 所示：圖 10 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖類別：4 位一體共陽規(guī)格：長寬管腳標(biāo)號：12986 公共腳、 A1BC4 DE FG5