【正文】 作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。用keil軟件完成程序的編寫和調(diào)試，并用Proteus軟件進行系統(tǒng)仿真。通過這次設(shè)計，加深對單片機控制系統(tǒng)的了解。轉(zhuǎn)一圈需要360176。本程序采用行、列對應(yīng)的二進制碼來確定按鍵功能，例如讓P1輸出0FEH，如果第一按鍵按下時，第二個按鍵為0DEH，第三個按鍵為0BEH，第四個按鍵為7EH。在發(fā)送中斷標志TI為0（即無效）的情況下，執(zhí)行寫串行數(shù)據(jù)輸出緩沖器SBUF指令即可將SBUF寄存器中的內(nèi)容由低位到高位依次輸出到RXD引腳，同時TXD引腳輸出移位脈沖，使外接的“串入并出”芯片逐一接受來自RXD引腳上的串行數(shù)據(jù)。 Proteus仿真界面為了防止步進電機啟動時發(fā)生失步，需要先以一個比較低的頻率啟動。（6）步數(shù)為0判斷。判斷是否有按鍵按下，若有則進行按鍵處理。單片機根據(jù)所輸入的步數(shù)判斷是否需要進行加速啟動，當(dāng)輸入的步數(shù)小于100時，步進電機以最低速度25 r/min運行。（5）經(jīng)過調(diào)試修改后的程序應(yīng)進行規(guī)范化，除去修改“痕跡”。最后對控制系統(tǒng)各部分的電路進行了分析和設(shè)計，并把各模塊有機組合起來形成一個較完整的電路，如附錄C所示。放電回路為C正極、電源Vcc端（與地等電位）、二極管VD正極、二極管VD負極、C負極，保證再次上電時，RST引腳為高電平，CPU可靠復(fù)位。 由于設(shè)計中用一塊單片機進行控制，資源有限，故使用串行接法，另外，74LS164的鎖存作用也起到節(jié)約資源的作用。環(huán)形脈沖分配器由EPROM和可逆計數(shù)器構(gòu)成，將步進電機的勵磁狀態(tài)以二進制的形式存入EPOROM，只要按照地址的正向或反向順序依次取出地址內(nèi)容，EPROM的輸出就是步進電機的勵磁狀態(tài)。計數(shù)器選用74LS191，這是一種單時鐘4位二進制可逆計數(shù)器，時鐘脈沖從CP端輸入，加/減脈沖由同一端輸入，加/減控制線的高低電平控制加減計數(shù)。（5） 內(nèi)部具有256個字節(jié)的RAM和3個16位定時器，可以存放系統(tǒng)運行中的數(shù)據(jù)和滿足定時或計數(shù)功能擴展的需要。（6）系統(tǒng)的擴展及各功能模塊的設(shè)計在滿足系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備將來修改、擴展的需要。（2）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。由此可以算出每個站點之間的需要走的步數(shù)，即需要總的脈沖個數(shù)。搬運站的整體運動采用步進電機驅(qū)動，具有定位精確和快速的特點。其方法是將定時器初始化后，每隔一定的時間向CPU申請一次中斷，CPU響應(yīng)中斷后便發(fā)出一個脈沖。采用步進電機的加減速控制可以有效地克服步進電機啟動過程中出現(xiàn)失步的問題，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和精度【8】。按直線規(guī)律升速時加速度為恒定，因此要求步進電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為恒值。因此在點位控制過程中，運行速度需要有一個加速—恒速—減速—低恒速—停止的過程。當(dāng)步進電機帶負載時，它的啟動頻率要低于最高空載啟動頻率。本系統(tǒng)為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進入單片機而燒毀器件，因而在驅(qū)動器與單片機之間增加一級光耦隔離器。繞組導(dǎo)通和截止過程中都會產(chǎn)生較大的反向電動勢，而截止時的反電動勢將對驅(qū)動級器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響。驅(qū)動級的功率放大器件有中功率晶體管、大功率的晶體管、達林頓管、可控硅以及各種功率模塊。 二極管泄放電路 負載曲線 二極管—電阻續(xù)流要求高速或變速運行時，斷電繞組的能量必須盡快消耗，這可以通過增加一個與二極管串聯(lián)的電阻Rs，以減少泄放回路的時間常數(shù)，此時斷電回路的時間常數(shù)為L/(R+Rs)。常用的步進電機可以很容易產(chǎn)生數(shù)值比步進電機外加電壓大的峰值電感電動勢。EPROM 。 環(huán)形脈沖分配器電路，計數(shù)器選用74LS191，74LS191是四位二進制進制可逆計數(shù)器，時鐘脈沖從CP端輸入，計數(shù)器的輸出QA~QD直接接到EPROM的低四位地址線A0~A3，這樣可以選通2716的十六個地址（00H~0FH）。存儲器中存儲的內(nèi)容，除了在選通的地址存儲所需的狀態(tài)表之外，其他沒用的地址都存儲各相截止的信號。簡單的說存儲器存入的是一個環(huán)形脈沖分配器的狀態(tài)輸出表，計數(shù)器每輸入一個脈沖，計數(shù)器計一個數(shù)，這個數(shù)值就會選通存儲器的一個地址，存儲器就輸出一個數(shù)據(jù)，即步進電機的一個勵磁狀態(tài)。并行控制時，控制器直接輸出各相繞組的導(dǎo)通和截止信號，此時環(huán)形脈沖分配器在控制器中，由軟件來代替環(huán)形脈沖分配器的功能，不管是串行控制還是并行控制必須有環(huán)形脈沖分配器這個環(huán)節(jié)。/mKZR (11)式中 m — 控制繞組相數(shù)；ZR — 轉(zhuǎn)子齒數(shù)；K —與通電方式有關(guān)的狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)通電方式為單拍，即拍數(shù)與相數(shù)相同，K=1；為雙拍時，即拍數(shù)為相數(shù)的兩倍時，K=2。如此類推，可見步進電機每走一步，將轉(zhuǎn)過15176。 (a) A相通電 (b) B相通電 (c) C相通電 轉(zhuǎn)子為四極的三相步進電機 三相雙三拍通電方式如果將步進電機的控制繞組的通電方式改為：ABBCCAAB或ACCBBCCA。如此按ABCA的順序使三相繞組輪流通電，則轉(zhuǎn)子依順時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動。其次介紹了課題研究的目的和意義，最后介紹了課題的主要研究內(nèi)容。步進電機工作時，失步或者過沖都會直接影響其控制精度。當(dāng)步進電機帶負載時，它的啟動頻率要低于最高空載啟動頻率。硬件是以AT89C51單片機為核心的控制電路，主要包括：環(huán)形脈沖分配器、鍵盤顯示電路、步進電機的驅(qū)動電路等。軟件部分采用C語言編程，主要包括鍵盤顯示程序、步進電機的調(diào)速程序、停止判斷程序等。根據(jù)步進電機的矩頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶負載的能力越差。研究步進電機的加減速控制，可以提高步進電機的響應(yīng)速度、平穩(wěn)性和定位精度等性能，從而決定了步進電機控制系統(tǒng)的綜合性能。第二章 步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計 步進電機的原理反應(yīng)式步進電機的工作原理是與反應(yīng)式同步電機一樣，也是利用轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動， 所示是一臺反應(yīng)式步進電機的工作原理，定子鐵心為凸極式，共有三相，六個磁極，不帶小齒，磁極上裝有控制繞組，相對的兩個磁極串聯(lián)連接，組成一相控制繞組。如果改變?nèi)嗬@組的通電順序為ACBA顯然步進電機將按逆時針方向轉(zhuǎn)動。這種通電方式每拍同時有兩相繞組通電，三拍為一循環(huán)，轉(zhuǎn)子為四極的反應(yīng)式步進電機。恰好為三相單拍或雙三拍通電方式的一半。 環(huán)形脈沖分配器要使步進電機正常工作，必須按照該種步進電機的勵磁狀態(tài)轉(zhuǎn)換表所規(guī)定的狀態(tài)和次序依次對各相繞組進行通電和斷電控制。步進電機按類型、相數(shù)來劃分種類繁多，不同種類、不同相數(shù)、不同分配方式都必須有不同的環(huán)形脈沖分配器，因此所需要的環(huán)形脈沖分配器的類型是很多的。如果計數(shù)器做加計數(shù)，則存儲器按地址遞增的方向依次讀取狀態(tài)表的內(nèi)容，相反，計數(shù)器做減計數(shù)，則存儲器按地址遞減方向依次取出狀態(tài)表的內(nèi)容，從而控制步進電機的正反轉(zhuǎn)。因此即使有非法的地址輸入，輸出端輸出的都是截止的信號，可以保護驅(qū)動器不受損壞。74LS191第五腳為加減法輸入控制端，該輸入端作為方向輸入的控制信號，當(dāng)?shù)碗娖綍r做加法計數(shù)，為正轉(zhuǎn)狀態(tài)。地址內(nèi)容D C B A勵磁狀態(tài)00H01H0001A01H03H0011AB02H02H0010B03H06H0110BC04H04H0100C05H0CH1100CD06H08H1000D07H09H1001DA08H01H0001A 續(xù)流電路步進電機的控制性能，與各相繞組導(dǎo)通和截止時電流的增加和衰減速度有關(guān)，對于加速度大、或者運行速度高的步進電機，當(dāng)轉(zhuǎn)換速度增加時，由于繞組電感的作用，電流經(jīng)常不能立即升到額定值，同樣在繞組斷電時，電流也不能立即衰減到零。這個電感電動勢必須控制在晶體管安全運行區(qū)域內(nèi)。Rs的最大值取決于集—射極間的擊穿電壓Ucer。對于小功率的步進電機，可用中小功率晶體管進行驅(qū)動，晶體管具有放大倍數(shù)大、線路簡單等優(yōu)點，用于驅(qū)動小功率的步進電機（繞組電流在數(shù)百毫安）。(4) 電動機運轉(zhuǎn)時在各相繞組中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電動勢，這些電動勢的大小和方向?qū)@組電流產(chǎn)生很大的影響。 驅(qū)動電路電路工作原理：當(dāng)A輸出為1時，發(fā)光二極管不發(fā)光，因而光敏三極光截止，從而使達林頓管導(dǎo)通，A相繞組通電。根據(jù)步進電機的矩頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶負載的能力越差；當(dāng)步進電機啟動后，進入穩(wěn)態(tài)時的工作頻率又遠大于啟動頻率。 點—位控制的加減速過程對于一個非常短的距離，如在數(shù)步范圍內(nèi)，電動機的加減速過程沒有實際意義，只需要按起動頻率運行即可。但實際上步進電機升速時由于反電動勢和繞組電感的作用，繞組電流將逐漸減小，因此輸出的轉(zhuǎn)矩會有所下降，按指數(shù)規(guī)律升速時，加速度是逐漸下降的，接近步進電機輸出轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律【7】。 變速控制的方法改變控制方式的變速控制最簡單的變速控制可以利用改變步進電機的控制方式實現(xiàn)。此時只要均勻地改變定時器時間常數(shù)，即可達到均勻加減速的目的【9】。該步進電機驅(qū)動系統(tǒng)具有行程長、多定位點的特點，是一個典型的一維位置控制系統(tǒng)。176。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響，考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。 控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)硬件電路主要由鍵盤顯示電路、工作狀態(tài)顯示電路、環(huán)形脈沖分配器、步進電機驅(qū)動電路、51單片機、電源及復(fù)位六部分組成。（6） 具有6個中斷源，完全可以滿足一般設(shè)計的中斷系統(tǒng)擴展需要。74LS191是單時鐘方式的可逆計數(shù)器，計數(shù)器的輸出QA～QD接EPROM的低四位地址線，這樣可以選通EPROM的十六個地址（00H～0FH），將步進電機的勵磁狀態(tài)從EPROM中輸出，控制繞組的導(dǎo)通和截止。可逆計數(shù)器的輸出作為EPROM的地