【正文】 //LCD1602 顯示初始化 for(num1 = 0。 delay(100)。 D714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L 圖 系統(tǒng)啟動 顯示界面 其中 在 LCD1602 顯示界面 第一行 set 為所需要設(shè)置的行程值， now 為執(zhí)行完相應(yīng)按鍵子程序后顯示當(dāng)前已經(jīng)走的行程值， zt 為當(dāng)前的狀態(tài)，有設(shè)置（ sz）、正向啟動（ zx）、停止（ tz）、復(fù)位（ fw）、正向減速（ ja）、加速復(fù)位（ js）等六個表示狀態(tài)。 程序入口LCD 1602 初始化定時器 T 0 中斷允許定時器 T 0 工作方式 1載入定時器初始值載入默認工作參數(shù)返回 圖 系統(tǒng) 初始化流程圖 根據(jù)初始化流程圖編寫出系統(tǒng)初始化程序，下面對初始化程序進行簡單說明 ， LCD1602 初始化程序。 //裝入定時器初始值 55536 TL0=(6553610000)%256。 Key2 為正向啟動按鍵， key3 為 停止按鍵，key4 為復(fù)位按鍵， key5 為正向減速按鍵， key6 為加速復(fù)位按鍵。 //執(zhí)行正向啟動 } if(key3 == 0) //鍵 3 被按下 { delay(5)。 //延時消抖 while(!key2)。按鍵子 程序流程圖如 所示。 //顯示開不顯示光標(biāo)且光標(biāo)不閃爍 } 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 27 定時器 0 初始化程序 void init_time0() { TMOD=0x01。 系統(tǒng)初始化上電后，沒有按鍵按下，沒有設(shè)置行程值則步進電機電機不轉(zhuǎn)， 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 26 不顯示當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前行程值。在步進電機正向轉(zhuǎn)動過程中，系基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 25 統(tǒng)程序 則 繼續(xù) 執(zhí)行按鍵掃描程序 ，如果有相應(yīng)的按鍵按下則轉(zhuǎn)到 相應(yīng)按鍵子程序去執(zhí)行。 num2 16。 void main() { uchar num1, num2。對以上的單片機最小系統(tǒng)，步進電機驅(qū)動電路模塊，液晶 LCD1602 顯示電路，按鍵電路模塊，各個部分進行設(shè)計論證后然后銜接起 來完成了整個硬件部分的設(shè)計。其余key1key4 分別連接到單片機的 ,四個按鍵的功能分別為：啟動系基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 22 統(tǒng)工作時 key1 用來設(shè)置步進電機所要走的行程值， key2 用來啟動步進電機正向轉(zhuǎn)動， key3 控制步進電機的停止， key4 是復(fù)位按鍵按下此鍵后步進電機復(fù)位到零點，行程值也變?yōu)榱?。?dāng)按下不同的按鍵時顯示內(nèi)容有所不同。 1602 采用標(biāo)準的 16 腳接口，對 比度可調(diào)，內(nèi)部有復(fù)位電路。 步進電機 驅(qū)動電路如圖 所示。方向和模式輸入信號。 采用單雙八拍工作方式： AABBBCCCDDDA (即一個脈沖 ,轉(zhuǎn) 度 )八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步），其中 50為步進電機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。該引腳輸入負脈沖時步進電機 向前 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 17 步進一個增量，該步進是在信號的上升沿產(chǎn)生。加到此引腳的電壓決定繞組電流的峰值。若 CONTROL 端輸入是低電 平時，用斬波器調(diào)節(jié)負載電流。變換器由一個三倍計算器加某些組合邏 輯電路組成，產(chǎn)生一個基本的八格雷碼。內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 15 感性負載；采用標(biāo)準邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。其中晶振電路為單片機工作提供時鐘信號；復(fù)位電路是單片機復(fù)位程序重新開始執(zhí)行；電 源電路為單片機提供電源。而且數(shù)碼管顯示電路所能顯示的內(nèi)容比較單一。 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 13 （ 3） 方案三：此設(shè)計方案選擇硬件環(huán)形分配的形式， 硬件環(huán)形分配器選擇L297 集成芯片， L297 是步進電機專用控制器，能產(chǎn)生 4 相控制信號。此設(shè)計方案通過單片機內(nèi)部的定時器改變 CP 脈沖 輸入各相的順序從而改變步進電機的正反轉(zhuǎn)、起停。常用的 集成化驅(qū)動芯片有 L298N、ULN2020 等。 指令 圖 步進電機開環(huán)控制 確定設(shè)計方案 由前面對與步進電機的工作原理、驅(qū)動、調(diào)速、開環(huán)控制等的介紹，針對所提出的設(shè)計問題，確定相關(guān)的設(shè)計方案。若將步進電機換相子程序放在定時器中斷服務(wù)程序之中，則定時器每中斷一次，電動機就換相一次，定時器定時的大小就決定了電動機換相的頻率，從而可實現(xiàn)電動機的速度控制。控制系統(tǒng)可用兩種方法確定 CP 脈沖的周期，一種是軟件延時法，另一種是定時器延時法。 CH250 如圖 所示。因此，環(huán)形分配器是一種特殊的可逆循環(huán)計數(shù)器 。高低壓功率驅(qū)動電路如圖 所示。 VDARRsVT 2VT 1+ 12 v 圖 單電壓功率驅(qū)動電路 電動機繞組串有電阻 RS，使繞組回路的時間常數(shù)減少，縮短了繞組中電流上升的過渡時間。有時還需要對輸入信號進行監(jiān)護，發(fā)現(xiàn)輸入異常時也可以提供保護動作。 從環(huán)形分配器輸出的各相導(dǎo)通或截止的信號送入信號放大與處理級。由于步進電機能直接接受數(shù)字量輸入，所以它特別適合于微機控制 ?；?AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 6 四相步進電機單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 所示。開關(guān) SB 接通電源，其余斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4 號齒就和 C、D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 通過對步進電機控制器的設(shè)計，可以更深刻地理解步進電機的工作原理，而且由此設(shè)計我們可以舉一反三，對此類相關(guān)設(shè)計積累一定 經(jīng)驗。 （ 1） 按鍵設(shè)置步進電機 所 要走的行程值（即線位）， 由 顯示器直觀顯示出來，按下啟動鍵后步進電機由原點前進到達所需位置。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)，因此非常適合于控制 。 （ 4） 向五相和三相電動機方向發(fā)展，目前廣泛應(yīng)用的二相和四相電動機，其旋轉(zhuǎn)磁場和電磁轉(zhuǎn)矩不完全對稱，振動和噪聲較大，而五相和三相電動機則是完全對稱的，因此更具有優(yōu)勢性。在我國，由于歷史緣由，磁阻式步進電機還在一定的場合里使用，但混合式步進電機在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的優(yōu)勢越來越明顯，市場占有率隨之不斷提高。 以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進電機已廣泛運用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機械系統(tǒng)中。其應(yīng)用主要以處理辦公業(yè)務(wù)能力很強的機器和工廠自動化機器為核心，并廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療器械、計量儀器、汽車、游戲機等 方面 。控制系統(tǒng)通過單片機存儲器、 I/O 接口、中斷、鍵盤、 LCD 顯示器的擴展、步進電機的環(huán)形分頻器、 驅(qū)動及保護電路、人機接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、 等的設(shè)計，實現(xiàn)了步進電機的正反轉(zhuǎn)、急停、定位等功能。 L298N。 通 過單片機對步進電機的轉(zhuǎn)速進行控制，在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。 通過按鍵設(shè)置行程，由按鍵控制步進電機 正轉(zhuǎn)前進、停止以及反轉(zhuǎn)復(fù)位， 并 可以由相應(yīng)按鍵控制步進電機 以 加減速方式 前進和復(fù)位。 simulation 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 1 引 言 步進電機是機電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計功能強，價格低的步進電機控制驅(qū)動器提供了先進的技術(shù)和充足的資源。伴 隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增， 被廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用 。 此后，在電話自動交換機中廣泛使用了步進電動機。 我國步進電機 的 發(fā)展 我國開展步進電機的研究工作相對較晚， 上 世紀 50 年代才開始對步進電機進行研究和制造，到目前為止已有六十多年。主要表現(xiàn)在步進電機本身的改進以及驅(qū)動技術(shù)的多樣化和精密化等幾個方面。減少步距角， 減少步進誤差， 即提高了分辨率和步距精度。一方面步進電機的發(fā)展與計算機工業(yè)密 切相關(guān)。并可以隨時啟動前進、復(fù)位返回原點。因此，控制電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實際上就是以一定 的規(guī)律控制定子繞組的電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。依次類推， A、B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到 調(diào)速的目的。 步進電機 驅(qū)動電路如圖 所示。本級還經(jīng)常與各種保護電路、各種控制電路組合在一起，形成較高性能的驅(qū)動輸出。這兩種驅(qū)動電路分別應(yīng)用于不同的步進電機。 轉(zhuǎn)角t21 圖 步進電機單步響應(yīng)曲線 圖中 1 不串電阻 RS的響應(yīng)曲線， 2 是串電阻 RS并調(diào)高電源電壓以保持繞組靜態(tài)電流相同的響應(yīng)曲線，顯然曲線 2 比曲線 1 好。近年來出現(xiàn)了集成化的雙極性驅(qū)動芯片，它能方便地對采用雙極性 驅(qū)動電路的步進電機極性控制。集成元器件的使用，使環(huán)形分配器的體積大大縮小，可靠性和抗干擾能里提高，并具有較好的響應(yīng)速度，而且顯示直觀、維護方便。 一次循環(huán)輸出驅(qū)動三相反應(yīng)式步進電機所需的六個狀態(tài)： AABBBCCCA,這樣，三相步進電機就進入了三相六拍的運行狀態(tài)?？梢杂嬎愕贸觯訒r子程序的延時時間與 8051 A 功率驅(qū)動 B 接口電路 C 步進電機 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 11 換相子程序所用時間的和即是 CP 脈沖的周期，也是步進電機的步進頻率的倒數(shù)。開環(huán)控制時沒有位置檢測反饋，不需要光電編碼器之類的位置傳感器，因此控制系統(tǒng)的價格比較便宜。系統(tǒng)可用兩種辦法實現(xiàn)步進電機的速度控制。再者步進電機的運行狀態(tài)應(yīng)有響應(yīng)的顯示電路進行顯示，且可以通過不同的按鍵控制步進電機狀態(tài)的改變。 （ 2） 方案二：步進電機驅(qū)動芯片選擇 L298N 集成驅(qū)動芯片，顯示電路選擇液晶 LCD1602，加上相應(yīng)的按鍵電路。顯示電路選用 LCD1602，實時顯示步進電機的工作狀態(tài)。顯示電路則選用了 LCD1602 使顯示內(nèi)容更加豐富。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U4AT89S51GNDVCC12Y130pFC1030pFC1110uFC122KR75VS3SWPBT1100pfC52200ufC3100pfC4VinVoutGNDVR1LM7805D1Bridge1VCC220V/9VS1SWSPST 圖 單片機最小系統(tǒng) 步進電機 驅(qū)動 電路 設(shè)計中采用 L298N 作為步進電機的驅(qū)動芯片， 其為步進電機專用的驅(qū)動芯片內(nèi)部采用雙極性驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電機工作。 EN A6EN B11IN15IN27IN310IN412OUT12OUT23OUT313OUT414ISEN A1ISEN B15VS4VSS9GND8U2L298N 圖 L298N 芯片 引腳 其