【正文】 MOVLW 01H XORWF PORTE,1 INCF STEP_COUNTERL,1 SKPNZ INCF STEP_COUNTERH,1 MOVF STEP_COUNTERL,0 SUBWF STEP_COMPL,0 SKPNZ GOTO COMPH GOTO FINISHCOMPCOMPH: MOVF STEP_COUNTERH,0 SUBWF STEP_COMPH,0 SKPZ GOTO FINISHCOMPSTOPSTEP: BCF INTCON,T0IE BSF FLAG,FINISH_BIT FINISHCOMP: BCF INTCON,T0IF MOVF TMR0_TEMP,0 MOVWF TMR0 GOTO INTRETT1INT: BCF PIR1,TMR1IF BCF T1CON,TMR1ON MOVLW 01H ADDWF TIME_COUNTERL,1 SKPNC INCF TIME_COUNTERH,1 BSF T1CON,TMR1ON MOVLW 0CFH MOVWF TMR1H MOVLW 2CH MOVWF TMR1L BTFSS FLAG,FINISH_BIT GOTO INTRET BSF STATUS,RP0 BCF PIE1,TMR1IE BCF STATUS,RP0INTRET: MOVF PCLATH_TEMP,0 MOVWF PCLATH SWAPF S_TEMP,0 MOVWF STATUS SWAPF W_TEMP,1 SWAPF W_TEMP,0 RETFIE 計(jì)數(shù)模塊單片機(jī)都具有定時(shí)/計(jì)數(shù)器，是一個(gè)增量溢出計(jì)數(shù)器，對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)使用的。因行線接地線，各行線均為低電平。子程序的調(diào)用通過(guò) ACALL 和 LACLL 指令調(diào)用。圖43 編碼器測(cè)量位移系統(tǒng)原理圖第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)用程序由主程序、中斷服務(wù)程序和其它子程序組成。增量式編碼器實(shí)際上是一種旋轉(zhuǎn)式角位移檢測(cè)裝置，它根據(jù)軸所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，輸出一系列脈沖，能將機(jī)械角度變成電脈沖，其輸出信號(hào)如圖 42 所示。顯然,碼道越多,分辨率就越高,對(duì)于一個(gè)具有N位二進(jìn)制分辨率的編碼器,其碼盤(pán)必須有N條碼道。 A、B 兩組脈沖相位差90176。10?10~10?11采用一工作頻率為 12MHz 的石英晶振與對(duì)稱式的多諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來(lái)組成了如圖 46 所示的石英晶體多諧振蕩器。CPU 的 ～ 端口發(fā)出脈沖對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，CPU 不斷對(duì)列線置高電平，有按鍵按下則列線低電平，另外復(fù)位鍵直接和單片機(jī)的 RESET 端口相連，作為外因?qū)е孪到y(tǒng)死機(jī)的重置。行線鍵無(wú)鍵按下時(shí)，行線、列線斷開(kāi)，行線所接端口得到的全是“0”信號(hào)，當(dāng)列線輸出是高電平時(shí)，有鍵按下列線變?yōu)榈碗娖健5 鍵：加速。LED 顯示器的串行顯示如圖 44 所示。本系統(tǒng)采用靜態(tài)顯示，這種方式每一顯示位都需要一個(gè) 8 位輸出口控制，這里選用 5 片 74LS164 做 8 位輸出口。步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配由單片機(jī)通過(guò)軟件控制構(gòu)成環(huán)形分配器。本系統(tǒng)由鍵盤(pán)接口電路、數(shù)碼管顯示接口電路、多諧振蕩電路和發(fā)光二極管模擬的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。第四拍MOVWF PORTBCALL DELAYMOVLW 04H 。而在三相六拍的控制中，由于控制字較多，故可以把這些控制字以表的形式預(yù)先存放在內(nèi)部RAM 單元中，運(yùn)行程序時(shí)以查表的方式逐個(gè)取出并輸出。 參考程序如下：MAIN:BSF STATUS,RP0CLRF TRISCBCF STATUS,RP0JUDGE:BTFSS PORTC,6 。只有涉及到改變程序計(jì)數(shù)器 PC 值得程序分支指令（例如 GOTO、CALL 等）才需要兩個(gè)周期。指令總線一般要增加位數(shù)，這是因?yàn)橹噶畹奈粩?shù)多，則每條指令包含的信息量就打，這種指令的功能就是強(qiáng)。它采用精簡(jiǎn)指令集、哈佛總線結(jié)構(gòu)、二級(jí)流水線指令方式。微型計(jì)算機(jī)接口 驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)負(fù)載第三章 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的方法 步進(jìn)電機(jī)控制方法 串行方式將 PIC 單片機(jī)與串行接口芯片 8251 組成串行控制系統(tǒng)，與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源相連，通過(guò)將控制信號(hào)送入電源中的環(huán)形分配器，再經(jīng)功率放大器放大，就可控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，如圖 31 所示。功率放大器的作用是將步進(jìn)控制器輸出的環(huán)形脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。直通的結(jié)果會(huì)使很大的短路電流流過(guò)兩個(gè)晶體管，這是非常危險(xiǎn)。單電壓驅(qū)動(dòng)由于性能較差，在實(shí)際中應(yīng)用較少，只有在小機(jī)座號(hào)電動(dòng)機(jī)且簡(jiǎn)單應(yīng)用中才用到。由導(dǎo)通時(shí)的等值電路，可知其電壓平衡方程為： （21）1diUEt??如果將電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)，則電動(dòng)機(jī)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，其反電勢(shì)為零。其線路如圖 22 所示。（4）電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各相繞組中將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，這些電勢(shì)的大小和方向?qū)?duì)繞組電流產(chǎn)生很大的影響。為使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)滿足各種需要的輸出，驅(qū)動(dòng)級(jí)必須對(duì)電動(dòng)機(jī)繞組提供足夠的電壓和電流。本級(jí)還經(jīng)常與各種保護(hù)電路、各種控制電路組合在一起，形成較高性能的驅(qū)動(dòng)輸出。環(huán)形分配器用來(lái)接受來(lái)自控制器的 CP 脈沖，并按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表要求的狀態(tài)順序產(chǎn)生各相導(dǎo)通或截止的信號(hào)。驅(qū)動(dòng)脈沖的分配可以使用硬件方法，即使用脈沖分配器實(shí)現(xiàn)。⑨應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。（6）步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用中的注意點(diǎn)①步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò) 1000 轉(zhuǎn)， （ 度時(shí)6666PPS)，最好在 1000～ 3000PPS（ 度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。伴隨著不同的數(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。③步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 。（2）控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。程序設(shè)計(jì)按照掌握計(jì)算機(jī)相序控制方法，采用適合三相單四拍、雙四拍和單、雙八拍的循環(huán)移位法，并且在現(xiàn)實(shí)操作中解決堵轉(zhuǎn)和啟動(dòng)失步等問(wèn)題。目前該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)主要是分布式測(cè)控系統(tǒng)，單片機(jī)主要用于系統(tǒng)中的通信控制，以及構(gòu)成各種測(cè)控子級(jí)系。（4）智能接口：在大型工控系統(tǒng)中，普遍采用單片機(jī)進(jìn)行接口的控制與管理，這個(gè)因?yàn)閱纹瑱C(jī)與主機(jī)是并行工作的，可大大提高系統(tǒng)運(yùn)行速度。單片機(jī)具有體積小、重量輕、價(jià)格便宜、功耗低、控制功能強(qiáng)及運(yùn)算速度快等特點(diǎn)，故在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)、軍事及家用電器等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。如采用 SVPWM 技術(shù)，采用電子齒輪比技術(shù)，擴(kuò)展通訊網(wǎng)絡(luò)功能等?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的。編號(hào) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)基于 PIC 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Stepping Motor position control system design based on the PIC Microputer學(xué) 生 姓 名 石 懂專 業(yè) 電子信息工程學(xué) 號(hào) 040411520指 導(dǎo) 教 師 白雪梅學(xué) 院 電子信息工程學(xué)院 2022 年 6 月 摘 要本文介紹了步進(jìn)電機(jī)工作原理以及各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)，分析了單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的方法。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(步進(jìn)角)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展方向主要有如下三點(diǎn):（1）進(jìn)一步完善和擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)和控制功能。芯片向高集成化，低功耗方向發(fā)展，使得單片機(jī)在大量數(shù)據(jù)的及時(shí)處理、高級(jí)通信系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理、復(fù)雜工業(yè)過(guò)程控制、高級(jí)機(jī)器人以及局域網(wǎng)等方面得到大量應(yīng)用。（3）機(jī)電一體化產(chǎn)品：如簡(jiǎn)易數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械等。（3）局部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：?jiǎn)纹瑱C(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使單片機(jī)的應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)新的水平。由于轉(zhuǎn)速是通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率實(shí)現(xiàn)的，因此設(shè)計(jì)脈沖分配采用完全軟件方式，既按照給定的通電換向順序，通過(guò)單片機(jī) I/O 口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖，這樣就避免采用復(fù)雜脈沖分配芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度/（504）= 度（俗稱整步） ，八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度/（508）= 度（俗稱半步） 。一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 80～90 度完全正常。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。⑧電機(jī)在 600PPS（ 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。這樣既可以減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機(jī)運(yùn)行速度，但這種驅(qū)動(dòng)方式的電路相對(duì)要復(fù)雜一些。信號(hào)放大級(jí) 推動(dòng)級(jí)環(huán)形分配級(jí) 驅(qū)動(dòng)級(jí)保護(hù)級(jí)圖 21 驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要構(gòu)成如圖 21 所示，一般由環(huán)形分配器、信號(hào)處理級(jí)、推動(dòng)級(jí)、驅(qū)動(dòng)級(jí)等部分組成，用于功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器還要有多種保護(hù)線路。信號(hào)處理級(jí)是實(shí)現(xiàn)信號(hào)的某些轉(zhuǎn)換、合成、產(chǎn)生斬波、抑制等特殊功能的信號(hào)，從而產(chǎn)生特殊功能的驅(qū)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)各種電子設(shè)備的最末級(jí)一般需要功率放大，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)也是這樣。繞組導(dǎo)通和截止過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生較大的反電勢(shì)，而截止時(shí)的反電勢(shì)將對(duì)驅(qū)動(dòng)級(jí)器件的安全產(chǎn)生十分有害的影響。圖 22 單電壓驅(qū)動(dòng)的單元線路所謂單電壓驅(qū)動(dòng)，是指在電動(dòng)機(jī)繞組工作過(guò)程中，只用一個(gè)方向電壓對(duì)繞組供電。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速足夠低，即 CP 脈沖周期足夠長(zhǎng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的每一步都可認(rèn)為是單步響應(yīng)的過(guò)程。歸納起來(lái)，單電壓驅(qū)動(dòng)器有如下特點(diǎn)：①線路簡(jiǎn)單，成本低；②低頻時(shí)響應(yīng)較好；③有共振區(qū)；④高頻時(shí)帶載能力迅速下降。推動(dòng)級(jí)的信號(hào)邏輯應(yīng)使兩對(duì)角線晶體管不能同時(shí)導(dǎo)通，以免造成高低壓管的直通。其作用是把輸入脈沖變?yōu)榄h(huán)形脈沖，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和正反向控制。（2）轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場(chǎng)的平均旋轉(zhuǎn)速度，這時(shí)定子通電勵(lì)磁的時(shí)間較長(zhǎng)，大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需要的時(shí)間，則轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過(guò)程中獲得過(guò)多的能量，從而產(chǎn)生前沖和后沖的擺動(dòng)振蕩，當(dāng)振蕩足夠嚴(yán)重時(shí)就會(huì)導(dǎo)致失步。PIC 系列單片機(jī)是一種具有分散（多任務(wù)）功能的、面對(duì)控制應(yīng)用的一種微處理器。這樣，取指令是則經(jīng)指令總線，取數(shù)據(jù)是則經(jīng)數(shù)據(jù)總線，互不沖突。在大多數(shù)微控制器中，取指令和執(zhí)行指令都是順序進(jìn)行的，但在 PIC 單片機(jī)指令流水線結(jié)構(gòu)中，取指令和執(zhí)行指令在時(shí)間上是互相重疊的，所以用 PIC系列單片機(jī)才可實(shí)現(xiàn)單周期指令。（1）雙相三拍控制雙相三拍控制模型如表 31 所示表 31步序 PB 口輸出狀態(tài) 繞組 控制字1 00000011 AB 03H2 00000110 BC 06H3 00000101 CA 05H假定有如下工作單元和工作位定義：R0 為步進(jìn)數(shù)寄存器；PSW 中，F(xiàn) 0為方向標(biāo)志位， F0=0 正轉(zhuǎn)，F(xiàn) 00 反轉(zhuǎn)。第三拍MOVWF PORTBCALL DELAYGOTO JUDGECLOCKWISE:MOVLW 03HMOVWF PORTBCALL DELAYMOVLW 05HMOVWF PORTBCALL DELAYMOVLW 06HMOVWF PORTBCALL DELAYGOTO JUDGEEND（2）三相六拍控制程序在雙相三拍程序中，PB 口輸出的控制字是在程序中給定的。第三拍MOVWF PORTBCALL DELAYMOVLW 06H 。圖 41 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的硬件框圖如圖 41 示。本來(lái)單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口需由專用的控制裝置實(shí)現(xiàn)，這里單片機(jī)與模擬步進(jìn)電機(jī)的發(fā)光二極管通過(guò)直接連接的方法實(shí)現(xiàn)。動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位輪流點(diǎn)亮各位顯示器。在 TXD 端的移位脈沖即為模式 0 的波特率，其值固定為晶振頻率 f 的 1/12，即每個(gè)機(jī)器周期移動(dòng)一位數(shù)據(jù)。S4 鍵：反轉(zhuǎn)。因行線接地線，各行線均為低電平。本系統(tǒng)鍵盤(pán)接口電路由 CPU、鍵盤(pán)構(gòu)成。它的頻率穩(wěn)定度 可達(dá)到(???0/??0)，工作頻率可達(dá)到幾十兆赫。1　增量式編碼器增量式編碼器是直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、