【正文】 進(jìn)電機(jī)的步數(shù)正好變成0。這里設(shè)定選擇絲桿螺距為6mm的滾珠絲杠，即步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)其運(yùn)行一圈，轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)的距離就是6mm，假設(shè)此時(shí)步進(jìn)電機(jī)步距角是30176。(1)單電壓驅(qū)動(dòng)：主要優(yōu)點(diǎn)是成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。這樣的設(shè)計(jì)使得系統(tǒng)運(yùn)行效率與穩(wěn)定性能得以明顯提高。繞組電流利用斬波技術(shù)形成額定值的鋸齒形波動(dòng)。L297是步進(jìn)電機(jī)專(zhuān)用控制器，具有廣泛的用途。第四章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本課題仿真設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、系統(tǒng)控制電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路構(gòu)成。2．P0口：P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O口。6．RST：復(fù)位輸入。這里系統(tǒng)選擇手動(dòng)復(fù)位的方式。當(dāng)按下按鍵之前，即電路在默認(rèn)狀態(tài)下，控制電路的引腳是高電平；當(dāng)按下按鍵之后，控制部分的線路瞬時(shí)導(dǎo)通，引腳部分成了低電平，就是通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，然后經(jīng)過(guò)相應(yīng)的按鍵掃描函數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，從而執(zhí)行相應(yīng)的功能。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，隨時(shí)可以通過(guò)“停止”中斷關(guān)閉系統(tǒng)。若還要繼續(xù)執(zhí)行設(shè)置位移的功能，就繼續(xù)按下“位置控制”按鍵，否則按“退出位移控制”按鍵，設(shè)置位移過(guò)程結(jié)束。圖47 LCD顯示電路圖其中，LCD的幾個(gè)重要引腳，包括寄存器選擇引腳（RS）、讀寫(xiě)控制引腳（R/W）、使能引腳（E），數(shù)據(jù)總線引腳（D0D7）。當(dāng)重新設(shè)置合理的目的位置時(shí)，警報(bào)提示消失，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始正常運(yùn)行。由于隨時(shí)有可能輸入加速、減速信號(hào)和停止信號(hào)，因而采用中斷方式效率最高，包括兩個(gè)外部中斷和一個(gè)定時(shí)器中斷，其余系統(tǒng)功能主要是通過(guò)查詢法完成，為了保證系統(tǒng)功能能夠及時(shí)有效執(zhí)行，在主函數(shù)下選擇具有循環(huán)函數(shù)的地方，將相應(yīng)的功能函數(shù)嵌入其中，這樣最大保證程序能夠及時(shí)掃描到。 //速度換算 DoAngle()。amp。此仿真系統(tǒng)采用的是LM041L顯示屏[28]，每行可顯示16個(gè)5*7點(diǎn)陣字符，這里總共有4行顯示，分別是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向、角度設(shè)定以及位移設(shè)置，以下是程序流程圖及部分代碼程序。 //RS=0，RW=1表示讀取BF及AC RW=1。 else goto start。}void write_char(char chardata) //寫(xiě)入數(shù)據(jù)函數(shù){ check_BF()。 //寫(xiě)入指令函數(shù)，作用是顯示位置的起始設(shè)置 for(i=0。i++) { write_char(SPEED[i])。 //LCD顯示函數(shù) } if (RunSpeed=55) //判定是否處于運(yùn)行高速狀態(tài) LED_SP=0。 }步進(jìn)電機(jī)實(shí)際旋轉(zhuǎn)方向由繞組的電流勵(lì)滋順序決定，在此驅(qū)動(dòng)電路中，L297的引腳“CW/CCW”。 } else if(state) //按鍵偶數(shù)次為反轉(zhuǎn) { RunState=LEFT_RUN。在實(shí)際應(yīng)用中，就可以帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)鎖定一個(gè)設(shè)定方位進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。 //設(shè)置按鍵改變的大小 DoAngle()。 // 清除顯示屏 ShowState()。state)。以下是流程圖：圖53 位移設(shè)定程序流程圖這里抽取一段運(yùn)行代碼，利用while循環(huán)函數(shù)進(jìn)行當(dāng)前操作鎖定，即每一步系統(tǒng)操作都能夠?qū)哟位?，有秩序的運(yùn)行每一個(gè)相應(yīng)的功能。 //掃描量值按鍵是否按下 switch(value) { case KEY_Add: //量值增加 if(i==9) i=0。 else i=1。 char LT。 //目標(biāo)位置覆蓋原始位置 L1=L2。 } Else // 起點(diǎn)不是原點(diǎn)的情況 { LO=sqrt(L1*L1 + L2*L2 2*L1*L2*cos((A2A1)/*))。 //判定轉(zhuǎn)角正負(fù) if(a0) { RunState=LEFT_RUN。 A1=A2。這個(gè)環(huán)節(jié)測(cè)試正常。此外，在位移定位控制的時(shí)候，偏移角度為負(fù)時(shí)，其系統(tǒng)會(huì)反轉(zhuǎn)，此時(shí)不需要按鍵來(lái)改變旋轉(zhuǎn)方向。 圖66 角度設(shè)定狀態(tài)設(shè)置環(huán)節(jié) 圖67 角度設(shè)定狀態(tài)運(yùn)行結(jié)束（5）位移設(shè)定系統(tǒng)測(cè)試在進(jìn)行位移設(shè)定功能的時(shí)候，需系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)，與此同時(shí)，系統(tǒng)不在進(jìn)行角度設(shè)定，否則無(wú)法操作。）（2，45176。2（2,60176。位移控制測(cè)試時(shí)也會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，解決方法只能是提高步進(jìn)電機(jī)的精度。做這次課題設(shè)計(jì)，首先查閱了步進(jìn)電機(jī)的工作原理及特點(diǎn)，了解其主要特征，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的方案。從選擇畢業(yè)設(shè)計(jì)課題到最終完成課題的設(shè)計(jì)要求，沒(méi)有他無(wú)微不至的指導(dǎo)，過(guò)程就不會(huì)那么相對(duì)順利。設(shè)計(jì)的過(guò)程培養(yǎng)了我的耐心與耐力，同時(shí)培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。 //忙碌標(biāo)志sbit START=P2^3。 //角度設(shè)定指示燈sbit LED_Run=P0^4。 //顯示狀態(tài)void DoSpeed(void)。 //方向設(shè)定函數(shù)void Distance_Set(void)。char DistanceSet[16]。 unsigned char DA,DL,c。 //方向標(biāo)志參數(shù)bit psign=0。 DoDistance()。state) { SetAngle()。 //設(shè)置中斷 TH0=0xff。 write_inst(0x08)。 count_1ms =0。 DoSpeed()。state) { RunState=RIGHT_RUN。 while(!distanceset)。 write_inst(0x01)。 else L2+=1。 } while(~direction)。 if(flagamp。 else LED_SP=1。 count_1ms++。 AT89S51Config()。 //定時(shí)器0，1都為計(jì)數(shù)方式，方式2； IE=0x8f。i++) { while(!TimerFlagamp。 DoSpeed()。 //定時(shí)器bit state=0。 //運(yùn)行狀態(tài)unsigned int angle=90。char AngleChar[]=AR: 。 //檢查是否忙碌函數(shù)TYPEDEF_KEY GetKey(void)。 //寫(xiě)入指令函數(shù)void write_char(char)。 //系統(tǒng)指示燈sbit LED_SP=P0^2。 //LCM控制標(biāo)志sbit E= P2^6。多虧在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，有著老師和同學(xué)的不斷幫助，是我克服了一個(gè)又一個(gè)困難，同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)工具，使得自己對(duì)課題有著更深一層的認(rèn)識(shí)，也加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，最終完成了這次課題設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)單、成本低而且易于操作，能夠滿足人們對(duì)電機(jī)的高精度、寬范圍以及平穩(wěn)性的要求，具有廣泛的應(yīng)用前景。第七章 總結(jié)在這幾個(gè)月的努力下，基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)最終順利完成。圖610控制脈沖本次設(shè)計(jì)的誤差來(lái)源主要有來(lái)自于步進(jìn)電機(jī)的步距角，由于本次仿真實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)默認(rèn)步距角是45176。）（2,60176。下表是作為測(cè)試幾組位移坐標(biāo)的結(jié)果。的固定角運(yùn)行完畢，指示燈現(xiàn)在暗滅，表示角度設(shè)定環(huán)節(jié)結(jié)束，系統(tǒng)被鎖定。圖64為電機(jī)正轉(zhuǎn)，即順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；圖65為電機(jī)反轉(zhuǎn)，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。第六章 仿真結(jié)果與分析圖61系統(tǒng)硬件圖（1）對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，按下“啟動(dòng)”按鍵，系統(tǒng)開(kāi)始工作；按下“停止”按鍵，則關(guān)閉系統(tǒng)。 //偏移距離對(duì)應(yīng)的脈沖 LL=LO。 else if(A2A1) a=1。L3=0。 //偏移角度對(duì)應(yīng)的脈沖 DL=L2*2。 default: break。 //更新顯示 break。 i=L2/10。 //關(guān)閉系統(tǒng)運(yùn)行 } }位移設(shè)定與角度設(shè)定的原理差不多，都是通過(guò)讓實(shí)際變量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)，從而告訴步進(jìn)電機(jī)怎么運(yùn)行，運(yùn)行多少尺度。i++) //步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始隨著脈沖執(zhí)行，完成就停止 { while(!TimerFlagamp。 //設(shè)置按鍵改變的大小 DoAngle()。 //掃描按鍵函數(shù) switch(value) //選擇按鍵值 { case KEY_Add: //量值增加 if(angle==360) //限制角度范圍 angle=0。對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)而言，步距角是固定的。state) //按鍵奇數(shù)次為正轉(zhuǎn) { RunState=RIGHT_RUN。 //LCD顯示函數(shù) } if (RunSpeed=55) //判定是否處于運(yùn)行高速狀態(tài) LED_SP=0。 //速度計(jì)算的函數(shù) write_inst(0x01)。SPEED[i]!=39。 //寫(xiě)入數(shù)據(jù)}下面就是抽取一段顯示函數(shù)的代碼，顯示函數(shù)的執(zhí)行離不開(kāi)上面幾個(gè)功能設(shè)置函數(shù)，如下：void ShowState() //顯示狀態(tài)與速度{ int i。 E=1。 //開(kāi)啟讀寫(xiě)功能 P1=0xff。 //設(shè)置顯示功能}unsigned char check_BF(void) //檢查此時(shí)LCD是否忙碌{ int a。 } } }當(dāng)主函數(shù)一直循環(huán)運(yùn)行時(shí)，可由外部中斷按鍵函數(shù)進(jìn)行速度控制，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，當(dāng)相應(yīng)時(shí)間到達(dá)，其時(shí)間標(biāo)志會(huì)置1，這樣通過(guò)計(jì)時(shí)器可以控制脈沖的間隔，從而控制脈沖的產(chǎn)生頻率。i2。 //啟動(dòng) if(k3) //只在啟動(dòng)時(shí)候顯示一次的標(biāo)志 { inti_lcd()。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對(duì)于維護(hù)起來(lái)，也會(huì)變得更加高效。 位移越界報(bào)警電路 圖48 位移越界報(bào)警電路在步進(jìn)電機(jī)位移定位控制過(guò)程中，位移總會(huì)有一個(gè)界限范圍，當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)輸入的目的坐標(biāo)超過(guò)位置范圍時(shí)，其系統(tǒng)就會(huì)啟動(dòng)報(bào)警提示電路。L297的四相輸出接L298的IN0IN4使其OUT0OUT4輸出放大后的四相驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。每當(dāng)設(shè)置完1位數(shù)，就可以依次按下 “位置控制”按鍵，知道整個(gè)設(shè)置過(guò)程完成，此時(shí)會(huì)在第三行分別顯示計(jì)算出來(lái)的偏差角與偏差位移，當(dāng)再一次按下“位置控制”按鍵時(shí)，就會(huì)執(zhí)行偏差角的運(yùn)行，即步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行偏差角，直到完成停下。通過(guò)相應(yīng)按鍵狀態(tài)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的相應(yīng)功能?？刂齐娐啡鐖D所示。這里選擇的產(chǎn)生方式是外部方式。5． P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。單片機(jī)是單片微型計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它是將CPU， ROM或EPROM， RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，并行和串行口等電路集成在一塊芯片上做成的微型計(jì)算機(jī)。單片機(jī)CPU輸出的脈沖信號(hào)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行調(diào)控與放大，從而穩(wěn)定可靠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。所以本課題的系統(tǒng)選擇基于斬波恒流驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器L297amp。下面這個(gè)驅(qū)動(dòng)方式就是以繞組電流為控制對(duì)象的。(3)調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)：主要工作原理就是施加在繞組的電壓，會(huì)隨著運(yùn)行頻率的大小而發(fā)生線性變化，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作頻率處于低維狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)工作電壓此時(shí)就會(huì)處于低壓，抑制電流波動(dòng)，從而壓制系統(tǒng)震蕩。所以本次課題設(shè)計(jì)就選擇CPU間接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。滾珠絲杠是機(jī)械工程上經(jīng)常使用的傳動(dòng)元件，它的主要功能是可以讓旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)。這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的得以廣泛應(yīng)用的重要原因。比如，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式是四相八拍，則正序的通電換相順序是AABBBCCCDDDAA，此時(shí)電機(jī)就會(huì)正轉(zhuǎn)；若通電換相轉(zhuǎn)換成反序，其順序就是AADDDCCCBBBAA，則步進(jìn)電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。由設(shè)計(jì)要求可知，系統(tǒng)的控制方案需要分為五個(gè)部分，即步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)停止控制、加減速控制、旋轉(zhuǎn)方向控制、角度定位控制以及位移定位控制。 第三章 設(shè)計(jì)原理分析現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)已被廣泛使用，但步進(jìn)電機(jī)不能像直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用，它必須有雙環(huán)型脈沖信號(hào)，放大電路來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。一是提高電流上升的速率V/t，二是減少時(shí)間常數(shù)L/R；電流上升速率的提高可以通過(guò)增加繞組電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。由上所述，最高工作頻率是研究步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)。運(yùn)行頻率越快，反向電動(dòng)勢(shì)就會(huì)越大。而就反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)而言，因?yàn)檗D(zhuǎn)子不帶磁性，所以沒(méi)有定位轉(zhuǎn)矩。四相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖與工作時(shí)序波形圖如下：圖22 結(jié)構(gòu)示意圖圖23 四相電機(jī)工作