【正文】 ..................................................... 45 鍵盤子程序的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 46 驅(qū)動(dòng)程序流程的設(shè)計(jì) ............................................................................................... 47 正反轉(zhuǎn)程序流程圖 ................................................................................................ 48 正反轉(zhuǎn)程序流程圖 ................................................................................................. 48 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖 ........................................................................................... 47 ......................................................................................................... 48 6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 ..................................................... 49 有關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析 ....................................................................................... 49 理論與實(shí)際的分析 ................................................................................................. 52 7 總 結(jié) .................................................................... 54 可行性報(bào)告 ............................................................... 55 參考文獻(xiàn) .................................................................. 56 致 謝 ..................................................................... 57 附 錄 ...................................................................... 58 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 前 言 步進(jìn)電機(jī)最早是在 1920 年由英國(guó)人所開發(fā)。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，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 8090度完全正常。 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其 機(jī)械 位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度 .脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度 .當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為 “ 步距角 ”) ，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。（表示半步工作時(shí)為 176。 、五相的為 176。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。 (5)最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電機(jī)分為三大類 (1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VAriABle ReluCtAnCe，簡(jiǎn)稱 VR）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁 材料 制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。由于能夠開環(huán)運(yùn)行以及控制系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，因此這種電機(jī)在 工業(yè) 領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖如圖 所示 : a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖 圖 三相混合式步進(jìn)電機(jī)截面圖 步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來具體控制步進(jìn)角來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電的調(diào)速。 系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)的速度控制。將電機(jī)換向子程序放在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，定時(shí)中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇 .以下是一些實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的方法： (1)步進(jìn)確認(rèn)，這是最簡(jiǎn)單的位移控制，使用一個(gè)低值的光學(xué)編碼器山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 計(jì)算步進(jìn)移動(dòng)的數(shù)量。 大多數(shù)基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，一般都運(yùn)行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個(gè)低成本的方案。故選擇閉環(huán)控制。它的外接電阻 R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會(huì)影響電路的 穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動(dòng)方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中。細(xì)分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡(jiǎn)單，但效率低。系統(tǒng)原理框圖如 ： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 系統(tǒng)原理框圖 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)以 CPU 選用 89C5l 作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片． 89C51 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能。 (4)PSEN（ 29）：片外 ROM 選 通信 號(hào)，低電平有效。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。但 RAM 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。即起到一定的電磁阻尼作用所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運(yùn)行時(shí)由于沒有這種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運(yùn)行方式。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 () 驅(qū)動(dòng)電路的選擇 因從 CPU 輸出的脈沖信號(hào)特別小，固應(yīng)先經(jīng)過 PWM8713 脈沖分配器對(duì)脈沖進(jìn)行分配并經(jīng)過放大然后再經(jīng)過光耦驅(qū)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)進(jìn)電機(jī)。如圖 所示 PMM8713 的引腳 ,Cu 為加脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) ,Cp 為減脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) ,Ck 為脈沖輸入端 ,當(dāng)脈沖加入此引腳時(shí) ,Cu 和 Cp 應(yīng)接地 ,正反轉(zhuǎn)由 U/ D 的電平控制 ,EA 和 EB 用來選擇勵(lì)磁方式的 ,可以選擇的方式有一相、二相和一二相勵(lì)磁 ,ΦC 用來選擇三、四相步進(jìn)電機(jī) ,Vss 為芯片工作地 ,R 為芯片復(fù)位端 ,Φ4 ～ Φ1 為四相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Φ3 ～ Φ1 為三相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Em 為勵(lì)磁監(jiān)視端 ,Co 為輸入脈沖監(jiān)視端 ,VDD 為芯片的工作電源 ( + 4～ + 18V).其具體的原理框圖 如 所示 : 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 0 J u n 2 0 1 0 S h e e t o f F i l e : H : \ 電路原理圖 . d d b D r a w n B y :1Cu16V d d2Cp15Co3Ck14Em4U / D13Ф15Ea12Ф26Eb11Ф37Фc10Ф48Фs9RPWM8713T 1 / P 3 .515W R / P 3 . 616 R D / P 3 .717X T A L 218X T A L 119G N D20T 0 / P 3 .414P 1 . 01 P 1 . 12P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 23P 1 . 67P 1 . 78R X D / P 3 . 010T X D / P 3 . 111R S T / V P D9P 0 . 1 / A D 138I N T 0 / P 3 . 212P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 0 / A 821P 2 . 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 023P 2 . 3 / A 1 124I N T 1 / P 3 . 313P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 427P 2 . 7 / A 1 528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0 . 7 / A D 732P 0 . 6 / A D 633P 0 . 5 / A D 534P 0 . 4 / A D 435P 0 . 3 / A D 336P 0 . 2 / A D 237P 0 . 0 / A D 039V C C40AT89C51A T 8 9 C 5 1+ 5 VA 相驅(qū)動(dòng)B 相驅(qū)動(dòng)C 相驅(qū)動(dòng) 圖 驅(qū)動(dòng)電路框圖 顯示電路與鍵盤的選擇 顯示電路的用 8279 芯片來驅(qū)動(dòng)， 8279 芯片分別接兩排顯示器，每排為 4位顯示，分別用來顯示步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速。 (5) A0：用于區(qū)分信息的特性。 (9)L0～ SL3：掃描輸出線，用于對(duì)鍵盤顯示器掃 描。當(dāng)顯示器切換時(shí)或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。 (8)IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。 (4)/CS：片選信號(hào)。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖 (a)所示，其中 CP、 CU兩端分別輸人步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。 原理圖如 所示 : 圖 穩(wěn)定響應(yīng)曲線 (3)最大負(fù)載能力 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ， 且 若 A 相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置為圖 (a)中曲線 A 上的 點(diǎn)，這一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個(gè)控制脈沖信號(hào)通電狀態(tài)由 A相改變?yōu)?B 相，矩角特性變 為曲線 B 在改變通電狀態(tài)的瞬間電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角到達(dá)新的穩(wěn)定 平衡點(diǎn) OB180。 .三相單三拍運(yùn)行時(shí)的步距角為 30 度 .其原理圖如 所示 : 圖 定轉(zhuǎn)子展開圖（ A相繞組通電） 三相雙三拍通電方式 控制繞組的通電方式為 ABBCCAAB 或 ABCABCAB 每拍同時(shí)有兩相繞組通電三拍為一個(gè)循環(huán)，當(dāng) AB 兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用，只有 A 相極和 B 相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如 b 所示，可見 雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是 30176。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài) 邏輯 ，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 P2 口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口。 (3)XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。然后由于步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號(hào)經(jīng) CPU 處理后再由顯示器顯示出來。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪 聲。單電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。然而，開環(huán)操作會(huì)有失步的風(fēng)險(xiǎn)，這將產(chǎn)生定位失誤。無編碼器安裝監(jiān)測(cè)采用信息檢測(cè)同步速度的損耗。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào)，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。調(diào)速范圍為 0 到 1000r/min最高轉(zhuǎn)速時(shí)，精度 2%. 要基本上 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，作到步進(jìn)電機(jī)能精確的調(diào)速，正反轉(zhuǎn)、并能在起動(dòng)時(shí)不失步，基本上沒有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟