【正文】 ..................................................... 45 鍵盤子程序的設計 ................................................................................................ 46 驅動程序流程的設計 ............................................................................................... 47 正反轉程序流程圖 ................................................................................................ 48 正反轉程序流程圖 ................................................................................................. 48 轉速快慢程序流程圖 ........................................................................................... 47 ......................................................................................................... 48 6 實驗結果與分析 ..................................................... 49 有關參數的計算與分析 ....................................................................................... 49 理論與實際的分析 ................................................................................................. 52 7 總 結 .................................................................... 54 可行性報告 ............................................................... 55 參考文獻 .................................................................. 56 致 謝 ..................................................................... 57 附 錄 ...................................................................... 58 山東科技大學學士學位論文 1 前 言 步進電機最早是在 1920 年由英國人所開發(fā)。因此非常適合于單片機控制。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達攝氏 200 度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 8090度完全正常。 步進電機的工作原理 步進電機是一種用電脈沖進行控制 ,將電脈沖信號轉換成相位移的電機 ,其 機械 位移和轉速分別與輸入電機繞組的脈沖個數和脈沖頻率成正比 ,每一個脈沖信號可使步進電機旋轉一個固定的角度 .脈沖的數量決定了旋轉的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機運轉的速度 .當步進驅動器接收山東科技大學學士學位論文 3 到一個脈沖信號，它就驅動 步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為 “ 步距角 ”) ，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。（表示半步工作時為 176。 、五相的為 176。比如，當人們說 的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 的步進電機。 (5)最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。 步進電機的分類 步進電機分為三大類 (1)反應式步進電機（ VAriABle ReluCtAnCe，簡稱 VR）反應式步進電機的轉子是由軟磁 材料 制成的，轉子中沒有繞組。由于能夠開環(huán)運行以及控制系統(tǒng)比較簡單，因此這種電機在 工業(yè) 領域中得到廣泛應用。 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 三相混合式步進電機截面圖 步進電機詳細調速原理 步進電機的調速一般是改變輸入步進電機的脈沖的頻率來實現步進電機的調速，因為步進電機每給一個脈沖就轉動一個固定的角度，這樣就可以通過控制步進電機的一個脈沖到下一個脈沖的時間間隔來改變脈沖的頻率，延時的長短來具體控制步進角來改變電機的轉速，從而實現步進電的調速。 系統(tǒng)可用兩種辦法實現 步進電機的速度控制。將電機換向子程序放在定時中斷服務程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現電機的速度控制。但是，在某些應用中，需要更多的可靠性、安全性或產品質量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇 .以下是一些實現步進電機閉環(huán)控制的方法： (1)步進確認，這是最簡單的位移控制，使用一個低值的光學編碼器山東科技大學學士學位論文 10 計算步進移動的數量。 大多數基于步進電機的系統(tǒng)，一般都運行在開環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個低成本的方案。故選擇閉環(huán)控制。它的外接電阻 R要消耗相當一部分的熱量，這樣就會影響電路的 穩(wěn)定性所以此種驅動方式一般只用在小功率的步進電機的驅動電路中。細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，這種方法簡單，但效率低。系統(tǒng)原理框圖如 ： 山東科技大學學士學位論文 13 圖 系統(tǒng)原理框圖 3 硬件電路的設計 單片機的選擇 本次設計以 CPU 選用 89C5l 作為步進電機的控制芯片． 89C51 的結構簡單并可以在編程器上實現閃爍式的電擦寫達幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機的所有功能。 (4)PSEN（ 29）：片外 ROM 選 通信 號，低電平有效。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。但 RAM 定時器，計數器，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工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運行時由于沒有這種阻尼作用，所以轉子達到新的平衡位置容易產生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運行方式。 山東科技大學學士學位論文 22 () 驅動電路的選擇 因從 CPU 輸出的脈沖信號特別小，固應先經過 PWM8713 脈沖分配器對脈沖進行分配并經過放大然后再經過光耦驅動來驅動步進進電機。如圖 所示 PMM8713 的引腳 ,Cu 為加脈沖輸入端 ,它使步進電機正轉 ,Cp 為減脈沖輸入端 ,它使步進電機反轉 ,Ck 為脈沖輸入端 ,當脈沖加入此引腳時 ,Cu 和 Cp 應接地 ,正反轉由 U/ D 的電平控制 ,EA 和 EB 用來選擇勵磁方式的 ,可以選擇的方式有一相、二相和一二相勵磁 ,ΦC 用來選擇三、四相步進電機 ,Vss 為芯片工作地 ,R 為芯片復位端 ,Φ4 ～ Φ1 為四相步進脈沖輸出端 ,Φ3 ～ Φ1 為三相步進脈沖輸出端 ,Em 為勵磁監(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 相驅動B 相驅動C 相驅動 圖 驅動電路框圖 顯示電路與鍵盤的選擇 顯示電路的用 8279 芯片來驅動， 8279 芯片分別接兩排顯示器，每排為 4位顯示，分別用來顯示步進電機的實際轉速與給定轉速。 (5) A0：用于區(qū)分信息的特性。 (9)L0～ SL3：掃描輸出線，用于對鍵盤顯示器掃 描。當顯示器切換時或使用消隱命令時，將顯示消隱。 (8)IRQ：中斷請求輸出線，高電平有效。 (4)/CS：片選信號。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖 (a)所示，其中 CP、 CU兩端分別輸人步進電機正反轉的控制脈沖。 原理圖如 所示 : 圖 穩(wěn)定響應曲線 (3)最大負載能力 步進電動機帶恒定負載時負載轉矩為 ， 且 若 A 相控制繞組通電則轉子的穩(wěn)定平衡位置為圖 (a)中曲線 A 上的 點，這一點的電磁轉矩正好與負載轉矩相平衡，當輸入一個控制脈沖信號通電狀態(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)的瞬間電機產生的電磁轉矩 大于負載轉矩 ，電機在該轉矩的作用下轉過一個步距角到達新的穩(wěn)定 平衡點 OB180。 .三相單三拍運行時的步距角為 30 度 .其原理圖如 所示 : 圖 定轉子展開圖（ 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 每拍同時有兩相繞組通電三拍為一個循環(huán)，當 AB 兩相控制繞組同時通電時轉子齒的位置應同時考慮到兩對定子極的作用，只有 A 相極和 B 相極對轉子齒所產生的磁拉力相平衡才是轉子的平衡位置如 b 所示，可見 雙三拍運行時的步距角仍是 30176。 此外， AT89C51 設有穩(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）：準雙向 I/0 口。 (3)XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。然后由于步進電機同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號經 CPU 處理后再由顯示器顯示出來。但由于其波形頂部呈現鋸齒形波動，所以會產生較大的電磁噪 聲。單電壓驅動是步進電機控制中最為簡單的一種驅動電路，它在本質上是一個單間的反相器。然而，開環(huán)操作會有失步的風險，這將產生定位失誤。無編碼器安裝監(jiān)測采用信息檢測同步速度的損耗。在控制過程中，采用離散辦法來逼近理想的升降速曲線。定時方法是利用單片機系統(tǒng)中的定時器定時功能產生任意周期的定時信號，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。調速范圍為 0 到 1000r/min最高轉速時，精度 2%. 要基本上 完成畢業(yè)設計，作到步進電機能精確的調速，正反轉、并能在起動時不失步，基本上沒有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟