【正文】 ，取消脫機(jī)狀態(tài)，此信號(hào)用戶可選用，如果不需要此功能，此端不接即可。 TFs abaf 2s aF = 0 圖 加減速控制速度曲線 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 步 進(jìn)電機(jī)在僅給予電壓時(shí)，電機(jī)是不會(huì)動(dòng)作的，必須透過(guò)脈沖產(chǎn)生器提供位置（脈波數(shù)）、速度的脈沖信號(hào)指令，以及驅(qū)動(dòng)器電流流過(guò)電機(jī)內(nèi)線圈，依順序切換激勵(lì)磁相序的方式才能讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 單片機(jī)也被稱為微控制器，由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來(lái)。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 當(dāng)今時(shí)代，單片機(jī)使用最為廣泛為 MCS51 單片機(jī)。在實(shí)訓(xùn)中我們已經(jīng)使用了 P1 口，通過(guò) P1 口連接8 個(gè)發(fā)光二極管。 系統(tǒng)允許的晶振頻率一般為6MHz 和 12MHz。 P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78R S T / V p d9R X D / P 3 . 010T X D / P 3 . 111I N T 0 / P 3 .212I N T 1 / P 3 .313T 0 / P 3 . 414T 1 / P 3 . 515W R /P 3 . 616R D / P 3 .717X T A L 218X T A L 119V s s20P 2 . 021P 2 . 122P 2 . 223P 2 . 324P 2 . 425P 2 . 526P 2 . 627P 2 . 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0 . 732P 0 . 633P 0 . 534P 0 . 435P 0 . 336P 0 . 237P 0 . 138P 0 . 039V c c40M C S 5 1 圖 單片機(jī)的引腳 ALE：地址鎖存控制信號(hào)。 VSS：地線， VCC： +5 V 電源。 1. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器低 128 個(gè)單元 8051 的內(nèi)部 RAM 共有 256 個(gè)單元，通常把這 256 個(gè)單元按其功能劃分為兩部分：低 128 單元 (單元地址 00H～ 7FH)和高 128 單元地址80H(單元地址 80H～ FFH)。 (1) 專用寄存器 (SFR)簡(jiǎn)介 8051 共有 21 個(gè)專用寄存器，現(xiàn)把其中部分寄存器簡(jiǎn)單介紹如下： 1) 程序計(jì)數(shù)器 (PC— Program Counter)。乘法操作后，乘積的高 8 位存于 B 中，除法運(yùn)算時(shí)， B 存除數(shù)。它們被用于選擇 CPU 當(dāng)前使用的通用寄存器組共有 4 組。 (2) 專用寄存器中的字節(jié)尋址和位地址 MCS51 系列單片機(jī)有 21個(gè)可尋址的專用寄存器，其中有 11 個(gè)專用寄存器是可以位尋址的。 2. 單片機(jī)使用程序計(jì)數(shù)器 PC(Program Counter)作為程序存儲(chǔ)器的地址指針，且 PC 總是指向?qū)⒁獔?zhí)行的下一條指令所在的程序存儲(chǔ)器單元地址。這樣，一個(gè)狀態(tài)就包含兩個(gè)節(jié)拍，具前半周期對(duì)應(yīng)的拍節(jié)叫節(jié)拍 1(P1)， 后半周期對(duì)應(yīng)的節(jié)拍叫節(jié)拍 2(P2)。 ( a )( b )( c )S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6讀操作碼 讀操作碼 ( 無(wú)效 )讀操作碼T時(shí)鐘S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6讀操作碼 ( 無(wú)效 ) 讀下一條指令S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6讀下一條指令讀操作碼 讀第二字節(jié)ALE 圖 MCS51 單片機(jī)的取指 /執(zhí)行時(shí)序 圖 (a)、 (b)所示分別給出了單字節(jié)單周期和雙字節(jié)單周期指令的時(shí)序。在前面兩個(gè)部分的基礎(chǔ)上，對(duì)控制系統(tǒng)電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等 。 (3)我們 在 這種自己動(dòng)手的設(shè)計(jì) 中，對(duì)所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題作了較為深入的 分析 。 特別要感謝家人在我多年的求學(xué)過(guò)程中所給予的無(wú)私關(guān)懷和支持。從入學(xué)以來(lái)，由于各位老師一直辛勤工作和細(xì)心教導(dǎo)使我能順利而充實(shí)地度過(guò)這難忘的四年，使我在綜合素質(zhì)提高、專業(yè)理論知識(shí)學(xué)習(xí)和工作實(shí)踐能力等方面受益匪淺。 該系統(tǒng) 具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。 方案二：并行接法 使用并行接法時(shí)要對(duì)美國(guó)數(shù)碼管用 IO 口單獨(dú)輸入數(shù)據(jù)，占用資源較多。它一般由若干個(gè)機(jī)器周期組成。 MCS51 的時(shí)序定時(shí)單位共有 4 個(gè)，從小到大依次是：節(jié)拍、狀態(tài)、機(jī)器周期和指令周期。 對(duì) 8051 擴(kuò)展的外部程序存儲(chǔ)器 2732 是一種 4kx8 位紫外線擦除電可編程只讀存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間地址為 0000H～ 0FFFH，片外最多可擴(kuò)至 64KB ROM/EPROM，其基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 19 地址為 1000H～ FFFFH，可以從 0000H 開(kāi)始編址。數(shù)據(jù)指針為 16 位寄存器。 PSW 各位定義如下： 表 PSW 的位地址定義 PSW 位地址 D7H D6H D5H D4H D3H D2H D1H D0H 字節(jié)址 D0H CY AC F0 RS1 RS0 OV F1 P 除 位保留未用外，其余各位的定義及使用如下： CY()—— 進(jìn)位標(biāo)志位。它既可 用于存放操作數(shù)，也可用來(lái)存放運(yùn)算的中間結(jié)果。位尋址區(qū)共有 16 個(gè)RAM 單元，計(jì) 128 位，地址為 00H～ 7FH。下面介紹一些信號(hào)引腳的第二功能。 EA ：訪問(wèn)程序存儲(chǔ)控制信號(hào)。 輸入輸出 (I/O)引腳 ～ ： P0 口 8 位雙向口線。 8051 共有 5 個(gè)中斷源，即外中斷兩個(gè)，定時(shí) /計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)。 2. 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 (內(nèi)部 RAM) C P U時(shí) 鐘 電 路P 0P 3 P 2 P 1T X DR X DI N T 0I N T 1并 行 接 口串 行 接 口中 斷 系 統(tǒng)定 時(shí) / 計(jì) 數(shù) 器R A M R O MT 0T 1 圖 MCS51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 8051 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，但其中后 128 單元被專用寄存器占用，能作為寄存器供用戶使用的只是前 128 單元，用于存放可讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)稱內(nèi)部 RAM。 單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價(jià)比最高的一種，隨著種類的不斷全面，功能不斷完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也迅速擴(kuò)大。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12 3 單片機(jī)概述 單片機(jī)簡(jiǎn)介 單片機(jī) (MCU)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 脈 沖 C P方 向 D I R前 D I R 的 最 后 一 個(gè)C P 脈 沖下 D I R 的 第 一 個(gè) C P 脈 沖此 時(shí) D I R 的 轉(zhuǎn) 向圖 升降速 換向三個(gè)過(guò)程 步進(jìn)電機(jī)的位置控制 步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器，就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動(dòng)量，并將負(fù)載順利、正確地送達(dá)指定位置點(diǎn)上。在這三路輸入信號(hào)的共同的控制下，驅(qū)動(dòng)器一般有一個(gè)接入端 0PT0，該端口為三路信號(hào)的公共端，三路輸入信號(hào)在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部竭誠(chéng)共陽(yáng)方式，所以 OPTO 端須接外部系統(tǒng)的 VCC，并在需要的情況下加限流電阻 R，保證驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部光耦提供 合適的 電流。 在運(yùn)行控制過(guò)程中，將起始的速度（頻率）分為 n 分座位階梯頻率，采用“階梯升速法”將速度連續(xù)升到所需要的速度，然后鎖定，按預(yù)置的曲線運(yùn)行，如圖 所示； tf放 大 器 的 啟 動(dòng) 過(guò) 程啟動(dòng)頻率 f2f1 Δ f 圖 階梯升速法 用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加 /減速控制，實(shí)際上是控制發(fā)脈沖 的頻基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 率，升速時(shí)，使脈沖頻率增高，減速時(shí)相反。等步距加 /減速度控制的優(yōu)點(diǎn)，在于加 /減過(guò)程中電機(jī)走的步數(shù)可以非常精確的計(jì)算，這一點(diǎn)對(duì)于加 /減的位置控制非常重要，但從 電機(jī)要克服慣性力來(lái)看，線性加速度方案好些，調(diào)試也方便。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。根據(jù)工作要求，定子磁極上的小齒的齒距與轉(zhuǎn)子磁極上的小齒必須相等，而且轉(zhuǎn)子上齒數(shù)有一定的限制。 按輸出力矩的大小 伺服式：輸出力矩在幾百～幾 ，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)大負(fù)載。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。目前在工業(yè)控制，智能儀器儀表，辦公室自動(dòng)化，家用電器等諸多領(lǐng)域，到處都可見(jiàn)單片機(jī)的蹤影，單片機(jī)技術(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用水平已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展水平的標(biāo)志之一。在生產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。單片機(jī)以其功能強(qiáng)、體積小、可靠性高、造價(jià)低和開(kāi)發(fā)周期短等優(yōu)點(diǎn)，成為自動(dòng)化和各個(gè)測(cè)控領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的器件，在工業(yè)生產(chǎn)中成為必不可少的器件，尤其是在日常生活中發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。 關(guān)鍵詞： MCSC51 步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng) 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) II Abstract Stepper motor in the past 20 years, has been widely used in digital control systems, such as CNC machine tools, plotters, puter peripherals, automatic recording instruments, watches and digital analog conversion devices, corresponding progress in the development of rapid development motor performance has greatly improved. SCM 70 since the advent of the 20th century, with its high performance and low cost, receive people39。在我國(guó)，單片機(jī)已廣泛地應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制，自動(dòng)檢測(cè)，智能儀器儀表，家用電器，電力電子，機(jī)電一體化設(shè)備等 各個(gè)方面。為了得到性能優(yōu)良的控制結(jié)果 ,出現(xiàn)了很多步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，其中采用單片機(jī)作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 1 緒論 步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 步進(jìn)電機(jī)最早是在 1920 年代由英國(guó)人所開(kāi)發(fā)。 單片機(jī)的發(fā)展概況及現(xiàn)狀 單片微計(jì)算機(jī)自 20 世紀(jì) 70 年代問(wèn)世以來(lái)，已對(duì)人類社會(huì)產(chǎn)生了巨大的影響。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 2 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。見(jiàn)表 所示 。它的定子和轉(zhuǎn)子是用硅鋼片和其他軟磁材料制成的。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動(dòng)態(tài)性能差。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。電機(jī)由靜止 達(dá)到設(shè)定的最大速度所需要的時(shí)間是由調(diào)試決定的，加速度太大，電機(jī)甚至不能克服慣量性而失步，加速度太少，則完成指令的運(yùn)動(dòng)耗費(fèi)時(shí)間太多。即“階梯升速法”。結(jié)合各曲線段的頻率和各段間的階梯頻率便可以建立一個(gè)連續(xù)的數(shù)據(jù)表，并通過(guò)轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為定時(shí)初值的計(jì)算是在定時(shí)中斷外實(shí)現(xiàn)的，并不占用中斷時(shí)間，保證電機(jī)的高速運(yùn)行。 步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳范圍之內(nèi)再換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)，換向信號(hào)一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè) CP 脈沖結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè) CP 脈沖前 發(fā)出。所以，欲使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的必要系統(tǒng)組成如下： 1. 脈沖產(chǎn)生器：產(chǎn)生角度（位置移動(dòng)量）、動(dòng)作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方 向等脈沖信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令。最早的設(shè)計(jì)理念是通過(guò)將大量外圍設(shè) 備和 CPU 集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。即： 8051 單片機(jī)，其基本組成 (參見(jiàn)圖 )：中央處理器、程序存儲(chǔ)器 (ROM)、數(shù) 據(jù)存儲(chǔ)器 (RAM)、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線等三大總線。 6. 串行口 MCS51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其它設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 從上述內(nèi)容可以看出， MCS5