【正文】 AT89C51 單片機產(chǎn)生脈沖信號來控制 35BY48S03 型 步進電機的運行。 畢業(yè)設(shè)計（論文） I 基于單片機的步進電機升降頻控制 摘 要 步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 大量實踐證明，對于不同功率的步進電機，簡單統(tǒng)一的直線升頻技術(shù)，不能夠讓電機工作在最佳效率狀態(tài)下，本設(shè)計采用程序控制的指數(shù)曲線升降頻，能夠方便地與不同電機的機械特性很好地適配，減少電機升降頻所用的時間，提高生產(chǎn)效率。s working efficiency, with electrical machinery39。 CPU 芯片 ........................................... 9 167。 走一步子程序流程圖 ............................... 16 167。因此，用計算機控制步進電機已經(jīng)成為了一 種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。介紹了單片機最小系統(tǒng)，鍵盤電路及步進電機驅(qū)動電路，給出了整體控制系統(tǒng)的硬件電路圖。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。雙極性步進電機驅(qū)動電路的晶體管數(shù)目是單極性驅(qū)動電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動電路。θ =360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機為例。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 最大空載起動頻率 ： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。 35BY48S03 型步進電機主要參數(shù)如下： 步距角 ： 176。如果勵磁頻率選擇不當(dāng) ，電機不能夠移到新的位置，那么實際的負載位置相對控制器所期待的位置出現(xiàn)永久誤差，即發(fā)生失步現(xiàn)象或過沖現(xiàn)象。系統(tǒng)運行起來以后，如果達到終點時立即停止發(fā)送脈沖串，令其立即停 止，則由于系統(tǒng)慣性作用，電機轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過平衡位置，如果負載的慣性很大，會使步進電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點平衡位置的下一個平衡位置，并在該位置停下。軟件控制比硬件來說，具有運行可靠，改動方便的特點，而且可以降低成本。 目前，可用于 MCS51 系列單片機開發(fā)的硬件越來越多，與其配套的各類開發(fā)系統(tǒng)、各種軟件也日趨完善，因此，可以 極方便地利用現(xiàn)有資源，開發(fā)出用于不同目的的各類應(yīng)用系統(tǒng) 。 P1口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 GND:接地。當(dāng)晶振頻率的值為 12MHZ 時內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路中應(yīng)用較多。 按鍵是一種常開型按鈕開關(guān)。 ULN2020 達林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品就屬于這類可控大功率器件。 升頻流程圖 圖 31 升頻流程圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 167。而當(dāng)步進電機的運行頻率為負載啟動頻率或負載過大時，易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；停止時頻率過高， 又 易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，造成位置精度降低。 以 AT89C51 單片機，頻率 100HZ 為例，進行數(shù)據(jù)區(qū)設(shè)計。 sbit Stop=P0^3。 //_stepmot_h_ // 文件 //定時器 T1 溢出延時函數(shù) void T1_delay(uint temp) { 畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 uint t。 TF1=0。 BN=0。 AN=0。 T1_delay(t)。 BP=0。 AP=0。 MotRun(F)。j0。 bc=d[i]。硬件設(shè)計由于每個電機及負載的機械特性不同，所以它不能很好的與所有電機適配。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 參考文獻 [1]張俊謨編著 .單片機中級教程 原理與應(yīng)用（第二版） .北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 ： 1203 [2]曹巧媛主編 .單片機原理及應(yīng)用（第二版） .電子工業(yè) 出版社 ,2020 [3]高鐘編著 .機電控制工程 (第二版 ).清華大學(xué)出版社 ,2020 [4]高海濤，常吉連，李素萍寫 .步進電機的升降頻設(shè)計 .機床電器 .洛陽軸承集團公司 ,。 再次對所有關(guān)心、幫助我的人說一聲“謝謝”。高老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定， 中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。 在程序設(shè)計上，本文采用了指數(shù)曲線的控制方式控制電機的升降頻。 } } //停止 if(!Stop) { while(F10) { F=100。 uint i， j， bc。i12。 } void main() { InitIO()。 void InitIO() { Start=1。 BN=0。 AP=0。 BP=0。 t=500000/F。 TL1=tamp。 sbit BN=P1^3。 定時常數(shù)為： 計數(shù)器 方式 定時器方式 選通位 工作模式 控制位 畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 t0(H)=65536[ t0/(t’ 0*C)]=60536 167。 設(shè)定 定時器工作設(shè)置 在方式 1。 167。 ULN2020 芯片如 圖 24 所示： 圖 24 ULN2020 芯片 ULN2020 芯片輸入端 與控制系統(tǒng) P1口連接，其連接方式如 表 22 所示 ： 表 22 ULN2020 芯片輸入端 與控制系統(tǒng) P1 口鍵連接 1B 2B 3B 4B ULN2020 芯片輸出端 與步進電機連接，其連接如 表 23 所示 ： 表 23 ULN2020 芯片輸出端 與步進電機連 接 1C 2C 3C 4C A+ A B+ B 167。 就是在單片機獲得 P0 口為低的信息后，不是立即認(rèn)定 按鍵 已被按下，而是延時 10 毫秒或更長一些時間后再次檢測 P0 口，如果仍為低，說明 按鍵 的確按下了，這實際上是避開了按鈕按下時的抖動時間。上電后，由于電容的充電作用，使 RST 持續(xù)一段時間的高電平。本設(shè)計由內(nèi)部振蕩方式產(chǎn)生。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。 P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。 單片機及其外圍電路介紹 167。同理降頻時應(yīng)為反指數(shù)曲線。這樣步進電機就可以很快的走完全程且不失步。㎡ 有了這些參數(shù)， 可以 設(shè)計出控制電路 . 167。 電壓對力矩影響如 圖 12 所示 ： 圖 12 電壓對力矩的影響 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。 常見 感應(yīng)子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為 AB A B A B AB AB，步距角為 度；二相八拍 為 ABB A B A A B B AB AAB，步距角為 度。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。 靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 相數(shù) ： 產(chǎn)生不同對磁極 N、 S 磁場的勵磁線圈對數(shù)。這類電機有時又稱為四相電機，但這種稱呼容易令人混淆又不正確，因為它其實只有 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 兩個相位，精確的說法應(yīng)是雙相位六線式步進電機。本文根據(jù)步進電機的動力學(xué)方程和矩 頻特性曲線建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法，對升降速的過程進行離散處理，用定時器控制發(fā)出脈沖的時間間隔，采用查表和計算相結(jié)合的方法實現(xiàn)了步進電機的升降速過程的控制。使步進電機在最短的時間內(nèi)以較大的輸出轉(zhuǎn)矩升到設(shè)定的速度，從而提高加工效率。其中反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 上個世紀(jì)就出現(xiàn)了步進電動機，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，動作原理和今天的反應(yīng)式步進電動機沒有什么區(qū)別，也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 步進電機控制系統(tǒng)應(yīng)用流程圖 ............................ 14 167。 靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語 ...................................... 4 167。該方法能使電機以較高的效率運行。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差（精度為 100%）的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 由于步進電機是靠輸入脈沖來控制其運轉(zhuǎn)的，本 文采用單片機來控制步進電機。 關(guān)鍵詞 ：步進電機，單片機，升降頻，步長 畢業(yè)設(shè)計（論文） II STEPER MOTOR FREQUENT MOVEMENT BASED ON MICROCONTROLLER UNIT CONTROL ABSTRACT Stepper motor is one kind transforms the electricity pulse as angular displacement39。. 2 動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 .................................... 4 167。 主流程圖 ......................................... 14 167。到了 80 年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電動機的控制方式更加靈活多樣?，F(xiàn)階段，反應(yīng)式步進電 機獲得最多的應(yīng)用。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1 章 步進電機簡介 167。本設(shè)計采用以單片機為核心的系統(tǒng)對步進電機進行控制。六線式步進電機雖又稱為單極性步進電機，實際 上卻能同時使用單極性或雙極性驅(qū)動電路。常用 m 表示。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。四相電機工作方式也有二種，四相四 拍為 ABBCCDDAAB，步距角為 度；四相八拍為 ABBBCCCDDDAAAB， (步距角為 度）。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 單片機控制步進電機的升降頻 一些控制簡單或要求低成本的運動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用步進電機做執(zhí)行元件。 失步和過沖現(xiàn)象分別出現(xiàn)在步進電機啟動和停止的時候。為實現(xiàn)步進電機的升降頻，在系統(tǒng)設(shè)計中，一般采 用硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，硬件使用積分電路和微分電路實現(xiàn)，其元件參數(shù)一經(jīng)選定，曲線形狀就固定不變，因為每個電機及其負載的機械特性不同，所以他不能最好地與所有的電機適配。 CPU 芯片 AT89C51 是主機板的核 心，接收各部分信息并向各部發(fā)出命令，控制電機運行的各種工作狀態(tài)。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。 XTAL1:反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。如圖 22 中所示，在引腳 XTAL1和 XTAL2 外接晶體振蕩器 (簡稱晶振 )，就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式。當(dāng)單片機已在運行當(dāng)中時，按下復(fù)位鍵后松開，也能使 RST 保持 一段時間的高電平，從而實現(xiàn) 通電時的自動復(fù)位操作，系統(tǒng)運行過程中的 開關(guān)復(fù)位操作。 按鍵 與控制系統(tǒng) P0 口鍵連接，其連接如下表： 表 21 P0 口與控制鍵連接 控制鍵電路圖如 圖 23 所示： 圖 23 控制鍵電 路圖 167。 步進電機控制系統(tǒng)硬件電路圖 (見附錄 1) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 第 3 章 步進電機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 167。 走一步子程序流程圖 圖 33 走一步子程序流程圖 167。 為了達到精確定位的目的， 在 編程時，將頻率 F(n)的保持時 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 間換算為步數(shù)，并對步數(shù) Z(n)進行計數(shù)。 程序源代碼 系統(tǒng)詳細設(shè) 計程序如下： 文件： include include define uint unsigned int define uchar unsigned char //引腳定義 sbit Start=P0^0。 //定時器 T1 溢出延時 void T1_Delay(uint temp)。0xff。 AP=1。 BN=0。 AN=0。 Return。 SpeedUp=1。 F=100。i++) { F=a[i]。 for(i=0。 MotRun(F)。程序可用于調(diào)試步進電機升降頻的數(shù)據(jù) 區(qū)，在步進電機的性能檢測、機械特性檢測上都有一定的用途，也可為數(shù)控系統(tǒng)提供一些數(shù)據(jù)。除了敬高老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 最后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，是在他們的教