【正文】 1 雖然是一個(gè)單片機(jī)芯片，但作為計(jì)算機(jī)應(yīng)該具有的基本部件它都包括，因此，實(shí)際上它已是一個(gè)簡(jiǎn)單的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)了。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)， ALE 用于控制把 P0 口輸出的低 8 位地址鎖存起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)低位地址和數(shù)據(jù)的隔離。 2. 信號(hào)引腳的第二功腳 由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限制的。低 128 單元的配置圖如表 所示： 表 片內(nèi) RAM 的配置 30H ~7FH 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 20H ~2FH 位尋址區(qū) (00H~7FH) 18H ~1FH 工作寄存器 3 區(qū) (R7~R0) 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 10H ~17H 工作寄存器 2 區(qū) (R7~R0) 08H ~0FH 工作寄存器 1 區(qū) (R7~R0) 00H ~07H 工作寄存器 0 區(qū) (R7~R0) 低 128 單元是單片機(jī)的真正 RAM 存儲(chǔ)器，按其用途劃分為寄存器區(qū)、位尋址區(qū)和用戶 RAM 區(qū)三個(gè)區(qū)域。 PC 是一個(gè) 16 位的計(jì)數(shù)器，自動(dòng)加 1 功能，用來(lái)控制程序的執(zhí)行順序； PC 沒(méi)有地址，是不可尋址的，用戶無(wú)法對(duì)它進(jìn)行讀寫，但可以通過(guò)轉(zhuǎn)移、調(diào)用、返回等指令改變其內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)程序的轉(zhuǎn)移。除法操作后，余數(shù)存于 B 中。 單片機(jī)上電或復(fù)位后， RS1 RS0=00。對(duì)此問(wèn)題作如下說(shuō)明： 1) 21 個(gè)可字節(jié)尋址的專用寄存器是不連續(xù)地分散在內(nèi)部 RAM 高128 單元之中，盡管還余有許多空閑地址，但用戶并不能使用。 3. 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，程序存儲(chǔ)器的容量分別是： 0000H 單元是系統(tǒng)的起始地址， 0003H、 000BH、 0013H、 001BH 和 0023H 對(duì)應(yīng) 5 種中斷源的中斷服務(wù)入口地址。 2. 機(jī)器周期 MCS51 采用定時(shí)控制方式，因此它有固定的機(jī)器周期。單周期指令的執(zhí)行始于 S1P2，這時(shí)操作碼被鎖存到指令寄存器內(nèi)。 接下來(lái) 簡(jiǎn)要介紹了工作原理和編程語(yǔ)言。 在此我感謝老師對(duì)我的幫助和鼓勵(lì)！ 在這次設(shè)計(jì)中，個(gè)人覺(jué)得收獲頗豐，是人生的一次寶貴經(jīng)歷 ！ 但是本論文還存在以下問(wèn)題，需要在后續(xù)的研究中解決： (1)該設(shè)計(jì)沒(méi)有用到位置和速度和位置檢測(cè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)速度和位置反饋控制 (2)設(shè)計(jì)中 沒(méi)有考慮多個(gè)電機(jī)同時(shí)或分時(shí)自動(dòng)運(yùn)作時(shí)的情況， 這樣基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 32 使 設(shè)計(jì)更加完善。對(duì)他們所作的一切，我將用以后更加努力的工作和勤奮的學(xué)習(xí)加以回報(bào)！ 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34 參考文獻(xiàn) [1] 劉寶廷 , 程樹康 . 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng) [M]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 , 1997. 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，即采用 8 段擬合。前者規(guī)定從加速度開(kāi)始，每一加速度周期指令電機(jī)速度遞增相同增量Δf；后者則是要求每一加速度周期電機(jī)走過(guò)相同的步數(shù)。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上的線圈串聯(lián)起來(lái)組成一相繞組，沿周圍也有許多小齒。 勵(lì)磁式：定、轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組 (或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼制成 )由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。它必須由雙 環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。仍是我國(guó)單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的主流機(jī)型。往后經(jīng)過(guò)不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，單片微型計(jì)算機(jī)的功能也不斷增強(qiáng)，許多高性能的新型機(jī)種不斷涌現(xiàn)出來(lái)。采用 MCSC51 單片機(jī)指令系統(tǒng)進(jìn)行編程來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件部分測(cè)試，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)上述功能。 本文通過(guò) MCSC51 單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，主要介紹了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電路和 LED 顯示電路的設(shè)計(jì)，包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制，系統(tǒng)為一自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過(guò)按鍵向單片機(jī)輸送控制信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和正反轉(zhuǎn)，在 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)闡述了脈沖產(chǎn)生電路以及對(duì)速度的控制，該系統(tǒng)具有成本低，控制方便的特點(diǎn)。很多這種控制系統(tǒng)在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)上已經(jīng)做的非常好，比如細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。 1950 年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。尤其是美國(guó) INTEL 公司生產(chǎn)的 MCS51 單片機(jī)基本內(nèi)核為核心的各種擴(kuò) 展型，增強(qiáng)型的新型單片機(jī)不斷推出，所以在今后若干年內(nèi)， MCS51 系列以及世界其他各大公司生產(chǎn)的與其兼容的各種增強(qiáng)型，擴(kuò)展型的單片機(jī)。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。 表 步進(jìn)電 機(jī)的分類 分類型式 具體類型 按力矩產(chǎn)生的原理 反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無(wú)繞組，由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。定子上共有六個(gè)磁極，每個(gè)磁極上都有許多小齒。 3. 混合式步進(jìn)電機(jī) 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。 Δ SΔ SΔ SΔ STF 圖 線性加減速控制曲線 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 加速度有兩種方案：線性加 / 減速度控制和等步距加 /減速度控制?？砂磧煞N 情況處理： 1. 已知突跳頻率則按突跳頻率分段啟動(dòng)，分段數(shù)為 n=f/fq。 2. 保證控制速度的精確性：要 從一個(gè)速度準(zhǔn)確達(dá)到另外一個(gè)速度，就要建立一個(gè)校驗(yàn)機(jī)制，以防超過(guò)或未達(dá)到所需速度。如圖 所示。 2. 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：依控制器所投入的脈沖信號(hào)指令提供電流，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。單片機(jī)是 70 年代中期發(fā)展起來(lái)的一種大規(guī)模集成電路芯片，是 CPU、 RAM、 ROM、 I/O 接口和中斷系統(tǒng)集成于同一硅片的器件。 1. 中央處理器 (CPU) 中央處理器是單片機(jī)的核心，完成運(yùn)算和控制功能。該串行口功能較強(qiáng)，既可作為全雙工異步通信收發(fā)器使用，也可作為同步移位器使用。 MCS51 單片機(jī)的引腳及其功能 MCS51 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 引腳雙列直插式集成電路芯片，引腳排列請(qǐng)參見(jiàn)圖 。 PSEN ：外部程序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)。但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)此數(shù)，因此就出現(xiàn)了需 要與可能的矛盾，給一些信號(hào)引腳賦以雙重功能。 (1) 寄存器區(qū) 8051 共有 4 組寄存器，每組 8 個(gè)寄存單元 (各為 8)，各組都以 R0～R7 作寄存單元編號(hào)，占據(jù)內(nèi)部 RAM 的 00H～ 1FH 單元地址。 2) 累加器 (ACC— Accumulator)。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 4) 程序狀態(tài)字 (PSW— Program Status Word)。 OV()— 溢出標(biāo)志位。 2) 程序計(jì)數(shù)器 PC 不占據(jù) RAM 單元，它在物理上是獨(dú)立的，因 此是不可尋址的寄存器。 程序存儲(chǔ)器中的復(fù)位和中斷源共 6 個(gè)固定的入口地址見(jiàn)表 。規(guī)定一個(gè)機(jī)器周期的寬度為 6 個(gè)狀態(tài)，并依次表示為 S1～ S6。 圖 (c)給出了單字節(jié)雙周期指令的時(shí)序，兩個(gè)機(jī)器周期內(nèi)進(jìn)行 4次讀操作碼操作，其為單字節(jié)指令，后三次讀操作都是無(wú)效的 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 4 控制系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī)接線及驅(qū)動(dòng)電路 模塊 下圖是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)接線圖，其中： A+， A， B+， B，接在步進(jìn)電機(jī)， CW+， CW接單片機(jī)。 針對(duì)該控制系統(tǒng)本身的特點(diǎn)和對(duì)系統(tǒng)的功能要求，選用 8051 芯片作為 控制芯片 ， 七段顯示譯碼器 及 鎖存器 74LS164作為輔助 元件 。 由于該課題的實(shí)踐性較強(qiáng)，鑒 于具體應(yīng)用環(huán)境和本人的知識(shí)背景，尚有不足之處，有待于在理論和實(shí)踐的過(guò)程中進(jìn)一步完