【正文】 irconditioning. Reactive (VR), the domestic general called BF, have a mon threephase reaction, step angle of degrees。 Twophase, fourphase hybrid step angle is degrees more than a small size, great distance, and low noise。本次設(shè)計(jì)從伺服電機(jī)的選型，直至報(bào)告寫作完成的整個(gè)過程都是在老師的悉心指導(dǎo)下完成的。軟件設(shè)計(jì)主要是通過編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制。按下減速鍵，通過改變電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一步的延時(shí)時(shí)間，使時(shí)間變長，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)減速。第一節(jié) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件需要同時(shí)完成讀取鍵盤、處理鍵盤、控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示等任務(wù)，這就必須通過中斷技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。②在線路設(shè)計(jì)中，將所有器件的模擬地線和數(shù)字地線都區(qū)分開，兩者的地線不要混亂，分別與電源地線相連。：①輸入系統(tǒng)：它使模擬信號(hào)失真，輸入數(shù)據(jù)信號(hào)出錯(cuò)。然后通過單片機(jī)實(shí)行相應(yīng)的操作。 時(shí)鐘和復(fù)位電路三、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分，選用的是L297和L298芯片并用來驅(qū)動(dòng)的，L29L298前面已經(jīng)介紹了，由單片機(jī)給L297提供時(shí)序脈沖分配給A、B、C、D四相，在經(jīng)過L298放大電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。前者是三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，后者是三端固定負(fù)輸出極集成穩(wěn)壓器，整流后的輸出波形與純直流相差甚遠(yuǎn)，須經(jīng)濾波才能作直流電源用。因?yàn)樵谡鳌V波和穩(wěn)壓電路中有一定的壓降，所以要使輸出電壓比所需電壓高2V~3V。 系統(tǒng)電路原理圖第二節(jié) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)一、電源電路設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)用了+5V、+12V電源，采用的是78系列的集成固定三端穩(wěn)壓管。把發(fā)光二極管的陰極連在一起構(gòu)成公共陰極，使用時(shí)公共陰極接地。LED數(shù)碼顯示器就是由發(fā)光二極管組合而成的1種新型顯示器件。第五節(jié) 測速和顯示介紹一、光電編碼器測速光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，它具有體積小、精度高、工作可、接口數(shù)字化靠等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、回轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服傳動(dòng)、機(jī)器人、雷達(dá)、軍事目標(biāo)測定等需要檢測角度的裝置和設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過CPU直接來驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)镃PU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通過CPU來間接驅(qū)動(dòng)，就是把從CPU輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。芯片內(nèi)的PWM斬波器電路可開關(guān)模式下調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中的電機(jī)繞組中的電流。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。此時(shí)，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。RST：復(fù)位輸入。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。P0能夠用單片機(jī)的引腳排列于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。PROM容量可達(dá)20K字節(jié)。 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)接下來主要介紹AT89C52，其主要參數(shù)如表21所示。其中，地址總線的作用是在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)提供地址，CPU通過它們將地址輸出到存儲(chǔ)器或I/O接口；數(shù)據(jù)總線的作用是在CPU與存儲(chǔ)器或I/O接口之間，或存儲(chǔ)器與外設(shè)之間交換數(shù)據(jù)；控制總線包括CPU發(fā)出的控制信號(hào)線和外部送入CPU的應(yīng)答信號(hào)線等。在t=t1時(shí)刻，電路斷開與直流電壓源V的連接，并且短路，電路中的電流以初始速率一V/L開始下降，電流變化規(guī)律為：I(t)=VeR(tt1)/L/R不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上。功率驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最高起動(dòng)頻率（突跳頻率），而最高運(yùn)行頻率則可以達(dá)到N*102 KHz。速度控制中加/減控制是最基本的控制。單四拍、。轉(zhuǎn)子的主要結(jié)構(gòu)是磁性轉(zhuǎn)軸，當(dāng)定子中的繞組在相序信號(hào)作用下有規(guī)律的通電、斷電工作時(shí)，轉(zhuǎn)子周圍就會(huì)有一個(gè)按此規(guī)律變化的電磁場，因此一個(gè)按規(guī)律變化的電磁力就會(huì)作用在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子總是力圖轉(zhuǎn)動(dòng)到磁阻最小的位置，正是這樣，使得轉(zhuǎn)子按一定的步距角轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。功率式：輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動(dòng)較大負(fù)載（一般使用反應(yīng)式、混合式步進(jìn)電機(jī)）。第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)簡介步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(Stepping Motor，Step Motor或Steper Motor)是一種由電脈沖控制的特殊同步電動(dòng)機(jī)。系統(tǒng)中采用并行控制，用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)電路。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)，加以放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。通過對整個(gè)系統(tǒng)的硬件分析在學(xué)習(xí)上及實(shí)踐中可以起一定的促進(jìn)作用。而且可以做到人機(jī)交換，使控制更加的直觀和方便，各種運(yùn)行狀態(tài)也都有相應(yīng)的指示，使操作者隨時(shí)都能對電機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行方便的了解。應(yīng)用領(lǐng)域如數(shù)控機(jī)床、印刷機(jī)械等等。一般伺服都有三種控制方式：速度控制方式，轉(zhuǎn)矩控制方式，位置控制方式。正是因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，它已經(jīng)被廣泛地用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。步進(jìn)電機(jī)按工作方式分類：可分為功率式和伺服式兩種。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。s state.【Key words】servo stepper motor singlechip AT89C52目 錄前 言 1第一章 緒論 2第一節(jié) 課題背景 2一、伺服電機(jī)的介紹 2二、伺服控制器的介紹 3第二節(jié) 設(shè)計(jì)目的及系統(tǒng)功能 4第二章 系統(tǒng)硬件分析 6第一節(jié) 系統(tǒng)組成 6第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)簡介 8一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類 8二、步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 9三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng) 12第三節(jié) 單片機(jī)簡介 14第四節(jié) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片介紹 19一、L297簡介 19二、L298簡介 20第五節(jié) 測速和顯示介紹 22一、光電編碼器測速 22二、LED數(shù)碼顯示 23第三章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 24第一節(jié) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 24第二節(jié) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 25一、電源電路設(shè)計(jì) 25二、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì) 26三、驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 26四、按鍵電路設(shè)計(jì) 27五、測速電路設(shè)計(jì) 28六、顯示電路設(shè)計(jì) 29七、抗干擾設(shè)計(jì) 29第四章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì) 31第一節(jié) 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) 31第二節(jié) 鍵盤控制程序設(shè)計(jì) 32第三節(jié) 正反轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì) 33第四節(jié) 加減速程序設(shè)計(jì) 34第五節(jié) 顯示子程序設(shè)計(jì) 35第六節(jié) 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì) 36結(jié) 論 37致 謝 38參考文獻(xiàn) 39附 錄 40一、英文原文 40二、英文翻譯 42三、工程設(shè)計(jì)圖紙 44四、源程序清單 4558前 言在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔?。通過單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變CP脈沖的頻率時(shí)間對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)功能，并將電機(jī)所處的狀態(tài)用數(shù)碼管顯示出來。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由步進(jìn)控制器，功率放大器及步進(jìn)電機(jī)等組成。 Second, design the scheme of startstop, steering and speed, position control of stepper motor。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。一、伺服電機(jī)的介紹從定義上來講伺服電機(jī)（servo motor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置，它是可能的一個(gè)簡單的交流感應(yīng)電機(jī)是連接到一個(gè)速度控制器。但步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、成本低，且其控制電路也簡單。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種能完成增量運(yùn)動(dòng)的電磁機(jī)械，它將輸入的數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)轉(zhuǎn)軸的輸出角度。軟件編程可靈活產(chǎn)生不同類型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁序列來控制各種步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行方式。①轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)矩控制方式是通過外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機(jī)軸對外的輸出轉(zhuǎn)矩的大小。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)的一個(gè)很重要的元件，而單片機(jī)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也是一個(gè)十分重要的元件。同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。運(yùn)動(dòng)控制是一門有關(guān)如何對物體位置和速度進(jìn)行控制的技術(shù)。不同的控制方案，步進(jìn)控制器、驅(qū)動(dòng)器也有不同的類型。電路接在驅(qū)動(dòng)電路和單片機(jī)出口之間。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。目前應(yīng)用最廣泛的是反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)?；旌鲜脚c傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖（一）步進(jìn)電機(jī)的工作方式開始時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。（三）步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感即振動(dòng)感，為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小振動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波；可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。加速度有兩中方案：線性加/減速度控制和等步距加/減速度控制。但實(shí)際應(yīng)用對起動(dòng)段的處理可采用直線擬合的方法，即“階梯升速法”。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動(dòng)或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低。步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機(jī)相繞組的兩個(gè)固有屬性，電機(jī)的性能和這兩個(gè)因素密切相關(guān)。 不同頻率脈沖作用下電感電阻電路的電流波形，要改善電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)的性能，有兩種辦法:提高電流上升速度VA和減小時(shí)間常數(shù)L/R；可以通過加大繞組的電壓從而增加電流上升的速率得時(shí)間常數(shù)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入/輸出控制、時(shí)序控制等。PROM電可編閃速存儲(chǔ)器。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方。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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。③I/O口引腳：a：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用；b：P1口，8位準(zhǔn)雙向I/O口；c：P2口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用；d：P3口，8位準(zhǔn)雙向I/O口，雙功能復(fù)用口。此外，AT89C52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。 L297引腳圖L297能產(chǎn)生單四拍、雙四拍和四相八拍工作所需的適當(dāng)相序。；如與L293E配套使用，步進(jìn)電機(jī)繞組電流。伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤與電動(dòng)機(jī)同軸，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光柵盤與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，再由發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號(hào)。它使用了8個(gè)LED發(fā)光二極管，其中7個(gè)用于顯示字符，1個(gè)用于顯示小數(shù)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰極四位一體數(shù)碼管SM420361，用74LS244芯片來驅(qū)動(dòng)顯示。它有風(fēng)部過流保護(hù)，保證輸出電流部會(huì)超出最大允許值；它有內(nèi)部熱保護(hù)電路，如果輸出管的結(jié)溫達(dá)到允許的最大值，它會(huì)知道減小輸出電流；它內(nèi)部還有工作區(qū)限制電路。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗元件組成。當(dāng)整流輸出電壓開始下降時(shí)，電容向負(fù)載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。假設(shè)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為n分/轉(zhuǎn)，則光電碼盤上面返回的是10n/60每秒。③微機(jī)控制的內(nèi)核，使三總線上的數(shù)據(jù)信號(hào)混亂，CPU得到錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，使運(yùn)算操作數(shù)失真。（電源部分）WATCHDOG本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴于CPU，當(dāng)電源受干擾而掉電時(shí)，WATCHDOG自動(dòng)產(chǎn)生中斷。YN開始系統(tǒng)參數(shù)初始化相應(yīng)按鍵子程序相應(yīng)顯示子程序結(jié)束按鍵判斷 主程序流程圖第二節(jié) 鍵盤控制程序設(shè)計(jì)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。設(shè)置顯示數(shù)據(jù)區(qū)首址74LS244初始化74LS244初始化設(shè)置位選字輸出位選字讀顯示數(shù)據(jù)查段選碼輸出段選碼延時(shí)1ms顯示完8位數(shù)據(jù)否？返回改變位選字是否開始 顯示程序流程圖第六節(jié) 定時(shí)中斷程序設(shè)計(jì)定時(shí)中斷初始時(shí)首先要對IF清零，禁止接受其它中斷的請求?？傊?，雖然本文對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制器進(jìn)行了研究，但尚有許多問題需要探索研究，仍需進(jìn)一步努力。在此對幫助過的老師和同學(xué)表示深深的謝意。, the precision of motor can reach or close to 176