【正文】 PID()。039。S39。E39。S39。E39。 write_(0x04)。 d=0。 } if(2e1e2) { t=3*e15*e2+2*e3。P0=。 while(start==0)。 sbit SB1 =P2^4。1996:99103[19] 孫和平。微機(jī)原理與接口技術(shù).。在這里也衷心地感謝他們！ 在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意！西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）30Error! No text of specified style in document.31參考文獻(xiàn)[1] 王建校，楊建國(guó)，寧改娣。老師交給我的設(shè)計(jì)任務(wù)——步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制，剛開始遇到困難是意料中的事，但經(jīng)過老師的細(xì)心指導(dǎo)及自己的努力慢慢的我克服掉了困難，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成了此設(shè)計(jì)；我個(gè)人認(rèn)為我的困難主要來(lái)自于自己的專業(yè)知識(shí)不夠具體全面，雖然經(jīng)翻閱資料知識(shí)點(diǎn)能夠整合完成，但我想多掌握一些此種性質(zhì)的專業(yè)知識(shí)無(wú)疑對(duì)我們應(yīng)屆畢業(yè)生以后的發(fā)展是有利的，所以我會(huì)好好利用這次設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)來(lái)充實(shí)自己，爭(zhēng)取早一天讓自己“成熟”起來(lái)。由公式（54 ）可得： 1222 00[()]nnnpkdi eykeTy???????公式（54 ）用（54 ）式減去（56 ）式，可得增量式PID的算式：1 12[()*()]dnpnnnniTykeee??????公式（55 ）其中， 1nny?為了編寫程序方便，將(55)式改寫成下列形式 12**nnnyAeBCe?????公式（56 ）式中： ， ，(1)dpiTAk??(2)dpTk?dpTk?從增量式PID的算式中可知，只要知道了現(xiàn)時(shí)以前的三次采樣周期內(nèi)的偏Error! No text of specified style in document.23差信號(hào) ， ， 即可計(jì)算出本次采樣周期內(nèi)的控制變量y的增量 。為了方便知道電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和轉(zhuǎn)速的多少，設(shè)計(jì)了電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)的工作狀態(tài)的顯示電路。此次設(shè)計(jì)采用了、L298 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。是以單片機(jī)為核心，L298 為驅(qū)動(dòng)，1602 作為顯示，按鍵作為輸入所搭建的仿真模型。輸出電流可達(dá) 2．5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。輸入至其內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度 [20]。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 AT89S51 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)廉的方案 [17]。因此，速度每升一級(jí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都要在該速度級(jí)上走 NC 步（其中 N 為該速度級(jí)數(shù)）。功率放大器主要對(duì)環(huán)形分配器的較小輸出信號(hào)進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的 [11]。 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著 40 個(gè)小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開 0、1/3 て、2/3 て,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即 A 與齒 1 相對(duì)齊，B 與齒 2 向右錯(cuò)開 1/3 て，C 與齒 3 向右錯(cuò)開 2/3 て，A39。 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù) 電機(jī)的拍數(shù)完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖用 n 表示或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)以四相電機(jī)為例，四相四拍運(yùn)行方式即 ABBCCDDAAB，四相八拍運(yùn)西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）6行方式即 AABBBCCCDDDAA?？刂凭雀摺?duì)這個(gè)問題的解決辦法，除了改善負(fù)載特性及附加機(jī)械阻尼外，還可以在驅(qū)動(dòng)電源方面加以改善，如引入電磁阻尼、采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)等辦法來(lái)解決。這就要求不斷研制出高性能高可靠性高集成化低價(jià)位的驅(qū)動(dòng)器和低成本的單片機(jī)控制滿足需求。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用性能與它的驅(qū)動(dòng)電路有密切的關(guān)系，隨著電力電子技術(shù)西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）2及微電子技術(shù)及其器件的發(fā)展，驅(qū)動(dòng)器的面貌不斷改變。既有反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基于氣隙磁導(dǎo)變化的特征，又有軸向恒定磁場(chǎng)的永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特征。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有多種不同的結(jié)構(gòu)。齒數(shù)也不同，使得產(chǎn)品規(guī)格品種繁多，生產(chǎn)格局復(fù)雜化，對(duì)用戶選擇不利。首先，精確的分析和設(shè)計(jì)，模型的建立和完善，是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)研究，至今還有很多工作要做，它可以為各類問題的深入分析提供基礎(chǔ)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)指出方向。/176。步進(jìn)電機(jī)的控制部分以單片機(jī)為主的微處理器控制具有如下優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。/176。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）8能直接接到交直流電源上，而必須使用專用設(shè)備—步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。由圖可見，離散后速度并不是一直上升的，而是每升一級(jí)都要在該級(jí)上保持一段時(shí)間，因此實(shí)際加速軌跡呈階梯狀。Error! No text of specified style in document.113 主要芯片介紹 89S5l 單片機(jī)簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)以 CPU 選用 89S5l 作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片．89S51 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫數(shù)達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。調(diào)用 PID 程序，通過改變脈沖周期調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。 表 41 按鍵功能表S1 啟動(dòng)S2 速度增加/定位加S3 速度減少/定位減S4 停止 顯示電路在此次步進(jìn)電機(jī)的控制中，要求顯示電以加速、減速。因?yàn)椴蓸又芷赥，積分常數(shù) 和微*paikT?*pdb iT分常數(shù) 選定后皆為常數(shù)，因此 及 必為常。用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)。這些都是我不斷前進(jìn)的動(dòng)力，必將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和生活受益匪淺，我將終生學(xué)習(xí)和銘記。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，2022:913[10] 盧京潮。電氣自動(dòng)化，2022[18] 張毅剛等。 sbit SA1 =P2^2。w0。 {m。 e2=TX[3]TX[2]。}else {e=0。 rw=0。E39。/39。E39。/39。 write_data(LEDData[(m+1)%10])。 }while(jamp。 speeddisplay()。 write_data(LEDData[m%100/10])。 write_data(39。D39。 write_data(39。D39。 write_data(39。 TL0=(65536(1250t))%256。 uint f。delay0(5)。 } } if(stop==0) {delay0(10)。 sbit rw =P3^1。 Electrical Engineering Magazine, 2022, 21 (12) : 2022.[22] WANG Y L. High and low voltage exchange for stepper motor drive [ J ]. Mechanical amp。北京航天航空大學(xué)出版，2022:1920[13] 何立民。北京：高等教育出版社， 2022[3] 申忠如， 郭福田，丁暉 .。 在本次設(shè)計(jì)研究和撰寫論文的過程中，我查閱了許多文獻(xiàn)資料，從中學(xué)到了很多有關(guān)系統(tǒng)開發(fā)和程序調(diào)試方面等的知識(shí)。經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)記錄顯示，測(cè)量轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速偏差不是很大，多次不同測(cè)量數(shù)據(jù)最大偏差滿足本設(shè)計(jì)的精度要求，表 61 和表 62 是不同時(shí)間的測(cè)量值和設(shè)定值的比較。如圖 44。采用此設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，, 可靠性高和占空間少。圖 42 系統(tǒng)仿真圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式選擇 步進(jìn)電機(jī)控制是一個(gè)比較精確的控制，步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的 CP脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。圖 35 是 L298N 功能邏輯圖,圖 36 是L298N 的引腳圖 [25]。 此外，AT89S51 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。（3）XTL1（ 19）和 XTL2（18）：振蕩電路。（1）加速過程的總步數(shù)電動(dòng)機(jī)在升速過程中每走一步，加速總步數(shù)就減 1，直到減為 0，加速過程結(jié)束，進(jìn)入恒速過程。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，起各相通電順序?yàn)?ABCD，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C,D 相地通斷，這就是所謂脈沖環(huán)形分配器 [12]。 如 B 相通電，A，C 相不通電時(shí)，齒 2 應(yīng)與 B 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過 1/3て，此時(shí)齒 3 與 C 偏移為 1/3 て，齒 4 與 A 偏移（て1/3 て）=2/3 て。/176。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，指令功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，可靠性高及靈活性好開發(fā)也較為容易，國(guó)內(nèi)近些年來(lái)已將其廣泛應(yīng)用 [4]。步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)解決了這一技術(shù)難題，它使得開環(huán)控制的精度和速度大大提高，由它組成的步進(jìn)式伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化機(jī)械生產(chǎn)過程。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器；在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)方面目前采用更多的是由單片機(jī)提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。但隨著大功率晶體管的發(fā)展目前一般不再采用末級(jí)功放元件來(lái)驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)是帶慣性負(fù)載能力差，低頻振蕩現(xiàn)象嚴(yán)重，高頻運(yùn)行時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩下降。用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成的控制系統(tǒng)，具有成本低，控制簡(jiǎn)單，容易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。在國(guó)外，特別是工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)早已規(guī)?；a(chǎn)，我國(guó)與之相比還有相當(dāng)大的差距。使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)達(dá)到了一個(gè)新的水平。由于旋轉(zhuǎn)電勢(shì)基本上與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，電勢(shì)越大，繞組電流越小，從而使電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也隨著轉(zhuǎn)速升高而下降。因此它已經(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)電動(dòng)機(jī)分類步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格很多，現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM ）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB ）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。、三相的為 176。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3 て變?yōu)?1/12 て，1/24 て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。因此，用步數(shù)等于 0 來(lái)判斷是否移動(dòng)到目標(biāo)位，作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行的信號(hào) [14]。西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）10（4）速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速情況下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。（10）P2 口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口 [18]。使用 L298N 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；并可以直接用單片機(jī)的 I/O 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便 [24]。1602 液晶屏顯示實(shí)際轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速。Error! No text of specified style in document.17 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式選擇步進(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(lái)驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)?CPU 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(lái)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)或是再通過控制驅(qū)動(dòng)器接來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。采用獨(dú)立式鍵盤接口技術(shù)，該接法結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但占用資源多,通常用在按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。PID 算法是將描述連續(xù)過程的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，然后，根據(jù)差分方程編制計(jì)算程序來(lái)進(jìn)行控制計(jì)算的。本次設(shè)計(jì)綜合運(yùn)用了各類元器件，同時(shí)查閱了大量相關(guān)資料，包括查閱相關(guān)書籍和網(wǎng)上的資料，獲得了一些相關(guān)信息。他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M] ?；?AT89S51 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M]。uchar TX[6]={0,}。 for(。 a++。en=0。} d++。 ET0=1。P39。R39。P39。R39。(m950)) {write_(0x80+0x48)。 flag=0。 write_(0x04)。