【正文】 展的趨勢和方向?？梢灾苯佑脭?shù)字信號驅(qū)動，使用非常方便。 基于此上功能分析提出設(shè)計一個基于單片機的單軸步進電機控制器。單雙八拍工作方式： AABBBCCCDDDA (即一個脈沖 ,轉(zhuǎn) 度 )八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。 同時環(huán)形分配器還必須接受控制器的方向信號，從而決定其輸出的狀態(tài)是按正序或者按逆序轉(zhuǎn)換，進而決定步進電機的轉(zhuǎn)向。步進電 機使用脈沖電源工作，脈沖電源的獲得可通過下圖說明， 單電壓功率驅(qū)動電路如圖 所示。同時，由于電機有正反轉(zhuǎn)要求，所以這種環(huán)形分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的。 對于步進電機調(diào)速， 實際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出 CP 脈沖的頻率或者換相的 周期。 步進電機開環(huán)控制如圖 所示。 步進電機的脈沖使用軟件環(huán)形分配的形式。 通過對比上面三種設(shè)計方案，方案一中選用軟件環(huán)形分配器的形式， 但由于這種方法占用了微機控制系統(tǒng)的大部分時間及 精力 ，所以只能用于微機系統(tǒng)資源比較寬松且微機控制任務(wù)不是很 繁重 的系統(tǒng)中。主要特點 是：工作電壓高，最高工作電壓可達 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達 3A，持續(xù)工作電流為 2A；額定功率 25W。當(dāng)此引腳為低電平時， A 相、 B相驅(qū)動控制被禁止；當(dāng)線圈級斷電時，雙極性橋用這個信號使負載電源快速衰減。 （ 8） 18 引腳 (CLOCK)步進時鐘輸入端。 L297 的特性是只需要時鐘。 GND1VCC2VO3RS4RW5E6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714BG VCC15BG GND16LCD1液晶 —LCD1602 圖 LCD1602 芯片引腳 液晶 LCD1602 由若干個 5*7 或者 5*11 等點陣字符位組成，每個點陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點距的間隔，每行之間也有間隔，起到了基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 20 字符間距和行間距的作用，正因為如此所以它不能很好地顯示圖形。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U4AT89S51GNDkey5SWPBkey6SWPBGNDkey1SWPBkey2SWPBkey3SWPBkey4SWPB 圖 獨立 按鍵電路 設(shè)計 中 一共設(shè)計了 7 個獨立按鍵，其中 一個為單片機復(fù)位電路按鍵。下面對系統(tǒng)主程序進行簡單介紹。然后等待正向啟動鍵按下，當(dāng)啟動鍵按 下 后則執(zhí)行正向啟動，步進電機則正向轉(zhuǎn)動。 //顯示光標(biāo)移動設(shè)置（讀寫一個字符后地址指針加一） write_(0x0c)。 //松手檢測 delay(5)。下面 對按鍵子程序進行簡單說明。 void init_lcd() { write_(0x38)。 //延時 } init_time0()。程序流程圖的設(shè)計遵循自頂向下的原則，在流程圖中把設(shè)計者的控制過程梳理清楚。 VO 端口接了一個 1K 的滑動變阻器用來調(diào)節(jié) LCD1602 的對比度， BG VCC 端口接 VCC 用來把 LCD1602 的背光打開，以便有更好的顯示效果。 T2100pfC91000ufC7470ufC8Vin VoutGNDVR2LM7812D10Bridge1+12V220V/15VS2SWSPST 圖 步進電機 12V 電源電路 顯示電路 顯示電路為 LCD1602 組成的相關(guān)電路 。 圖 步進電機外型 設(shè)計當(dāng)中所使用的 為 57BYG007 型 四相 步進電機 ， 步進電機 技術(shù)參數(shù)如表 所示。當(dāng)系統(tǒng)被復(fù)位時用來阻止電機驅(qū)動 。每個斬波器的觸發(fā)器由振蕩器的脈沖調(diào)節(jié)，當(dāng)負載電流提高時檢測電阻上的電壓相對提高，當(dāng)電壓達到 Uref 時 (Uref 是根據(jù)峰值負載電流而定的 )，將觸發(fā)器重置， 切斷輸出，直至第二個振蕩脈沖到來、此線路的輸出 (即觸發(fā)器 Q 輸出 )是一恒定 速率的 PWM 信號， L297 的 CONTROL 端的輸入決定斬波器對相位線 A、 B、 C、 D 或抑制線 INH1 和 INH2 起作用。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)1512345(MOSI)6(MISO)7(SCK)8(AD0)39(AD1)38(AD2)37(AD3)36(AD4)35(AD5)34(AD6)33(AD7)32(A8)21(A9)22(A10)23(A11)24(A12)25(A13)26(A14)27(A15)28PSEN29ALE/PROG30(TXD)11(RXD)10GND20VCC40U4AT89S51GNDVCC12Y130pFC1030pFC1110uFC122KR75VS3SWPBT1100pfC52200ufC3100pfC4VinVoutGNDVR1LM7805D1Bridge1VCC220V/9VS1SWSPST 圖 單片機最小系統(tǒng) 步進電機 驅(qū)動 電路 設(shè)計中采用 L298N 作為步進電機的驅(qū)動芯片， 其為步進電機專用的驅(qū)動芯片內(nèi)部采用雙極性驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電機工作。顯示電路選用 LCD1602，實時顯示步進電機的工作狀態(tài)。再者步進電機的運行狀態(tài)應(yīng)有響應(yīng)的顯示電路進行顯示，且可以通過不同的按鍵控制步進電機狀態(tài)的改變。開環(huán)控制時沒有位置檢測反饋，不需要光電編碼器之類的位置傳感器，因此控制系統(tǒng)的價格比較便宜。 一次循環(huán)輸出驅(qū)動三相反應(yīng)式步進電機所需的六個狀態(tài)： AABBBCCCA,這樣，三相步進電機就進入了三相六拍的運行狀態(tài)。近年來出現(xiàn)了集成化的雙極性驅(qū)動芯片，它能方便地對采用雙極性 驅(qū)動電路的步進電機極性控制。這兩種驅(qū)動電路分別應(yīng)用于不同的步進電機。 步進電機 驅(qū)動電路如圖 所示。依次類推， A、B、 C、 D 四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著 A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。并可以隨時啟動前進、復(fù)位返回原點。減少步距角， 減少步進誤差， 即提高了分辨率和步距精度。 我國步進電機 的 發(fā)展 我國開展步進電機的研究工作相對較晚， 上 世紀 50 年代才開始對步進電機進行研究和制造，到目前為止已有六十多年。伴 隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增， 被廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域發(fā)揮著不可或缺的作用 。 通過按鍵設(shè)置行程，由按鍵控制步進電機 正轉(zhuǎn)前進、停止以及反轉(zhuǎn)復(fù)位， 并 可以由相應(yīng)按鍵控制步進電機 以 加減速方式 前進和復(fù)位。 L298N。其應(yīng)用主要以處理辦公業(yè)務(wù)能力很強的機器和工廠自動化機器為核心，并廣泛的應(yīng)用于醫(yī)療器械、計量儀器、汽車、游戲機等 方面 。在我國，由于歷史緣由，磁阻式步進電機還在一定的場合里使用，但混合式步進電機在工業(yè)自動化系統(tǒng)中的優(yōu)勢越來越明顯，市場占有率隨之不斷提高。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)，因此非常適合于控制 。 通過對步進電機控制器的設(shè)計，可以更深刻地理解步進電機的工作原理，而且由此設(shè)計我們可以舉一反三，對此類相關(guān)設(shè)計積累一定 經(jīng)驗?；?AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 6 四相步進電機單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 所示。 從環(huán)形分配器輸出的各相導(dǎo)通或截止的信號送入信號放大與處理級。 VDARRsVT 2VT 1+ 12 v 圖 單電壓功率驅(qū)動電路 電動機繞組串有電阻 RS，使繞組回路的時間常數(shù)減少，縮短了繞組中電流上升的過渡時間。因此，環(huán)形分配器是一種特殊的可逆循環(huán)計數(shù)器 ?？刂葡到y(tǒng)可用兩種方法確定 CP 脈沖的周期，一種是軟件延時法，另一種是定時器延時法。 指令 圖 步進電機開環(huán)控制 確定設(shè)計方案 由前面對與步進電機的工作原理、驅(qū)動、調(diào)速、開環(huán)控制等的介紹，針對所提出的設(shè)計問題，確定相關(guān)的設(shè)計方案。此設(shè)計方案通過單片機內(nèi)部的定時器改變 CP 脈沖 輸入各相的順序從而改變步進電機的正反轉(zhuǎn)、起停。而且數(shù)碼管顯示電路所能顯示的內(nèi)容比較單一。內(nèi)含兩個 H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動器，可以用來驅(qū)動直流電動機和步進電動機、繼電器線圈等基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 15 感性負載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號控制；具有兩個使能控制端，在不受輸入信號影響的情況下允許或禁止器件工作有一個邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測電阻，將變化量反饋給控制電路。若 CONTROL 端輸入是低電 平時，用斬波器調(diào)節(jié)負載電流。該引腳輸入負脈沖時步進電機 向前 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 17 步進一個增量，該步進是在信號的上升沿產(chǎn)生。方向和模式輸入信號。 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口，對 比度可調(diào)，內(nèi)部有復(fù)位電路。其余key1key4 分別連接到單片機的 ,四個按鍵的功能分別為：啟動系基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 22 統(tǒng)工作時 key1 用來設(shè)置步進電機所要走的行程值， key2 用來啟動步進電機正向轉(zhuǎn)動， key3 控制步進電機的停止， key4 是復(fù)位按鍵按下此鍵后步進電機復(fù)位到零點，行程值也變?yōu)榱恪? void main() { uchar num1, num2。在步進電機正向轉(zhuǎn)動過程中，系基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 25 統(tǒng)程序 則 繼續(xù) 執(zhí)行按鍵掃描程序 ，如果有相應(yīng)的按鍵按下則轉(zhuǎn)到 相應(yīng)按鍵子程序去執(zhí)行。 //顯示開不顯示光標(biāo)且光標(biāo)不閃爍 } 基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 27 定時器 0 初始化程序 void init_time0() { TMOD=0x01。 //延時消抖 while(!key2)。 Key2 為正向啟動按鍵， key3 為 停止按鍵，key4 為復(fù)位按鍵， key5 為正向減速按鍵， key6 為加速復(fù)位按鍵。 程序入口LCD 1602 初始化定時器 T 0 中斷允許定時器 T 0 工作方式 1載入定時器初始值載入默認工作參數(shù)返回 圖 系統(tǒng) 初始化流程圖 根據(jù)初始化流程圖編寫出系統(tǒng)初始化程序，下面對初始化程序進行簡單說明 ， LCD1602 初始化程序。 delay(100)。 事實上每一部分都是緊密相關(guān)的，每個功能模塊對于整體設(shè)計都是非常重要，單片機 AT89S51 通過軟件編程才能使系統(tǒng)真正的運行起來，軟件設(shè)計的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運行質(zhì)量。 表 LCD1602 顯示芯片各 引腳 引腳號 引腳名 電平 輸入 /輸出 作用 1 GND 電源地 2 VCC 電源（ +5V） 3 VO 對比調(diào)整電壓 4 RS 0/1 輸入 0=輸入指 令 1=輸入數(shù)據(jù) 5 R/W 0/1 輸入 0=向 LCD 寫入指令或數(shù)據(jù) 1=從 LCD 讀取信息 6 E 1,10 輸入 使能信號， 1 時讀取信息， 10（下降沿）執(zhí)行指令 7—14 DB0DB7 0/1 輸入 /輸出 數(shù)據(jù)總線 line 8 BG VCC +VCC LCD 背光電源正極 9 BG GND 接地 LCD 背光電源負極 顯示電路中 1602 的 RS、 RW、 E 三個端口分別連接到了 AT89S51 的 端口用來控制向 1602 讀寫指令以及數(shù)據(jù)等信息， 數(shù)據(jù)端 DB0DB7 連接到單片基于 AT89S51 單片機的單軸步進電機控制器設(shè)計 21 機的 ，用來輸入 /輸出數(shù)據(jù)。這是 給