【正文】 圖 11 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) [6] 基于 PIC 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 4 2． 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大的位置轉(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。 該步進(jìn)電動(dòng) 機(jī)的正轉(zhuǎn)通電順序?yàn)?AB→ A(B)→ (A)(B)→ (A)B→A B… ；反轉(zhuǎn)通電順序?yàn)锳B→ (A)B→ (A)( B)→ A(B)→A B… 。將離散所得的 轉(zhuǎn)速序列所對(duì)應(yīng)的定時(shí)常數(shù)序列，做成表格儲(chǔ)存在程序控制器中。 四、 PIC 單片機(jī) （一） PIC 系列單片機(jī)的特點(diǎn) 美國(guó) Microchip 公司的 PIC 系列單片機(jī)主要有以下特點(diǎn)：（ 1）哈佛總線結(jié)構(gòu)；（ 2）指令單字節(jié)化；（ 3）尋址方式簡(jiǎn)單；（ 4）精簡(jiǎn)指令集（ RISC）技術(shù)；（ 5）代碼壓縮率高；（ 6）運(yùn)行速度高；（ 7）功耗低；（ 8）驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，達(dá)到 20mA 的電流驅(qū)動(dòng)能力；（ 9）自帶硬件看門(mén)狗電路；（ 10）外接電路簡(jiǎn)單；（ 11）開(kāi)發(fā)方便。因此對(duì)一個(gè)端口進(jìn)行寫(xiě)入操作意味著總是光讀取端口的引腳電平，在修改這個(gè)值，然 后再寫(xiě)入端口的數(shù)據(jù)鎖存器 [12]。 由于本控制系統(tǒng)所控制的電機(jī)類型為兩相六線混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) ，因此 系統(tǒng)由PIC16F877 單片機(jī)的 PORTA 端口產(chǎn)生 A 和 A、 B 和 B 兩相信號(hào) 。通常在繞組回路中串入電阻 Rs，使繞組回路的時(shí)間常數(shù)減小。實(shí)時(shí)仿真調(diào)試源程序 所以系統(tǒng)監(jiān)控模塊只完成對(duì)系統(tǒng)的初始化設(shè)置，通過(guò)鍵盤(pán)中斷，實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)掃描及處理程序的跳轉(zhuǎn)。 } } （三）步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置 本步進(jìn)電 動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置 共 分為三個(gè)檔次，其中一檔為 100 轉(zhuǎn) /分，二 檔為 150 轉(zhuǎn) /分，三檔為 200 轉(zhuǎn) /分，只用一個(gè)按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)速之間的切換。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反向勵(lì)磁與正向相似。amp。程序執(zhí)行過(guò)程中，每次速度升一檔，都要計(jì)算這個(gè)臺(tái)階應(yīng)走的步數(shù)，然后以遞減方式檢查，當(dāng)減至零時(shí)，該檔速度運(yùn)行完畢，升入又一檔速度 [15]。 由于該系統(tǒng)是用于 作為控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速等各種狀態(tài) ，所以在實(shí)際應(yīng)用中還有很多需要完善的地方。s governing body, has also ordered an immediate investigation into the referee39。s plaint. In a statement the Russian side added: We found no racist insults from fans of CSKA. Age has reached the end of the beginning of a word. May be guilty in his seems to passing a lot of different life became the appearance of the same day。通過(guò)對(duì) 步進(jìn)電機(jī)工作參數(shù)設(shè)置，LCD 顯示，加減速 控制等功能的實(shí)現(xiàn)，我們完成了對(duì) 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī) 的原理剖析，對(duì) 步進(jìn)電機(jī)加減速技術(shù) 有了一定了解，加深了對(duì) PIC 單片機(jī)應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，掌握了基于單片機(jī)的編程思想，為日后走向工作崗位積累了軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)及硬件制作方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。減速過(guò)程的規(guī)律與加速相同只是按相反的順序進(jìn)行。 B=1。 void drive() //正向驅(qū)動(dòng) 子程序 { signal=0。因此當(dāng)轉(zhuǎn)速檔次設(shè)置完畢后，相應(yīng)的定時(shí)初值和預(yù)分頻 設(shè) 置就會(huì)通過(guò)相應(yīng)子程序進(jìn)行裝入，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速率。其它設(shè)置流程與設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn) 向類似，無(wú)需贅述。調(diào)試目標(biāo)板硬件系統(tǒng) 模塊的數(shù)據(jù)線可與單片機(jī)數(shù)據(jù)線直接相連 。 1 * 4 鍵 盤(pán)L C D顯 示 屏P I C單 片機(jī)控 制 驅(qū)動(dòng) 電 路步 進(jìn)電 機(jī)直 流 電 壓 源負(fù) 載 圖 21 控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 二、控制系統(tǒng)的硬件電路 （一）控制系統(tǒng)總體電路 本控制系統(tǒng)硬件總體電路以單片機(jī)作為系統(tǒng)核心，主要由 PIC16F877 單片機(jī)及單片機(jī)工作外圍電路、步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路、 LCD 顯示屏接口電路、鍵盤(pán)輸入電路等組成。該時(shí)鐘可以是單片機(jī)本身的工作時(shí)鐘，即使用內(nèi)部時(shí)鐘，稱之為定時(shí)器；也可以使用外部引腳輸入的時(shí)鐘，即使用外部的時(shí)鐘輸入來(lái)累計(jì)，稱之為計(jì)數(shù)器。 PIC16F87X 系列單片機(jī)是 Microchip 公司于 1998 年年底推出的新產(chǎn)品，可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在線編程。 f bf at / s 圖 16 指數(shù)曲線控制 [7] 由于本次設(shè)計(jì)選用的步進(jìn)電機(jī)為混合是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，且輸出功率較小，多用于對(duì)控制精度 要求相對(duì) 不高的場(chǎng)合，因此采用勻加減速控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn) 控制系統(tǒng) 運(yùn)行過(guò)程中的加減速。 雙四拍方式還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是不易產(chǎn)生失步。 下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例，起典型結(jié)構(gòu)如圖 12 所示。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的變化而變化 [5]。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步 距角的值，如本設(shè)計(jì)所選用的 KP39HM2025 型電機(jī)給出的值為 176。尤其在一些智能化要求較高的場(chǎng)合，用模擬芯片及信號(hào)發(fā)生器來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)有一定的局限 [2]。其驅(qū)動(dòng)速度和指令脈沖能嚴(yán)格同步，能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)和平滑速度調(diào)節(jié)，因而被廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換，速度控制和位置控制系統(tǒng)。 PIC 系列單片機(jī)具有體積小，功能強(qiáng)，功耗低、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)靈活方便和價(jià)格低廉等特點(diǎn)，可以應(yīng)用在數(shù)字化儀器儀表，自動(dòng)測(cè)試和控制，智能化家用電器等領(lǐng)域 [3]。整步工作時(shí)為 176。負(fù)載量一定，負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，或負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定，負(fù)載慣量增加，都會(huì)使啟動(dòng)頻率下降 [5]。 圖 12 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理 [1] 若按 A→ B→ C→ A 循環(huán)順序通電，則步進(jìn)電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 13 正向旋轉(zhuǎn)、雙四拍工作方式時(shí)的相電壓，電流波形 基于 PIC 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 6 圖 14 反向旋轉(zhuǎn)，雙四拍工作方式時(shí)的相電壓，電流波形 （四） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的加減速 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)空載啟動(dòng)頻率 fa， 即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能正常啟動(dòng)的脈 沖頻率 。 液晶顯示模塊是將液晶顯示器件，連接件，驅(qū)動(dòng)控制器， PCB 線路板，背光源，結(jié)構(gòu)件等裝配在一起的組件 ， 簡(jiǎn)稱 LCM?；竟δ軈^(qū)域的主要功能模塊包括以下 7部 分 ，它們是：程序控制區(qū)域，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域， E2PROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 區(qū)域 ，算數(shù)邏輯運(yùn)算區(qū)域，輸入 /輸出 端口模塊、多功能定時(shí)器模塊，核心模塊 [11]。下面主要介紹 TMR0 的功能特性及與該模塊相關(guān)的寄存器?？刂葡到y(tǒng) 電路圖如圖 22 所示。 圖 24 單片機(jī)與 LCD 顯示屏接口電路 （四）單片機(jī)與鍵盤(pán)接口電路 由于本控 制系統(tǒng)只用到四個(gè)按鍵，所以使用最簡(jiǎn)單的方法即將按鍵直接與單片機(jī) 引腳相連，一個(gè)按鍵對(duì)應(yīng)一個(gè)引 腳。MCLR/VPP 腳（系統(tǒng)復(fù)位 /編程電壓腳） //顯示屏出現(xiàn) “請(qǐng)選擇電機(jī)轉(zhuǎn)向 ” motor_DF=0。該模塊的軟件流程圖如圖 33 所示。B) //A 相和 B 相繞組導(dǎo)通 { NA=0。 內(nèi)部定時(shí)器 TMR0中斷服務(wù)程序流程框圖如圖 35 所示 保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)溢 出 中 斷標(biāo) 志 位 復(fù) 位重 新 裝 載定 時(shí) 初 值電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng)標(biāo) 志 位 置 位恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)中 斷 返 回開(kāi) 始 圖 35 內(nèi)部定時(shí)器 TMR0 中斷服務(wù)流程圖 內(nèi)部定時(shí)器中斷主要是利用單片機(jī)的內(nèi)部定時(shí)器的 TMR0 模塊（ 8 位計(jì)數(shù)方式）產(chǎn)生不同周期的定時(shí)信號(hào)，每次中斷都給步進(jìn)電機(jī)兩個(gè)繞組一次脈沖，使得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)節(jié)拍，因此步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)速是由單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器的中斷頻率來(lái)決定的，在不改變分頻器分頻比的情況下，不斷改變定時(shí)器的裝載初值就可改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。首先應(yīng)根據(jù)輸出總脈沖數(shù)確定加速，恒速和減速的時(shí)間并確定下一的時(shí)間值，并將定時(shí)器的初值送給定時(shí)器 TMR0，從電機(jī)啟動(dòng)瞬間開(kāi)始，每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過(guò)查詢數(shù)組定時(shí)器初值增加某一定值，則相應(yīng)的 脈沖周期減少，即脈沖頻率 增加；若定時(shí)器初值逐步減少，則相應(yīng)的脈沖周期增加，即脈沖頻率減少 [15]。 最后，向各位和我一樣面臨就業(yè)或考研壓力卻對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 有所幫助 的同學(xué)們表示衷心的感謝，同時(shí)也特別感謝學(xué)院和學(xué)校對(duì)我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的大力支持?？傆X(jué)得自己自己似乎應(yīng)該去做點(diǎn)什么，或者寫(xiě)點(diǎn)什么。s Premier League match at Chelsea on Sunday. 基于 PIC 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 31 I am going to be at the match tomorrow and I have asked to meet Yaya Toure, he told BBC Sport. For me it39。 } else \\恒速運(yùn)行時(shí)設(shè)定電機(jī)參數(shù) TMR0=constant_rate。在加減速的 控制過(guò)程中，不一定每步都計(jì)算 定時(shí)器重裝值，可以采用階梯曲線來(lái)逼近 加減 速曲線如圖 37 所示。NB) //A 非 相和 B 非 相繞組導(dǎo)通 { A=0。步進(jìn)電機(jī)有單拍、雙拍和多拍三種工作方式，由于本控制系統(tǒng)所應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)為兩相步進(jìn)電機(jī)，又 經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定證明該步進(jìn)電機(jī)在雙四拍工作方式下工作特性 較好， 因此在本系統(tǒng)中步進(jìn)電機(jī)的工作方式為兩相四拍。 //方向按鍵標(biāo)志位復(fù)位 if(motor_DF) LCD_printer (2,0,str9)。 寄 存 器 初 始 化 設(shè) 置開(kāi) 始電 機(jī) 參 數(shù) 初 始 設(shè) 置結(jié) 束控 制 電 機(jī) 運(yùn) 行 圖 31 控制系統(tǒng)總流程圖 二、系統(tǒng)監(jiān)控模塊 （一）系統(tǒng)監(jiān)控模塊流程圖 在系統(tǒng)監(jiān)控中，應(yīng)完成系統(tǒng)的啟動(dòng)，進(jìn)行鍵盤(pán)掃描， 得到相應(yīng)鍵值，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)速，運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)等參數(shù)的設(shè)置，使設(shè)置參數(shù)在 LCD 顯示屏 動(dòng)態(tài) 顯示出來(lái)，并使步進(jìn)電機(jī)按照要求進(jìn)行工作。將其仿真頭直接連接到應(yīng)用系統(tǒng)的 MCU 插座中，就如同一片 PIC16F87X 一樣運(yùn)行用戶的應(yīng)用程序。來(lái)自單片機(jī)的信號(hào)電壓經(jīng)過(guò)電流放大后加到三極管 VT 的基極，控制 VT 的導(dǎo)通和截止，從而控制相繞組的通電和斷電。系統(tǒng)電路由五部分組成，即輸入、顯示部分； PIC 單片機(jī)；驅(qū)動(dòng)控制電路；直流電壓源及步進(jìn)電機(jī)。 圖 17 是一個(gè)典型的 I/O 端口，它沒(méi)有畫(huà)出 I/O 引腳復(fù)用的外設(shè)功能。所有的功能，包括 顯示 RAM，字型產(chǎn)生器 在內(nèi) 都包含在一個(gè)芯片里面，只要一個(gè)最小的微處理器系統(tǒng)，就可以方便操作模塊。指數(shù)曲線 如圖16 所示，在開(kāi)始時(shí)加速度最大，隨著時(shí)間的推移，加速度逐漸減小，在理想情況下應(yīng)該減小為零，這種方法符合步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性，快速響應(yīng)特性好，升降時(shí)間短 。 這種電機(jī)可以像反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)那樣做成小步距角，并有較高的啟動(dòng)頻率，同時(shí)它具有控制功率小的優(yōu)點(diǎn)。每個(gè)磁極內(nèi)表面都分布著許多小齒，它們大小相同，間距相同。、五相的為 176。需供給正負(fù)脈沖信號(hào) [4]。 關(guān)鍵詞 :步進(jìn)電機(jī)； PIC 單片機(jī)； LCD II Abstract Stepper motor is a controldriven ponent which directly convert digital signal to angular displacement or linear displacement, with a rapid start and stop characteristics． The driving velocity of the stepper motor are strictly synchronous with instructions pulse, and can achieve positive and negative rotation and smooth speed adjustment, so it is widely used in digitaltoanalog converter, speed control and position control system． However, the driving signals of stepper motor are often generated by a special controller of analog chip or signal generator, it is lack of flexibility and reliability． Especially in some occasions of higher intelligence, using analog chips and signal generator to control the stepper motor has some limitations． Because of its singlechip highprecision pulse and relatively simple peripheral circuits, so stepper motor controllers based on singlechip are widely used in industrial ap