【正文】 9 第 三 章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng) 硬件部分 硬件電路圖 本設(shè)計中 AT89C51 是控制核心， 利用鍵盤、顯示專用芯片 zlg7290能夠以較簡單的硬件電路和較少的軟件開銷實(shí)現(xiàn) 單片 機(jī)與鍵盤和 LED 顯示器接口，脈沖分配器 zlg7290 產(chǎn)生驅(qū)動脈沖 ，減少單片機(jī)的工作負(fù)擔(dān) 。單片機(jī)外接電路 。 圖 34為單片機(jī)復(fù)位電路。 ● EA /Vpp：外部程序 存儲器訪問允許信號 EA（ External Access Enable）。 當(dāng)使用片外存儲器或外擴(kuò) I/O口時， P2 口輸出高 8 位地址。雙電壓驅(qū)動是電路一般采用兩種電源電壓來驅(qū)動，在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動，在高頻段使用較高的電壓驅(qū)動。它是由 8個發(fā)光二極管組成，各段依次記為 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp，其中 dp 表示小數(shù)點(diǎn)（不帶小數(shù)點(diǎn)的稱為 7 段 LED）。 LED 動態(tài)顯示就是將所有顯示位的段選線并聯(lián)在一起，由一個 8 位 I/O 口控制，而位選線則由其它的 I/O 口控制。然后再經(jīng)過分頻，為鍵盤掃描提供適當(dāng)?shù)闹鹦袙呙桀l率和顯示掃描時間。當(dāng) FIFO 寄存器不空，狀態(tài)邏輯將產(chǎn)生 IRQ=1 信號向單片機(jī)申請中斷。 ● IRQ(中斷請求 )：輸出線 .高電平有效。 ZLG7290 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出 對 ZLG7290 輸入數(shù)據(jù)（如顯示數(shù)據(jù)，輸入鍵掃描數(shù)據(jù)、傳感器矩陣數(shù)據(jù)等）時，要選擇數(shù)據(jù)輸入輸出口地址。 1)ZLG7290 片選譯碼電路 對 ZLG7290 的片選譯碼電路可根據(jù)實(shí)際電路的地址分配設(shè)計。 在鍵盤中的某鍵按下， ZLG7290 在測得其按下并在去抖動（延時 10ms)之后再檢測認(rèn)為此鍵仍在按下狀態(tài)，便確認(rèn)此鍵已按下。如果 P1 口輸出的控制信號中， 0代表使繞組通電，1 代表繞組斷電，則可用 6 個控制字來對應(yīng)這 6 個通電狀態(tài)。所以對步進(jìn)電機(jī)的加減速要嚴(yán)格控制，在保證不失步和過沖的前提下，用最快的速度移動到指定位置。它符合步進(jìn)電動機(jī)加減速過程的運(yùn)動規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電動機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性f t bf qf f t bf 加速 恒速 減速 qf 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 33 能較好，升降時間短。 ●減速過程的總步數(shù)：電動機(jī)在減速過程中每走一步，減速總步數(shù)就減 1，直到減為 0，減速過程結(jié)束，電動機(jī) 停止運(yùn)行。老師們誨人不倦、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)育人作風(fēng)及廣博的學(xué)識給學(xué)生留下了深刻的印象，永遠(yuǎn)激勵學(xué)生不斷進(jìn)取。北京航空航天大學(xué)出版社， 20xx [5]李朝青，單片機(jī)原理及串行外設(shè)接口技術(shù)。在動手的過程中，不僅能增強(qiáng)實(shí)踐能力，而且在理論上可以有更深的認(rèn)識；這次設(shè)計給我?guī)砹藰O大的鼓舞和信心，相信在以后的學(xué)習(xí)中可以通過不斷的摸索和實(shí)踐來提高其他方面的知識。因此，速度每升一級，步進(jìn)電動機(jī)都要在該速度極上走 NC 步（其中 N 為該速度級數(shù)）。 圖 41直線升降 頻 拋物線升降頻。低電平有效 1 1 13 輸出端。 脈沖分配 實(shí)現(xiàn)脈沖分配的方法有兩種：軟件法和硬件法。而軟件卻設(shè)置為 8 位，另外 8位得不到顯示。 AT89C51 的 ALE 既可用作低 8 位地址的鎖存信號，也把它接到ZLG7290 的 CLK 引腳用作 ZLG7290 的外時鐘脈沖信 號的輸入。 ● OUTA0～ OUTA3(A 組顯示信號 )： 輸出線 . 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 23 ● OUTB0～ OUTB3(B 組顯示信號 )： 輸出線 . 這兩組引線都是數(shù)據(jù)輸出線 ， 與多位數(shù)字顯示 (LED 數(shù)碼管 )的掃描線SL0～ SL3 同 步 。 ● RESET(復(fù)位 )： 輸入線 ， 當(dāng) RESET=1 時 ， ZLG7290 復(fù)位 ， 其復(fù)位狀態(tài)為 ：16 個字符顯示 ； 編碼掃描鍵盤 ； 程序時鐘編程為 31。 5. FIFO/傳感器及其狀態(tài)寄存器 FIFO/傳感器 RAM 是一個雙重功能的 8 8RAM。這些寄存器一旦接受并鎖存送來的命令，就通過譯碼產(chǎn)生相應(yīng)的信號，從而完成相應(yīng)的控制功能。 LED 顯示接口 LED 靜態(tài)顯示：靜態(tài)顯示雖然占用 CPU 機(jī)時少，顯示穩(wěn)定可靠。 LED 數(shù)碼管由于具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、功耗低、配置靈活、顯示清晰、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛采用。 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 15 表 31 P3 各端口引腳與復(fù)用功能表 端口引腳 復(fù)用功能 RXD(串性輸入口 ) TXD(串性輸出口 ) 0INT (外部中斷 0) 1INT (外部中斷 1) T0(定時器 0 的外部輸入 ) T1(定時器 1 的外部輸入 ) WR (外部數(shù)據(jù)寄存器寫選通 ) RD (外部數(shù)據(jù)寄存器讀選通 ) 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路 步進(jìn)電 動 機(jī)的驅(qū)動電 路 有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、 高低壓驅(qū)動、 斬波驅(qū)動、細(xì)分控制驅(qū)動等。在編程 和校驗(yàn)時，可用作輸入低8 位地址。 在編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖 (PROG )。即用來連接 AT89C51 片內(nèi) OSC 的定時反饋回路，如圖 33所示。當(dāng)采用片內(nèi)振蕩器時，連接外部石英晶體和微調(diào)電容。例如，四相步進(jìn)電動機(jī)工作在單四拍方式，通電換相的正序是 A? B? C? D，電動機(jī)就正轉(zhuǎn)；如果按反序 A? D? C? B，電動機(jī)就反轉(zhuǎn)。單片機(jī)是本次設(shè)計的控制核心，本次設(shè)計選用 AT89C51。步進(jìn)電動機(jī)的振蕩頻率 0f 可由下式求出： JZTf m ax0 21?? 式中： J— 轉(zhuǎn)動慣量； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； maxT — 最大轉(zhuǎn)矩。 圖 21 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 4 如圖 21 是一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖。 步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動的形式，正是這個特點(diǎn)，步進(jìn)電機(jī)可以 和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。display； 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 III 目 錄 摘 要 ....................................................... I Abstract .................................................... II 第一章 緒論 ................................................. 1 步進(jìn)電機(jī)概述 .......................................... 1 課題研究的主要內(nèi)容 .................................... 2 研究內(nèi)容 ........................................ 2 論文安排 ........................................ 2 第二章步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案 ............................... 3 步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng) ........................................ 3 步進(jìn)電機(jī)的失步現(xiàn)象 .................................... 5 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 ................................ 6 系統(tǒng)的控制過程 ........................................ 7 第三章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分 .............................. 9 硬件電路圖 ............................................ 9 采用 51 系列單片機(jī) AT89C51 作為控制器 .................. 10 AT89C51 的主要性能 ............................. 10 AT89C51 引腳功能說明 ........................... 10 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路 ................................... 15 LED 顯示電路 ......................................... 16 LED 顯示器的結(jié)構(gòu)原理 ........................... 16 LED 顯示接口 ................................... 18 可編程鍵盤 /顯示控制器 ZLG7290 電路工作原理 ............ 19 ZLG7290 概述 ................................... 19 管腳、引線與功能 ............................... 21 ZLG7290 鍵盤、顯示接口電路設(shè)計 ................ 24 脈沖分配 ............................................. 26 第四章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)軟件部分 ............................. 30 定時器中斷服 務(wù) ....................................... 30 定時器初值 ..................................... 30 定時器中斷服務(wù)子程序 ........................... 31 速度控制 ............................................ 31 第五章 總結(jié) ................................................. 35 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 IV 致謝 ........................................................ 36 參考文獻(xiàn) .................................................... 37 附錄 ........................................................ 38 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 1 第一章 緒論 本章將簡要介紹步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展過程 、步進(jìn)電機(jī)在日常生活中的 廣泛應(yīng)用、步進(jìn)電機(jī) 作為數(shù)字控制電動機(jī) 的主要特點(diǎn) 以及 本次研究的主要內(nèi)容 和論文安排 。ZLG7290。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。 圖 22（ a）單四拍 （ b）雙四拍 （ c）八拍 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 5 步進(jìn)電機(jī)的 失步現(xiàn)象 步進(jìn)電機(jī) 有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的 脈沖頻率 ，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 ② 轉(zhuǎn)子的平均速凍大于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。在步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制中，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。因此 AT89C51 是一種功能強(qiáng) ， 靈活性高 ， 且價格合理的單片機(jī) ， 可方便地應(yīng)用在各種控制領(lǐng)域。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。 圖 34 復(fù)位電路 上圖為上電復(fù)位和按鍵復(fù)位電路。 當(dāng)使用片外存儲器及外擴(kuò) I/O 口時， P0 口作為低字節(jié)地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用線。 ● P3 端口 (— )： 8 位、準(zhǔn)雙向 I/O 口，具有內(nèi)部上拉電阻。對于斬波電路驅(qū)動則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。顯然，將 CPU 的數(shù)據(jù)線與 LED 各段引腳相連，控制輸出的數(shù)據(jù)就可以使 LED 顯示不同的字符 。如此循環(huán)，使每個顯示器件顯示該位應(yīng)顯示的字符。 揚(yáng)州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 20 4