【文章內(nèi)容簡介】 A→AB，四相八拍運行方式即 A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360176。（轉(zhuǎn)子齒角運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒角為 50 齒角電機為例。四相運行時步距角為θ=360 度/（50*4）= 度，八拍運行時步距角為θ=360 度/（50*8）= 度。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電的狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機不做旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過分采用減小氣隙，增加勵磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。③ 步進電機的單片機控制步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作。在步進電機的單片機控制中，控制信號由單片機產(chǎn)生，其基本控制作用如下： 控制換相順序步進電機的通電換向順序嚴格按照步進電機的工作方式進行。通常我們把通電換向這一過程稱為脈沖分配，例如，三相步進電機的單三拍工作方式，其各相通電的順序為ABC，通電脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A、B、C相的通電和斷電。 控制步進電動機的轉(zhuǎn)向通過前面介紹的步進電動機的原理，我們知道，如果按照給定的工作方式正序通電換相，步進電動機就正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電動機就反轉(zhuǎn)。例如，四相步進電機工作在單四拍方式，通電換相的正序是ABCD，電動機就正轉(zhuǎn)；如果按照反序ADCB，電動機就反轉(zhuǎn)。 控制步進電動機的速度如果給步進電機一個脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，就再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖間隔的時間越短，步進電機就轉(zhuǎn)動的越快。因此，脈沖的頻率決定了步進電動機的轉(zhuǎn)速。調(diào)整單片機發(fā)送脈沖的頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。④ 五相十拍步進電機的脈沖分配規(guī)律目前，對步進電機的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計利用單片機進行控制，主要是利用軟件進行環(huán)形脈沖分配。電機工作方式為五相十拍，根據(jù)步進電機的工作的時序和波形圖，總結(jié)出其工作方式為五相十拍時的脈沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉(zhuǎn)速就越快，但脈沖頻率高到一定程度，步進電機跟不上頻率的變化后電機會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖頻率一定要控制在步進電機允許的范圍內(nèi)。五相十拍工作方式通電順序為：ABABCBCBCD CDCDEDEDEAEAEAB，共有10個通電狀態(tài)。用軟件實現(xiàn)脈沖分配的接口示意圖如果P1口輸出的控制信號中，0代表使繞組通電，1代表使繞組斷電，則可用10個控制字來對應(yīng)這10個通電狀態(tài)。這10個控制字如下表所示：通電狀態(tài)(E)(D)(C)(B)(A)控制字AB11100FCHABC11000F8HBC11001F9HBCD10001F1HCD10011F3HCDE00011E3HDE00111E7HDEA00110E6HEA01110EEHEAB01100ECH在程序中只要依次將這10個控制字送到P1口，步進電機就會轉(zhuǎn)動一個齒距角。每送一個控制字，就完成一拍，步進電機就會轉(zhuǎn)動一個步距角。程序就是根據(jù)這個原理設(shè)計的。（2）89C51單片機89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。主要特性：與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器壽命：1000寫/擦循環(huán) 數(shù)據(jù)保留時間：10年 全靜態(tài)工作：0Hz24MHz 三級程序存儲器鎖定 128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線 兩個16位定時器/計數(shù)器 5個中斷源 可編程串行通道 低功耗的閑置和掉電模式 片內(nèi)振蕩器和時鐘電路系統(tǒng)由8個按鈕作為輸入，接到P0口上，分別控制X方向，Z方向的啟動與停止，反轉(zhuǎn)，直線插補，圓弧插補功能。系統(tǒng)的輸出線與步進電機的繞組數(shù)有關(guān)。這里選步進電機，該電機共有五相繞組，工作電壓為+5V，步進電機的五相繞組用P1 口的 ~ ~ 控制，由于 PP2口驅(qū)動能力不夠，因而用一片ULN2803增加驅(qū)動能力?？刂葡到y(tǒng)流程圖為，本設(shè)計的硬件電路只要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動電路三大部分。控制電路只要由開關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進行操作。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機正常工作。驅(qū)動電路主要是對單片機輸出的脈沖進行功率放大，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。（1） 控制電路根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了X方向啟動，X方向停止，X方向反轉(zhuǎn)，Z方向啟動，Z方向停止，Z方向反轉(zhuǎn)，直線插補，圓弧插補等8個按鈕，電路圖如圖所示，（2）最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，素質(zhì)用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對 51 系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、復位電路、晶振電路。復位電路：復位電路采用手動復位，所謂手動復位，是指通過接通一按鈕開關(guān)，使單片機進入復位狀態(tài)，晶振電路用 30PF 的電容和一 12M 晶體振蕩器組成為整個電路提供時鐘頻率。如圖示：晶振電路：8051 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩方式和外部中斷方式。在引腳XTAL1 和XTAL2 外部接晶振電路器（簡稱晶振）或陶瓷晶振器，就構(gòu)成了內(nèi)部晶振方式。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。內(nèi)部振蕩方式的外部電路如圖5 示。其電容值一般在5~30pf,晶振頻率的典型值為12MHz,采用6MHz 的情況也比較多。內(nèi)部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路實用較多。如下圖示：(3) 驅(qū)動電路ULN2803包含8個NPN達林頓管，輸出擊穿電壓為50(V)，輸出電流為 500(mA)。八路NPN達林頓連接晶體管陣系列特別適用于低邏輯電平數(shù)字電路（諸如TTL, CMOS或PMOS/NMOS）和較高的電流/電壓要求之間的接口，廣泛應(yīng)用于計算機，工業(yè)用和消費類產(chǎn)品中的燈、繼電器、打印錘或其它類似負載中。所有器件具有集電極開路輸出和續(xù)流箱位二極管，用于抑制躍變。ULN2803的設(shè)計與標準TTL系列兼容，而ULN2804 最適于6至15伏高電平CMOS或PMOS。所以選用ULN2803構(gòu)成驅(qū)動電路，電路圖如圖所示，（4）行程開關(guān)電路行程開關(guān)部分，用的是四個開關(guān)按鈕代替的，當工作臺運行到X方向或者Z方向的極限位置時，行程開關(guān)被觸發(fā)。四個行程開關(guān)并聯(lián)接入外部中斷接口INIT1。當行程開關(guān)被按下時，中斷響應(yīng)，在程序中就將執(zhí)行停止程序。（5）電源電路電源電路部分是為將220V的電壓轉(zhuǎn)成電機和單片機可用的電壓。我們所選的電機額定電壓為50V，電路高電平電壓為5V，所以需要將220V的電壓轉(zhuǎn)成50V和5V的輸出。下圖中，變壓的原理為，先將220V的電壓通過副邊雙繞組降壓變壓器轉(zhuǎn)成兩個50V的輸出。上半部分通過整流，穩(wěn)壓，反向運算放大器，輸出兩個接口口，一個為25V，一個為25V，正好形成50V電壓，可以接在電機上使用。下半部分輸出一個5V的接口。（6）總體電路圖把各個部分的電路圖組合成總電路圖，見附電路圖中。軟件設(shè)計程序包含有一個鍵盤掃描程序，使用定時器完成的，當檢測到某個按鈕被按下時，就調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)來執(zhí)行。另外還有一個外部中斷程序，當檢測到行程開關(guān)被觸發(fā)后，就調(diào)用中斷函數(shù)，執(zhí)行停止運行的代碼。兩個方向的電動機在啟動時，都是逐級加速，之后勻速運動，停止時，逐級減速，直