【文章內(nèi)容簡介】 法比較單一，就是在電動機(jī)軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。 (1)多相勵磁法：采用多相勵磁會產(chǎn)生電磁阻尼， 會削弱或消除振蕩現(xiàn)象。 (2)變頻變壓法：步進(jìn)電機(jī)在高頻和在低頻時轉(zhuǎn)子所獲得的能量不一樣，在低頻時繞組中的電流上升時間長，轉(zhuǎn)子獲得的能量大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時則相反。所以，可以設(shè)計一種電路，使電壓隨頻率的降低而減少，這樣使繞組在低頻時的電流減少，可以有效地消除振蕩 [9]。 (3)細(xì)分步法：細(xì)分步法是將步進(jìn)電機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進(jìn)一步時，電流升一級。同時，也相對地提高步進(jìn)頻率，使步進(jìn)過程平穩(wěn)進(jìn)行。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 10 (4)反相阻尼法：這種方法用于步進(jìn)電機(jī)制動，在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子要過平衡點之前，加一個反向作用力 去平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡點時速度為零，實現(xiàn)準(zhǔn)確制動。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 11 3 總體硬件設(shè)計 控制系統(tǒng)框圖 用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)步進(jìn)控制器相比較有以下優(yōu)點： (1)用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。 (2)只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)，每個脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度。 (3)根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進(jìn)電機(jī)的最終位置。 脈 脈 脈 脈A T 8 9 S 5 2脈 脈 脈 脈 脈 脈U L N 2 0 0 3 脈 脈 脈 脈脈 脈脈 脈 脈 脈脈 脈 脈 脈圖 總體設(shè)計方框圖 單片 機(jī)最小系統(tǒng) AT89S52 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含 8K bytes 的可反復(fù)擦鞋的只讀程序存儲器 (PEROM)和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS51 指令系統(tǒng)及 8052 產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用 8 位中央處理器和 Flash 存儲單元，功能強(qiáng)大 AT89S52 單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場合。 應(yīng)用 AT89S52 單片機(jī)設(shè)計并制作一個單片機(jī)最小系統(tǒng)，達(dá)到如下基本要求： 具有上電復(fù)位和手動 復(fù)位功能。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 12 使用單片機(jī)片內(nèi)程序存儲器。 具有基本的人機(jī)交互接口。按鍵輸入、 LED 顯示功能。 具有一定的可擴(kuò)展性，單片機(jī) I/O 口可方便地與其他電路板連接。 以工作的系統(tǒng)，對 AT89S52 系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、復(fù)位電路、晶振電路。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345(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)10GND20VCC40U1AT89S521K10K10nFVCCS130pF1210KP34P35P32P33P10P11P12P13 時鐘電路 晶體振蕩器，簡稱晶振。在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)，電工學(xué)上這個網(wǎng)絡(luò)有兩個諧振點，以頻率的高低分其中較低的頻率是串聯(lián)諧振，較高的頻率是并聯(lián)諧振 [10]。由于晶體自身的特性致使這兩 個頻率的距離相當(dāng)?shù)慕咏?，在這個極窄的頻率范圍內(nèi)，晶振等效為一個電感，所以只要晶振的兩端并聯(lián)上合適的電容它就會組成并聯(lián)諧振電路。這個并聯(lián)諧振電路加到一個負(fù)反饋電路中就可以構(gòu)成正弦波振蕩電路，由于晶振等效為電感的頻率范圍很窄，所以即使其他元件的參數(shù)變化很大，這個振蕩器的頻率也不會有很大的變化。 圖 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)圖 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 13 本設(shè)計的 晶振電路用 30PF 的電容和一個 晶體振蕩器組成為整個電路提供時鐘頻率。如圖 示。 30pF12XTAL1XTAL2 圖 晶振電路 復(fù)位電路 為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式， 復(fù)位后可使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開始正常工作。單片機(jī)在可靠的復(fù)位之后，才會從 0000H 地址開始有序的執(zhí)行應(yīng)用程序。同時，復(fù)位電路也是容易受到外部噪 聲干擾的敏感部分之一。 因此，復(fù)位電路應(yīng)該具有兩個主要的功能： 1 必須保證系統(tǒng)可靠的進(jìn)行復(fù)位； 2 必須具有一定的抗干擾的能力； 本設(shè)計的復(fù)位電路使用獨立式鍵盤。復(fù)位電路采用自動復(fù)位與手動復(fù)位結(jié)合的方式。所謂自動復(fù)位，即整個系統(tǒng)上電瞬間單片機(jī)復(fù)位；所謂手動復(fù)位，是指通過接通按鈕開關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。如圖 示。 1K10K10nFVCCS1RST 圖 復(fù)位電路 單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來實現(xiàn)的，在正常運行情況下，只要 RST 引腳上出現(xiàn)基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 14 兩個機(jī)器周期時間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果 RST 引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入 /輸出 (1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧指針 SP 置為 07H, SBUF 內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清 0，內(nèi)部 RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時 RAM 的內(nèi)容是不定的。 顯示電路 由于系統(tǒng)顯示的內(nèi)容比較簡單，顯示量不多，所以顯示選用數(shù)碼管既方便又經(jīng)濟(jì)。 LED 有共陰極和共陽極兩種 [11]。如圖 24 所示。 符號和引腳 共陰極 共陽極 圖 24 LED 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)原理圖 二極管的陰極連接在一起，通常此共陰極接地，而共陽極則將二極管的陽極連接在一起，接入 +5V 的電壓。一位顯示器由 8 個發(fā)光二極管組成，其中 7 個發(fā)光二極管 組成數(shù)字 。當(dāng) 在某段發(fā)光二極管施加一定的正向電壓時，該段筆畫即亮；不加電壓即暗。為了保護(hù)各段 LED 不被損壞，需外加限流電阻。 數(shù)碼管顯示器有兩種工作方式，即靜態(tài)顯示方式和動態(tài)掃描顯示方式。為節(jié)省端口及降低功耗，本系統(tǒng)采用動態(tài)掃描顯示方式。本電路的 “段控 ”和 “位控 ”分別由 P0口和 P2 口控制， P2 選中哪個數(shù)碼管，哪個數(shù)碼管就亮， P0 口控制顯示數(shù)字。 在該步進(jìn)電機(jī)的控制器中，電機(jī)可以正反轉(zhuǎn)，可以加速、減速，其中電機(jī)轉(zhuǎn)速的等級分為七級，為了方便知道電機(jī)的運行狀態(tài)和電機(jī)的轉(zhuǎn)速的等級，這里設(shè)計了電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)的工作狀態(tài)的顯示電路。電 路如 圖所示。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 15 在顯示電路中，主要是利用了單片機(jī)的 P0 口和 P2 口。采用兩個共陽 極 數(shù)碼管作動態(tài)顯示。兩個數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 dp 接 P0 口，用于顯示電機(jī)正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，正轉(zhuǎn)時不顯示，反轉(zhuǎn)時顯示 “”。 由于正轉(zhuǎn)時第一個數(shù)碼管沒有顯示任務(wù)，故在正轉(zhuǎn)時第二個數(shù)碼管采用靜態(tài)顯示。第二個數(shù)碼管用于顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速級別，共七級，即從 1~7 轉(zhuǎn)速依次遞增， “0”表示轉(zhuǎn)速為零 [12]。 顯示時，數(shù)碼管的位選信號采用 P2 口輸出，第一個數(shù)碼管的位選信號連接 ，第二個數(shù)碼管的位選信號連接 。 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345(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)10U1AT89S52A1f2g3e4d5c8DP7b9a10DS1A1f2g3e4d5c8DP7b9a10DS21234567816151413121110910KVCCP34P35P32P33P10P11P12P13NPN NPNVCC 圖 顯示電路 按鍵控制電路 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動控制，換向控制，加速控制和減速控制按鈕，分別是 K K S S3，控制電路如圖 所示。通過 K K2 狀態(tài)變化來實現(xiàn)電機(jī)的啟動和換向功能。當(dāng) K K2 的狀態(tài)變化時，內(nèi)部程序檢測 和 的狀態(tài)來調(diào)用相應(yīng)的啟動和換向程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電機(jī)的啟動和正反轉(zhuǎn)控制?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 16 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過控制通入電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 對于單片機(jī)而言，主要的方法有：軟件延時和定時中斷在此電路中電 機(jī)的轉(zhuǎn)速控制主要是通過定時器的中斷來實現(xiàn)的，該電路控制電機(jī)加速度主要是通過 S S3的斷開和閉合，從而控制外部中斷根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)，這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，從而改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 EA/VPP31(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(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)10GND20U1AT89S52S2S310K231K1231K210K 10KVCC1K1KVCC 圖 按鍵控制電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 步進(jìn)電動機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動單元、保護(hù)單元等組成。驅(qū)動單元與步進(jìn)電動機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動機(jī)微機(jī)控制器的功率接口。 目前，驅(qū)動電路集成化成為一種趨勢 ，已有多種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動集成電路芯片，它們大多集驅(qū)動和保護(hù)于一體，作為小功率步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動芯片，廣泛用于小型儀表、計算機(jī)外設(shè)等領(lǐng)域，使用起來非常方便。本設(shè)計采用 ULN2020 芯片。 ULN2020芯片適用于四相步進(jìn)電機(jī)的單極性驅(qū)動。它最大能輸出 電流、 電壓。內(nèi)部集成有驅(qū)動電路，上電自行復(fù)位，可以控制轉(zhuǎn)向和輸出使能 [20]。 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速電路設(shè)計 17 EA/VPP31XTAL119XTAL218RST9(RD)17(WR)16(INT0)12(INT1)13(T0)14(T1)15(T2)1(T2EX)2345(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)10GND20VCC40U1AT89S52P34P35P32P33IN11IN22IN33IN44IN55IN66IN77OUT116OUT314OUT413OUT512OUT611OUT710OUT215COM9GND8U4ULN2020A