【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 應(yīng)的控制信號(hào)由單片機(jī)來產(chǎn)生，根據(jù)需要通過鍵盤輸入電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，轉(zhuǎn)動(dòng)速率及運(yùn)行轉(zhuǎn)數(shù)，并通過LCD顯示屏將電動(dòng)機(jī)各種設(shè)置信息及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)各參數(shù)設(shè)置完畢時(shí)按下啟動(dòng)鍵，使步進(jìn)電機(jī)按要求進(jìn)行工作。所以軟件部分共有4大模塊組成：系統(tǒng)監(jiān)控，鍵盤識(shí)別處理，LCD顯示程序，控制信號(hào)產(chǎn)生程序。本控制系統(tǒng)完全采用軟件的方式，按照給定的通電換向順序，通過單片機(jī)的I/O口向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出控制脈沖?？刂葡到y(tǒng)總流程圖如圖51所示。圖51 控制系統(tǒng)總流程圖在系統(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，并使步進(jìn)電機(jī)按照要求進(jìn)行工作。該模塊的流程圖如圖52所示。圖52 系統(tǒng)監(jiān)控模塊流程圖為增加控制的靈活性，鍵盤輸入數(shù)據(jù)及確認(rèn)命令，啟動(dòng)命令均采用中斷的方式實(shí)現(xiàn)。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，通過鍵盤中斷，實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描及處理程序的跳轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速模塊本步進(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)按鍵來實(shí)現(xiàn)各轉(zhuǎn)速之間的切換。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是有單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器TMR0的中斷頻率決定的，改變定時(shí)器的裝載初值和分頻比就可以改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度。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。 鍵盤識(shí)別處理模塊本模塊主要完成對(duì)按鍵的掃描識(shí)別，并對(duì)相應(yīng)的電機(jī)標(biāo)志位進(jìn)行置位，以保證系統(tǒng)監(jiān)控模塊的順利執(zhí)行。對(duì)PIC單片機(jī)進(jìn)行初始化后由其掃描鍵盤，鍵盤消除抖動(dòng)及控制，得到輸入的數(shù)據(jù)或命令，并通過INT中斷與單片機(jī)進(jìn)行信息交換，單片機(jī)根據(jù)得到的不同信息執(zhí)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序，同時(shí)將處理結(jié)果送PIC單片機(jī)由其完成數(shù)據(jù)顯示的管理和LCD顯示屏的控制，顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各種控制信息。該模塊的軟件流程圖如圖53所示。圖53 鍵盤識(shí)別處理軟件流程圖 LCD顯示模塊流程圖本模塊是采用將金鵬C系列的LCD顯示屏的所有驅(qū)動(dòng)程序都以子程序的方式寫在一個(gè)C文件中，在需要時(shí)直接調(diào)用相應(yīng)子程序即可。本模塊采用并行通信，至少占有11個(gè)I/O口，并不涉及中斷。本控制系統(tǒng)軟件部分共用到字符模式清屏子程序LCD_clear(void)、打印字符子程序LCD_printer(unsigned char, unsigned char, unsigned char*)、黑屏待機(jī)子程序LCD_black(void)。（上述子程序名稱皆由用戶定義）根據(jù)LCD液晶顯示模塊與單片機(jī)接口的硬件電路和液晶顯示模塊的讀寫流程設(shè)計(jì)出液晶顯示模塊的軟件流程圖如圖54所示。在PIC單片機(jī)上電復(fù)位后，進(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定，液晶顯示模塊初始化后，PIC單片機(jī)對(duì)液晶顯示模塊OCMJ48C進(jìn)行指令數(shù)據(jù)寫操作和讀數(shù)據(jù)操作。圖54 液晶顯示模塊的軟件流程圖 控制信號(hào)產(chǎn)生模塊本模塊主要是單片機(jī)根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)和鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生相應(yīng)的電脈沖控制信號(hào)并由RA端口的RARARARA5的四個(gè)引腳輸出。RA端口的數(shù)據(jù)格式與步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)有關(guān)。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。這里列出KP39HM2025型步進(jìn)電機(jī)在兩相四拍工作方式下的正向與反向勵(lì)磁方式，如表51，52所示。表51 PIC單片機(jī)RA端口引腳數(shù)據(jù)與步進(jìn)電機(jī)（正向）勵(lì)磁方式對(duì)照勵(lì)磁方式勵(lì)磁相RA1RA5RA3RA2兩相四拍正向AB1010A(B)1001(A)(B)0101(A)B0110表52 PIC單片機(jī)RA端口引腳數(shù)據(jù)與步進(jìn)電機(jī)（反向）勵(lì)磁方式對(duì)照勵(lì)磁方式勵(lì)磁相RA1RA5RA3RA2兩相四拍反向AB1010(A)B0110(A)(B)0101A(B)1001此處以步進(jìn)電機(jī)在兩相四拍工作方式下正向勵(lì)磁為例，來說明單片機(jī)是如何發(fā)送脈沖對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制的，其處理程序如下。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反向勵(lì)磁與正向相似。該程序中A、NA、B、NB分別代表步進(jìn)電機(jī)的A相、A非相、B相、B非相信號(hào)所連接的單片機(jī)引腳。 系統(tǒng)中斷模塊本系統(tǒng)中斷分為外部INT中斷和內(nèi)部定時(shí)器TMR0中斷。外部INT中斷已在第三節(jié)鍵盤處理模塊中詳細(xì)講述，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制信號(hào)的頻率是由TMR0溢出中斷的定時(shí)初值和分頻比決定的，這里著重講述內(nèi)部定時(shí)器TMR0中斷。內(nèi)部定時(shí)器TMR0中斷服務(wù)程序流程框圖如圖55所示 圖55 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。由于在不改變分頻比的情況下，定時(shí)器的定時(shí)范圍是有限的，并不能取到控制系統(tǒng)所想要的所有的控制信號(hào)頻率。因此為了使控制系統(tǒng)的運(yùn)行盡可能精確，減小運(yùn)行誤差，我們需要在每次進(jìn)入中斷之前重新設(shè)置分頻比，通過改變上述兩個(gè)參數(shù)來改變電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，將會(huì)使步進(jìn)電機(jī)盡可能接近理想轉(zhuǎn)速，以達(dá)到精確控制的目的。通過定時(shí)器中斷的方法產(chǎn)生硬件延時(shí)的效果，只需調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法占用CPU時(shí)間較少，利用PIC單片機(jī)可以達(dá)到精確控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。 步進(jìn)電機(jī)加減速模塊在第一章控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)原理中已對(duì)步進(jìn)電機(jī)的加減速原理作過詳細(xì)的闡述，而且確定了本控制系統(tǒng)是以勻加減方法即直線規(guī)律來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速。本控制系統(tǒng)的加減速曲線如圖56所示。圖56 控制系統(tǒng)的加減速曲線本控制系統(tǒng)利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減速時(shí)，采用的是定時(shí)器中斷方式，實(shí)際上是改變定時(shí)器裝載值的大小，這在前面已經(jīng)說明。在加減速的控制過程中，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逼近加減速曲線如圖57所示。在加速過程中，速度不是連續(xù)變化，而是分檔變化，為了與要求的加速頻率相逼近，必須確定每個(gè)階段上的運(yùn)行時(shí)間△t。時(shí)間△t越小，加速越快，反之越慢。程序執(zhí)行過程中，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]。電機(jī)在加速過程中，對(duì)加速總步數(shù)進(jìn)行遞減操作，當(dāng)減至零時(shí)加速過程結(jié)束，轉(zhuǎn)入勻速運(yùn)轉(zhuǎn)過程。減速過程的規(guī)律與加速相同只是按相反的順序進(jìn)行。在此過程中，時(shí)間△t是通過一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算獲得的，由于PIC8位單片機(jī)的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力有限，建議使用數(shù)組的形式將各間隔時(shí)間作為常量事先存儲(chǔ)在單片機(jī)中，需要時(shí)直接調(diào)用即可。圖57 步進(jìn)電機(jī)的加減速曲線在本控制系統(tǒng)中，軟件實(shí)現(xiàn)的方法是通過不斷修改定時(shí)器TMR0初值來實(shí)現(xiàn)的。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)瞬間開始，每產(chǎn)生一個(gè)脈沖，通過查詢數(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。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減速的軟件流程圖如圖58所示。圖58 步進(jìn)電機(jī)加減速軟件流程圖（中斷部分）結(jié)論單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)為單片化，即盡量發(fā)揮單片機(jī)的功效，使用盡量少的元器件與連線來構(gòu)成硬件，通過軟件來實(shí)現(xiàn)盡量多的功能。我們?cè)O(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)大量使用了同步并行總線，簡(jiǎn)化了硬件系統(tǒng)的復(fù)雜度，同時(shí)使用模塊化設(shè)計(jì)思想提高了軟件的聚合度，利用按鍵進(jìn)行設(shè)置以及LCD顯示屏及時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)了軟件編寫簡(jiǎn)單，系統(tǒng)直觀易用，突出了在設(shè)計(jì)時(shí)的簡(jiǎn)單、易用、實(shí)用性強(qiáng)的原則。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。雖然真正的高精度的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)是相當(dāng)復(fù)雜的，但是我們制作的控制系統(tǒng)作為原理性的說明已經(jīng)足夠了。通過對(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發(fā)設(shè)計(jì)及硬件制作方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)。致謝 感謝耿老師，他那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和豐富的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)永遠(yuǎn)是我現(xiàn)在以及今后學(xué)習(xí)的榜樣。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，老師總是能為我耐心、細(xì)心地解答疑問，之處不足之處，并給我提出了很多的設(shè)計(jì)思想和技巧，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠圓滿的完成。同時(shí)，我也學(xué)到了很多新的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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。參考文獻(xiàn)[1] 許洪斌，杜向斌．步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)）．2008，第22卷，第5期）：3234．[2] 孟武勝，李亮．基于AT89C52單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]．微電機(jī)．2007，第40卷，第3期）：6566．[3] 李榮正，劉啟中，陳學(xué)軍．PIC單片機(jī)原理及應(yīng)用（第2版）[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社．2005：1317．[4] 王曉明．電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制[M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002：181214．[5] 徐國(guó)山，潘振良．步進(jìn)電機(jī)的基本原理[J]．科技論壇，2007，第7期）：9．[6] 孫建忠，白鳳仙．特種電機(jī)及其控制[M]．北京：中國(guó)水利水電出版社，2005：147178．[7] 李曉貞，王福志，王忠舉．基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速研究[J]．農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程．2008，第5期）：2223．[8] 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