【文章內容簡介】 斷0輸入端） Bs|%BZ0U （13腳）： /INT1（外部中斷1輸入端） pIDP(a(} （14腳）： T0（定時器/計數(shù)器0外部輸入端） 5{nP9ku （15腳）： T1（定時器/計數(shù)器1外部輸入端） Q /R7gv{ （16腳）： /WR（片外數(shù)據(jù)存貯器寫選通信號輸出端） \ .VN3
U3S （17腳）： /RD（片外數(shù)據(jù)存貯器讀選通信號輸出端） zDhdiP[ $nusL$ 6 步進電機工作原理的介紹步進電機工作原理：以三相反應式步進電機為例,。當A相控制繞組接通脈沖電流時,在磁拉力作用下使A相的定、轉子對齊,相鄰的B相和D相的定、轉子小齒錯開。若換成B相通電,則磁拉力使B相定、轉子小齒對齊(轉過),而與B相相鄰的C相和A相的定、轉子小齒又錯開,即步進電機轉過一個步距角。若按A→B→C→A…規(guī)律循環(huán)順序通電,則步進電機按一定方向轉動。若改變通電順序為:A→C→B→A,則電機反向轉動。這種控制方式稱為三相單三拍。若按AB→BC→CA→AB或A→AB→B→BC→C→CA→A順序通電則稱為三相雙拍或三相單、雙六拍。無論采用哪種控制方式,在一個通電循環(huán)內,步進電機的轉角恒為一個齒距角。所以,可以通過改變步進電機通電循環(huán)次序來改變轉動方向,可以通過改變通電頻率來改變其角頻率。運用單片機的輸出功能,通過編程實現(xiàn)輸出3個信號分別給步進電機的三相A、B、C,并通過輸出時信號的循環(huán)次序,來設定步進電機的轉動方向及輸出信號的頻率以便設定步進電機的轉動頻率。本次采用的是四相八拍步進電機，所以，通電方式為A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A，反轉則為A→DA→D→CD→C→BC→B→AB→A。（） 硬件部分設計 單片機電路本系統(tǒng)采用89C51單片機產(chǎn)生控制信號。單片機內部的RAM和ROM即可滿足該項目的要求,在以后的實際運用中,如需擴展較多的外部RAM和ROM時,可加上數(shù)據(jù)緩沖器。步進電機控制信號通過89C51單片機的P1口的P1. 0、P1. P1. P1. 3四個口輸出的具有時序的方波,經(jīng)ULN2803AP芯片(為方便輸出,起非門的作用)作為步進電機的控制信號，并設置產(chǎn)生外部中斷,達到靈活控制步進電機的目的。ULN2803AP芯片在整個電路中，起到一個驅動步進電機的作用，由于步進電機工作需要較大的功率，所以通常需要使用功率放大器來提供步進電機的工作電流,將89C51單片機送來的弱電信號變?yōu)閺婋娦盘?可以采用集成功放,也可以采用分立元件。本設計采用成本低、電路簡單且可靠性高的直流固態(tài)繼電器ULN2803AP芯片，主要技術參數(shù):工作電壓12～150VDC,額定電流1～5 A,隔離電壓≥1500 V,絕緣電壓≥2000 V,控制電壓3～32 V,開啟電流5mA,通態(tài)壓降(1. 3 V,通態(tài)電流(1mA,開關時間≤0. 1 ms,工作環(huán)境溫度30～80℃)來同時實現(xiàn)隔離和放大的兩大功能。通過上面的主要技術參數(shù)可以看出,直流固態(tài)繼電器ULN2803AP芯片完全可以滿足該設計對于放大的需要。 反饋電路本次畢業(yè)設計，我選用的傳感器為高溫壓力傳感器TQ550型。它的工作電壓為5DC，輸出電壓為5～15DC，測量范圍為0～30MPa。它的工作原理是從負載上測出瞬時的系統(tǒng)內部壓力，并用電信號的形式傳遞給芯片ADC0809。這樣，當輸出電壓為5DC時，測量出來的系統(tǒng)內部壓力就是0MPa；當輸出電壓為15DC時，測量出來的系統(tǒng)內部壓力就是30MPa。同樣道理，我們就可以算出，當電壓為5～15DC之間任意值時，系統(tǒng)內部的壓力是多少了。之后把壓力傳感器的輸出數(shù)據(jù)線接在芯片ADC0809的IN0接口上，這樣芯片ADC0809就可以讀取壓力傳感器輸出的電信號了。而在本次畢業(yè)設計中，芯片ADC0809在反饋電路起到了一個A/D轉換器的作用，即將壓力傳感器輸出的電信號，轉換為數(shù)字信號，再輸出給89C51單片機，單片機再根據(jù)得到的信號，進行判斷（比較壓力是否已經(jīng)超過程序設定的最大壓力），在控制步進電機是否繼續(xù)旋轉，是則進行下一次循環(huán)，否則步進電機停止轉動，控制停止。芯片ADC0809的IN0引腳用于接收外部來的電信號，而D0～D7引腳則用來輸出轉換完成的數(shù)字信號，所以D0～D7引腳與89C51單片機P00～P07引腳相連。89C51單片機P00～P07引腳根據(jù)介紹我們可以知道，它們的作用是訪問片外存貯器時作為低八位地址線和八位數(shù)據(jù)線（復用）。負載能力為8個LSTTL門，同時可以做A/D轉換的接收端用，這一作用也正是本次設計中所需要的。而ADC0809的CS、WR、RD、EOC引腳用于單片機89C51交換數(shù)據(jù)，使芯片ADC0809可以正常工作。最后芯片ADC0809 的CLK引腳需要于系統(tǒng)的CLK引腳相連，使其與單片機89C51的CLOCK保持一致。 電路圖：圖中包括的硬件有：89C51單片機、ULN2803AP放大芯片、步進電機、負載（數(shù)字液壓閥）、壓力傳感器、A/D轉換芯片ADC0809，以及復位電路所需要的一些元器件。其中89C51單片機340引腳接電源（+5V），P10～P13引腳與放大芯片8引腳相連輸出控制信號；P00～P07與D0～D7相連，CS～P2WR～WR、RD～RD、INT0～EOC相連用于接受反饋信號。引腳9連接復位電路。芯片ULN2803AP的引腳1接電源（5V）、12接地。引腳9與步進電機的四個相位4相連。步進電機6引線接電源（12V），步進電機伸出軸與負載（數(shù)字液壓閥）的軸相連。壓力傳感器通過螺紋旋緊在負載（數(shù)字液壓閥）上，引腳1接電源（15V），引腳2與ADC0809芯片IN0引腳相連。ADC0809芯片，引腳A、B、C接地，而CLK引腳與系統(tǒng)的CLK相連以獲得相同的系統(tǒng)時鐘。這樣控制系統(tǒng)硬件電路就連接完畢了。（）第四章 控制系統(tǒng)軟件部分設計本次畢業(yè)設計中，采用的步進電機是四相步進電機，所以軟件的控制將采用四相八拍的控制方式，這樣可以很有效的提高精度，以適應數(shù)字液壓閥的高精度的控制。本次畢業(yè)設計的實驗平臺是KeilC51單片機實驗臺，其中KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。所以，本次畢業(yè)設計的軟件編程，我也將采用C語言進行編程，這樣既簡化了操作，也使我的程序的有了很大的可讀性。本次軟件編程的主要要達到的目的是：89C51單片機通過輸出脈沖來控制步進電機的轉速和旋轉方向，然后接受壓力傳感器通過A/D轉換的反饋信號，以控制系統(tǒng)是否繼續(xù)動作。：（），首先要編輯程序，然后要編譯程序，看程序是否有錯誤。有則返回第一步修改程序，修改后繼續(xù)編譯，如果還有錯誤則再次返回其一步，直到0error為止。之后進行下一步通過放大電路，把脈沖傳給步進電機，使步進電機轉動，當步進電機轉動起來以后，會帶動數(shù)字液壓閥的伸出軸一起轉動，這樣數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)壓力就會升高。然后由壓力傳感器測量壓力的變化，通過電信號的形式傳遞給ADC0809芯片，ADC0809芯片能把這種電信號轉化成數(shù)字信號，然后反饋給89C51單片機。此時89C51單片機會判斷，數(shù)字液壓閥的系統(tǒng)內部壓力是否已經(jīng)超過預設壓力值，如果沒有，則控制步進電機繼續(xù)轉動，循環(huán)進行上一循環(huán)；如果已經(jīng)達到預設壓力值，則退出循環(huán)，系統(tǒng)不再動作。這樣就完成了一次循環(huán)，達到了遠程控制的目的，下面是實行這一控制的具體步驟。 環(huán)形脈沖分配在單片機控制步進電機系統(tǒng)中,相應的控制信號由單片機來產(chǎn)生,根據(jù)需要調整步進電機的頻率來控制轉動速率，為了提高定位精度,四相步進電機采用八拍方式。四相八拍環(huán)形脈沖控制字存放在數(shù)組step [ ]中。四相步進電機的四相分別為,構成的八拍為。根據(jù)節(jié)拍的順序實現(xiàn)正、反轉。步進電機各相為低電平有效。P（）P（）P（）P（）16進制0111Ox0E0011Ox0C1011Ox0D1001Ox091101Ox0B1100Ox031110Ox070110Ox06 （）將此環(huán)形分配脈沖控制字存放在位于單片機內部RAM的數(shù)組step [ ]中。unsigned char L_value[8] = {Ox0E,Ox0C,Ox0D,Ox09,Ox0B,Ox03,Ox07,Ox06}。 步進電機的頻率設定步進電機的轉速可以用頻率來控制，步進電機的運行頻率跟轉速成正比，可以通過計算公式，計算出步進電機的轉速。 步進電機轉速n = 頻率Hz * 60 /(( 360 / T) * x)其中：步進電機的轉速單位是：轉/分 、頻率H單位是：赫茲 、x：是指細分倍數(shù)、T:固有步進角。根據(jù)本次畢業(yè)設計的實際情況，期望的步進電機轉速n為30轉/分、細分倍數(shù)x為2。把數(shù)據(jù)帶入公式：30 = H * 60/（（360 / ）* 2）H = 200Hz所以設定步進電機的頻率為200Hz。理論計算：步進電機達到最大壓力所需要旋轉的圈數(shù)：如之前所得，液壓閥內部壓力F=，當彈簧剛度K=1000N/m時；S = F / K = = , 所以半步位移Ss=。所以步進電機要走942步，根據(jù)每200步一圈，才能達到需要的壓力。這樣推算，時間比較合適，在可以控制的范圍內。 89C51單片機源程序include REG51. H /* 宏包含8051 頭文件 */include /* 宏A/D頭文件 */define STARTED xbyte[Ox7F00] /* 定義STARTED數(shù)值存儲位置 */define ADRESULT xbyte[Ox7f08] /* 定義ADRESULT數(shù)值存儲位置 */unsigned char p1；unsigned char p0；unsigned char p3sbit ADBUSY = p3^3。 /* A/D工作檢測信號 */unsigned char L_value[8]={0x0E,0x0C,0x0D,0x09,0x0B,0x03,0x07,0x06}。 　 /* 步進電機環(huán)形脈沖控制字 */void Delay() /* 延遲程序 */ { unsigned char i。 /* 定義函數(shù) */ for(i=0。i=100。i++)。 /* 延時循環(huán) */ } unsigned char AD0809(void) /* A/D函數(shù) */ { unsigned char result。 /* 定義函數(shù) */ STARTED = 0。 /* 賦初值 */ while(ADBUSY == 1)。 /* 當A/D芯片ADBUSY 位=1 */ Delay()。 /* 延遲程序 */ result =ADRESULT。 /* 結果保存到ADRESULT的存儲空間 */ return result。 /* 返回結果 */ }void main() /* 主函數(shù) */ { unsigned char m。 /* 定義函數(shù) */ unsigned char ADV。 /* 定義函數(shù) */ p1=0x0。 /* 賦初值 */ while(1) { ADV = AD0809()。 /* 讀取result */ Delay()。 /* 延遲程序 */ unsigned char a = 0x0E。 /* 為一可變量，可根據(jù)減壓閥的壓力設定改變此值 */ if (ADV = 0x0E) /* 符合條件，進入循環(huán)函數(shù) */ for(m=0。m7。m++) {p1= L_value[m]。 /* 步進電機步進 */} else brake。 /* 不符合條件，結束循環(huán)函數(shù) */ } }void interrupt (void){ 　IT0 = 1 。 　IT1 = 1 。 /* 設置INT0、INT1 為下降沿觸發(fā)方式 */　　EX0 = 1 。 　EX1 = 1 。 　EA = 1 。 /* INT0、INT1 中斷允許 */　　while (1) 。 /* 等待中斷 */}在這其中用紅體標注的部分unsigned char a = 0x0E為一個可變值，其中的0x0E可以替換。它代表的是測量的電壓值，壓力傳感器的電壓變化范圍為5～15V，這樣可替換的數(shù)字為0x00x00x00x00x00x0A、0x0B、0x0C、0x0D、0x0E。其中0x05代表壓力最小時的電壓0V，代表壓力0MPa；0x0E代表壓力最大時的電壓15V，代表壓力30Mpa。其間數(shù)值按比例轉換。第五章 實驗 實際實驗因為條件限制，這次畢業(yè)設計并沒有實際進行真實的實際實驗，而是在KeilC51單片機實驗臺上做了模擬實驗。KeilC51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C 來開發(fā)，體會更加深刻。Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的