【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩，防止步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生共振。它是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制技術(shù)的一個(gè)飛躍 [7]。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的方案簡(jiǎn)述與設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89C51 來(lái)作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 L298 及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來(lái)構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體功能和要求如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)兼有三項(xiàng)六拍的脈沖分配器；實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制；液晶顯示器顯示出步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)速度，且顯示出步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)；實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至少要有 5 個(gè)檔位；設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤掃描電路； 系統(tǒng)的組成及其對(duì)應(yīng)功能簡(jiǎn)述整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊，獨(dú)立按鍵等模塊組成。具體框圖如圖 2 所示：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)獨(dú)立按鍵控制模塊電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊步進(jìn)電機(jī)數(shù)碼顯示模塊計(jì)算機(jī)串口通信模塊淮南師范學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文9圖 2 系統(tǒng)總體框圖單片機(jī)最小系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的脈沖，通過(guò)單片機(jī)的軟件編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小與單片機(jī)輸出的脈沖數(shù)成正比，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度與輸出的脈沖頻率成正比，而步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的的方向與輸出的脈沖順序有關(guān)。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還負(fù)責(zé)處理來(lái)自電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電流值。與此同時(shí)，單片機(jī)將會(huì)把電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，以及電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)功率放大，而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。串口下載模塊主要是負(fù)責(zé)實(shí)行計(jì)算機(jī)和單片機(jī)之間的通信，將在計(jì)算機(jī)里面編寫好的程序下載到單片機(jī)芯片當(dāng)中。數(shù)碼管顯示模塊就主要是顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)向，和通過(guò)電機(jī)的電流等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。本節(jié)主要是在第一部分和第二部分的基礎(chǔ)上引出了本論文將要采用的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)的清楚的一條條列出了設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本設(shè)計(jì)要求。然后是基于我的設(shè)計(jì)方案，比較簡(jiǎn)單的但有條理的描述了系統(tǒng)的各個(gè)部分的組成以及其對(duì)應(yīng)的基本功能。通過(guò)這一章的內(nèi)容，我們能對(duì)本設(shè)計(jì)有一個(gè)簡(jiǎn)單的總體的把握，既是能清楚的知道本題目的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)方法，以及最終的預(yù)期目標(biāo)。 AT89C51 簡(jiǎn)介 AT89C51 是一種擁有 4 k 字節(jié)閃存(FLASH FPEROM——可編程和只讀存儲(chǔ)器)的高性能，低電壓的 8 位微處理器，一般稱為單片機(jī)。AT89C2051 單片機(jī)是一個(gè)帶 2 k字節(jié)閃存可刪除可編程的只讀存儲(chǔ)器(ROM)。單片機(jī)可以擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除 1000 次。本裝置采用的愛特梅爾公司的高密度非易失性存儲(chǔ)器制造技術(shù)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS 51 指令集和輸出管腳相兼容。由于多功能 8 位 CPU 和閃存有機(jī)的組合在單個(gè)芯片中，單片機(jī) AT89C51 的是一種高效的微控制器，它是一個(gè)精簡(jiǎn)版本的AT89C2051。AT89C51 為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一個(gè)高靈活性和廉價(jià)的方案。引腳功能說(shuō)明電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)10圖 3 AT89C51該設(shè)計(jì)使用到的單片機(jī)芯片對(duì)應(yīng)管腳名稱位置等如圖 3 的引腳功能圖詳細(xì)說(shuō)明。VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個(gè) 8 位漏級(jí)開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當(dāng) P0口的管腳第一次寫 1 時(shí)，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0 輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須接上拉電阻。P1 口：P1 口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 口緩沖器能接收輸出4TTL 門電流。P1 口管腳寫入 1 后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1 口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為低八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P2 口緩沖器可接收，輸出 4個(gè) TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3 口：P3 口管腳是 8 個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個(gè) TTL 門電流。當(dāng) P3 口寫入 “1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3 口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口，如下表所示：淮南師范學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文11 RXD（串行輸入口） ； TXD（串行輸出口） ； /INT0（外部中斷 0） ； /INT1（外部中斷 1） ； T0（計(jì)時(shí)器 0 外部輸入） ； T1（計(jì)時(shí)器 1 外部輸入） ； /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） ； /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通） ；P3 口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低位字節(jié)。在 FLASH 編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過(guò)一個(gè) ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時(shí)， ALE 只有在執(zhí)行MOVX，MOVC 指令是 ALE 才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當(dāng)/EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式 1 時(shí)，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（VPP） 。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。 L297 簡(jiǎn)介L(zhǎng)297 是 步 進(jìn) 電 機(jī) 專 用 控 制 器 ， 它 能 產(chǎn) 生 4 相 控 制 信 號(hào) ， 可 用 于 計(jì) 算 機(jī) 控 制 的兩 相 雙 極 和 四 相 單 相 步 進(jìn) 電 機(jī) ， 能 夠 用 單 四 拍 、 雙 四 拍 、 四 相 八 拍 方 式 控 制 步 進(jìn)電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12電 機(jī) 。 芯 片 內(nèi) 的 PWM 斬 波 器 電 路 可 開 關(guān) 模 式 下 調(diào) 節(jié) 步 進(jìn) 電 機(jī) 繞 組 中 的 電 機(jī) 繞 組 中的 電 流 。 該 集 成 電 路 采 用 了 SGS 公 司 的 模 擬 /數(shù) 字 兼 容 的 I2L 技 術(shù) ， 使 用 5V 的電 源 電 壓 ， 全 部 信 號(hào) 的 連 接 都 與 TFL/CMOS 或 集 電 極 開 路 的 晶 體 管 兼 容 。L297 各 引 腳 功 能 說(shuō) 明 ：1 腳 (SYNC)——斬 波 器 輸 出 端 。 如 多 個(gè) 297 同 步 控 制 ， 所 有 的 SYNC 端 都 要連 在 一 起 ， 共 用 一 套 振 蕩 元 件 。 如 果 使 用 外 部 時(shí) 鐘 源 ， 則 時(shí) 鐘 信 號(hào) 接 到 此 引 腳 上 。 2 腳 (GND)——接 地 端 。 3 腳 (HOME)——集 電 極 開 路 輸 出 端 。 當(dāng) L297 在 初 始 狀 態(tài) (ABCD=0101)時(shí) ，此 端 有 指 示 。 當(dāng) 此 引 腳 有 效 時(shí) ， 晶 體 管 開 路 。 4 腳 (A)——A 相 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 。 5 腳 (INH1)——控 制 A 相 和 B 相 的 驅(qū) 動(dòng) 極 。 當(dāng) 此 引 腳 為 低 電 平 時(shí) ， A 相 、 B相 驅(qū) 動(dòng) 控 制 被 禁 止 ； 當(dāng) 線 圈 級(jí) 斷 電 時(shí) ， 雙 極 性 橋 用 這 個(gè) 信 號(hào) 使 負(fù) 載 電 源 快 速 衰 減 。若 CONTROL 端 輸 入 是 低 電 平 時(shí) ， 用 斬 波 器 調(diào) 節(jié) 負(fù) 載 電 流 。 6 腳 (B)——B 相 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 。 7 腳 (C)——C 相 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 。 8 腳 (INH2)——控 制 C 相 和 D 相 的 驅(qū) 動(dòng) 級(jí) ， 作 用 同 INH1 相 同 。 9 腳 (D)——D 相 驅(qū) 動(dòng) 信 號(hào) 。 10 腳 (ENABLE)——L297 的 使 能 輸 入 端 。 當(dāng) 它 為 低 電 平 時(shí) ，INH1， INH2， A， B， C， D 都 為 低 電 平 。 當(dāng) 系 統(tǒng) 被 復(fù) 位 時(shí) 用 來(lái) 阻 止 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 。 11 腳 (CONTROL)——斬 波 器 功 能 控 制 端 。 低 電 平 時(shí) 使 INH1 和 INH2 起 作 用 ，高 電 平 時(shí) 使 A、 B、 C、 D 起 作 用 。 12 腳 (Vcc)——+5V 電 源 輸 入 端 。 13 腳 (SENS2)——C 相 、 D 相 繞 組 電 流 檢 測(cè) 電 壓 反 饋 輸 入 端 。 14 腳 (SENS1)——A 相 、 B 相 繞 組 電 流 檢 測(cè) 電 壓 反 饋 輸 入 端 。 15 腳 (Vref )——斬 波 器 基 準(zhǔn) 電 壓 輸 入 端 。 加 到 此 引 腳 的 電 壓 決 定 繞 組 電 流 的 峰值 。 16 腳 (OSC)——斬 波 器 頻 率 輸 入 端 。 一 個(gè) RC 網(wǎng) 絡(luò) 接 至 此 引 角 以 決 定 斬 波 器 頻率 ， 在 多 個(gè) L297 同 步 工 作 時(shí) 其 中 一 個(gè) 接 到 RC 網(wǎng) 絡(luò) ， 其 余 的 此 引 角 接 地 ， 各 個(gè) 器件 的 腳 I (SYNC)應(yīng) 連 接 到 一 起 這 樣 可 雜 波 的 引 入 問 題 。 淮南師范學(xué)院 2022 屆本科畢業(yè)論文1317 腳 (CW/CCW)—方 向 控 制 端 。 步 進(jìn) 電 機(jī) 實(shí) 際 旋 轉(zhuǎn) 方 向 由 繞 組 的 連 接 方 法 決 定 。當(dāng) 改 變 此 引 腳 的 電 平 狀 態(tài) 時(shí) ， 步 進(jìn) 電 機(jī) 反 向 旋 轉(zhuǎn) 。18 腳