【文章內(nèi)容簡介】 或消除步進電機的低頻振蕩，防止步進電機產(chǎn)生共振。它是步進電機的驅動和控制技術的一個飛躍 [7]。3 系統(tǒng)硬件設計 系統(tǒng)的方案簡述與設計要求本設計采用單片機 AT89C51 來作為整個步進電機控制系統(tǒng)的運動控制核心部件，采用了電機驅動芯片 L298 及其外圍電路構成了整個系統(tǒng)的驅動部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進電機來構成了一個基本的步進電機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體功能和要求如下：單片機最小系統(tǒng)的設計；設計兼有三項六拍的脈沖分配器；實現(xiàn)步進電機的啟停、正轉、反轉、加速、減速控制；液晶顯示器顯示出步進電機實時速度，且顯示出步進電機當前的運行狀態(tài)；實現(xiàn)步進電機的轉速調(diào)節(jié)，且轉速調(diào)節(jié)至少要有 5 個檔位；設計一個鍵盤掃描電路； 系統(tǒng)的組成及其對應功能簡述整個系統(tǒng)的組成包括單片機最小系統(tǒng)，電機驅動模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機驅動電流檢測模塊，獨立按鍵等模塊組成。具體框圖如圖 2 所示：單片機最小系統(tǒng)獨立按鍵控制模塊電機驅動模塊步進電機數(shù)碼顯示模塊計算機串口通信模塊淮南師范學院 2022 屆本科畢業(yè)論文9圖 2 系統(tǒng)總體框圖單片機最小系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的控制核心，它主要負責產(chǎn)生控制步進電機轉動的脈沖，通過單片機的軟件編程代替環(huán)形脈沖分配器輸出控制步進電機的脈沖信號，步進電機轉動的角度大小與單片機輸出的脈沖數(shù)成正比，步進電機轉動的速度與輸出的脈沖頻率成正比，而步進電機轉動的的方向與輸出的脈沖順序有關。同時單片機系統(tǒng)還負責處理來自電機驅動電流檢測模塊檢測到的電流值。與此同時，單片機將會把電機轉速，電機的轉動方向，以及電流檢測模塊檢測到的電機驅動的電流通過數(shù)碼管顯示出來。電機驅動模塊將單片機發(fā)給步進電機的信號功率放大，而驅動電機工作。串口下載模塊主要是負責實行計算機和單片機之間的通信，將在計算機里面編寫好的程序下載到單片機芯片當中。數(shù)碼管顯示模塊就主要是顯示電機轉速，電機轉向，和通過電機的電流等系統(tǒng)的實時信息。本節(jié)主要是在第一部分和第二部分的基礎上引出了本論文將要采用的設計方案，并詳細的清楚的一條條列出了設計要實現(xiàn)的基本設計要求。然后是基于我的設計方案，比較簡單的但有條理的描述了系統(tǒng)的各個部分的組成以及其對應的基本功能。通過這一章的內(nèi)容，我們能對本設計有一個簡單的總體的把握，既是能清楚的知道本題目的設計內(nèi)容，設計方法，以及最終的預期目標。 AT89C51 簡介 AT89C51 是一種擁有 4 k 字節(jié)閃存(FLASH FPEROM——可編程和只讀存儲器)的高性能，低電壓的 8 位微處理器，一般稱為單片機。AT89C2051 單片機是一個帶 2 k字節(jié)閃存可刪除可編程的只讀存儲器(ROM)。單片機可以擦除只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。本裝置采用的愛特梅爾公司的高密度非易失性存儲器制造技術和行業(yè)標準的 MCS 51 指令集和輸出管腳相兼容。由于多功能 8 位 CPU 和閃存有機的組合在單個芯片中，單片機 AT89C51 的是一種高效的微控制器，它是一個精簡版本的AT89C2051。AT89C51 為許多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一個高靈活性和廉價的方案。引腳功能說明電機調(diào)速控制系統(tǒng)設計10圖 3 AT89C51該設計使用到的單片機芯片對應管腳名稱位置等如圖 3 的引腳功能圖詳細說明。VCC：供電電壓。GND：接地。P0 口：P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。當 P0口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。P0 能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的低八位。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH進行校驗時，P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須接上拉電阻。P1 口：P1 口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FLASH 編程和校驗時，P1口作為低八位地址接收。 P2 口：P2 口為一個內(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 TTL 門電流，當 P2 口被寫“1”時，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，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 口當用于外部程序存儲器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2 口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。P3 口：P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4 個 TTL 門電流。當 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（計時器 0 外部輸入） ； T1（計時器 1 外部輸入） ； /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） ； /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） ；P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持 RST 腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，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，ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。如想禁止 ALE 的輸出可在 SFR8EH 地址上置 0。此時， 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，置位無效。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN 信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP：當/EA 保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH） ，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式 1 時，/EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。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)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。 L297 簡介L297 是 步 進 電 機 專 用 控 制 器 ， 它 能 產(chǎn) 生 4 相 控 制 信 號 ， 可 用 于 計 算 機 控 制 的兩 相 雙 極 和 四 相 單 相 步 進 電 機 ， 能 夠 用 單 四 拍 、 雙 四 拍 、 四 相 八 拍 方 式 控 制 步 進電機調(diào)速控制系統(tǒng)設計12電 機 。 芯 片 內(nèi) 的 PWM 斬 波 器 電 路 可 開 關 模 式 下 調(diào) 節(jié) 步 進 電 機 繞 組 中 的 電 機 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 ， 使 用 5V 的電 源 電 壓 ， 全 部 信 號 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 明 ：1 腳 (SYNC)——斬 波 器 輸 出 端 。 如 多 個 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 鐘 源 ， 則 時 鐘 信 號 接 到 此 引 腳 上 。 2 腳 (GND)——接 地 端 。 3 腳 (HOME)——集 電 極 開 路 輸 出 端 。 當 L297 在 初 始 狀 態(tài) (ABCD=0101)時 ，此 端 有 指 示 。 當 此 引 腳 有 效 時 ， 晶 體 管 開 路 。 4 腳 (A)——A 相 驅 動 信 號 。 5 腳 (INH1)——控 制 A 相 和 B 相 的 驅 動 極 。 當 此 引 腳 為 低 電 平 時 ， A 相 、 B相 驅 動 控 制 被 禁 止 ； 當 線 圈 級 斷 電 時 ， 雙 極 性 橋 用 這 個 信 號 使 負 載 電 源 快 速 衰 減 。若 CONTROL 端 輸 入 是 低 電 平 時 ， 用 斬 波 器 調(diào) 節(jié) 負 載 電 流 。 6 腳 (B)——B 相 驅 動 信 號 。 7 腳 (C)——C 相 驅 動 信 號 。 8 腳 (INH2)——控 制 C 相 和 D 相 的 驅 動 級 ， 作 用 同 INH1 相 同 。 9 腳 (D)——D 相 驅 動 信 號 。 10 腳 (ENABLE)——L297 的 使 能 輸 入 端 。 當 它 為 低 電 平 時 ，INH1， INH2， A， B， C， D 都 為 低 電 平 。 當 系 統(tǒng) 被 復 位 時 用 來 阻 止 電 機 驅 動 。 11 腳 (CONTROL)——斬 波 器 功 能 控 制 端 。 低 電 平 時 使 INH1 和 INH2 起 作 用 ，高 電 平 時 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 電 壓 反 饋 輸 入 端 。 14 腳 (SENS1)——A 相 、 B 相 繞 組 電 流 檢 測 電 壓 反 饋 輸 入 端 。 15 腳 (Vref )——斬 波 器 基 準 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 RC 網(wǎng) 絡 接 至 此 引 角 以 決 定 斬 波 器 頻率 ， 在 多 個 L297 同 步 工 作 時 其 中 一 個 接 到 RC 網(wǎng) 絡 ， 其 余 的 此 引 角 接 地 ， 各 個 器件 的 腳 I (SYNC)應 連 接 到 一 起 這 樣 可 雜 波 的 引 入 問 題 。 淮南師范學院 2022 屆本科畢業(yè)論文1317 腳 (CW/CCW)—方 向 控 制 端 。 步 進 電 機 實 際 旋 轉 方 向 由 繞 組 的 連 接 方 法 決 定 。當 改 變 此 引 腳 的 電 平 狀 態(tài) 時 ， 步 進 電 機 反 向 旋 轉 。18 腳