【文章內(nèi)容簡介】 AL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。（7）芯片擦除整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。因此在本次設(shè)計中用AT89C52來作為該系統(tǒng)的核心處理芯片。如圖26：AT89C52EA接+5vReset接復(fù)位電路X1,X2接晶振電路,圖26AT89C52外圍電路圖（8）電源部分 因為電路中的AT89C52單片機的工作電壓是+5V，而步進電機的工作電壓是+12V ，根據(jù)穩(wěn)壓電源的設(shè)計要求及其技術(shù)指標，結(jié)合本系統(tǒng)的功率要求及安裝方便實用，本實驗用電容整流濾波再經(jīng)集成穩(wěn)壓管7805/7812后得到直流 +5V和+12V電壓。提供給AT89C52芯片、步進電機及其他外圍電路。其硬件電路如下示：圖27 輸出+5V電壓圖28 輸出+12V電壓2．2步進電機步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。正常情況下，步進電機轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電動機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機控制。：(1)反應(yīng)式步進電機(Variable Reluctance，簡稱VR)反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進電機有單段式和多段式兩種類型；(2)永磁式步進電機(Permanent Magnet，簡稱PM)永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電；(3)混合式步進電機(Hybrid，簡稱HB)混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永 磁式兩者的優(yōu)點。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小,發(fā)熱低。 圖29 目前市場上所使用的工業(yè)用步進電機，以混和式（HB型）最為普遍。 步進電機概述： （一）步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即AABBBCCCDDDAA.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。（二）步進電機動態(tài)指標及術(shù)語： 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180250pps之間（）或在400pps左右（），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。電機正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機繞組通電時序為AABBBCCCDDDA時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DADCDCBCBABA時為反轉(zhuǎn)。： 一般步進電機的精度為步進角的3%5%，且不積累。 步進電機外表允許的最高溫度。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏8090度完全正常。步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。步進電機低速時可以正常轉(zhuǎn)動，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用 步進電機本質(zhì)上是一個數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器。以三相電機為例, 其結(jié)構(gòu)原理見圖1。各相夾角為120176。的定子磁極上均勻分布了5個矩形小齒, 沒有繞組的轉(zhuǎn)子圓周上也均勻的分布著40個小齒（相鄰齒夾角為9176。）。利用電磁學(xué)的性質(zhì), 在某相繞組通電時, 相應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場, 與轉(zhuǎn)子形成磁路如此時定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊, 則在磁場作用下, 轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一定角度, 達到齒的對齊。在單三拍控制方式下, 若A相通電, B、C相不通電, 在磁場作用下使轉(zhuǎn)子齒和A相定子齒相對假設(shè)此時為初態(tài)并且令與A相中心對齊的轉(zhuǎn)子齒為0號齒, 因為B相與A相相差120176。，可知120176。/9176。=13 3?9, 不為整數(shù), 即此時轉(zhuǎn)子齒與B相不對齊, 只是13號齒靠近相的中心, 且相差3176。如果此時突然變?yōu)锽相通電, 而A、C相都不通電, 那么, 13號齒會在磁場的作用下轉(zhuǎn)到與相中心對齊的位置, 這就是常說的走一步, 此時,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了。這樣, 按照A一B一C一A順序通電次, 可以使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動9176。那么步進電機的步距角Q=(360/NZ)176。（式中N=MC為運行拍數(shù)；M為控制繞組相數(shù)；C為狀態(tài)系數(shù), 單三拍或雙三拍時C=1, 單六拍或雙六拍時C=2為轉(zhuǎn)子齒數(shù)）。2直流電機的原理由直流電動機和發(fā)電機工作原理示意圖可以看到，直流電機的結(jié)構(gòu)應(yīng)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機進行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。直流電機的結(jié)構(gòu)：電機要實現(xiàn)機電能量變換，電路和磁路之間必須有相對運動。所以旋轉(zhuǎn)電機具備靜止的和旋轉(zhuǎn)的兩大部分。靜止和旋轉(zhuǎn)部分之間有一定大小的間隙，稱為氣隙。靜止的部分稱為定子，作用是產(chǎn)生磁場和作為電機的機械支撐。包括主磁極、換向極、機座、端蓋、軸承、電刷裝置等。旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子或電樞，作用是感應(yīng)電勢實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。包括電樞鐵心，電樞繞組，換向器、軸和風(fēng)扇等。定子部分：主磁極：也稱為主極。作用是產(chǎn)生氣隙磁場。換向極：也稱為附加極或間極。作用是改善換向。裝在主極之間。機座：由鑄鋼或厚鋼板焊成。是電機的機械支撐。電刷裝置：將直流電壓、電流引入或引出的裝置。其組數(shù)與主極極數(shù)相等。轉(zhuǎn)動部分：（轉(zhuǎn)子部分）電樞鐵心：主磁路的主要部分及嵌放電樞繞組，由硅鋼片迭壓而成。電樞繞組：由許多按一定規(guī)律聯(lián)接的線圈組成。用來感應(yīng)電勢和通過電流，是電路的主要部分。換向器：由許多彼此絕緣的換向片構(gòu)成。3步進電機的特征： （1）高精度的定位： 步進電機最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制。以5相步進電機為例：其定位基本單位（分辨率）176。（全步級）/176。（半步級），是非常小的；停止定位精度誤差皆在177。3分（177。176。）以內(nèi)，且無累計誤差，故可達到高精度的定位控制。（步進電機的定位精度是取決于電機本身的機械加工精度）（2）位置及速度控制： 步進電機在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進而得到靈活的角度控制（位置控制），并可得到與該脈沖信號周波數(shù)（頻率）成比例的回轉(zhuǎn)速度。（3）具定位保持力： 步進電機在停止?fàn)顟B(tài)下（無脈波信號輸入時），仍具有激磁保持力，故即使不依靠機械式的剎車，也能做到停止位置的保持。（4）動作靈敏： 步進電機因為加速性能優(yōu)越,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。（5）開回路控制、不必依賴傳感器定位： 步進電機的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器（ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機）及位置傳感器（SENSOR），就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。（6）中低速時具備高轉(zhuǎn)矩： 步進電機在中低速時具有較大的轉(zhuǎn)矩，故能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出。（7）高信賴性： 使用步進電機裝置與使用離合器、減速機及極限開關(guān)等其它裝置相較，步進電機的故障及誤動作少，所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。（8）小型、