【文章內容簡介】 單三拍分配方式時，步進電動機由 A 相通電轉換到 B 相通電，步進電動機的轉子轉過一個角度，稱為一步。這時轉子轉過的角度是 30 度。步進電動機每一步轉過的角度稱為步距角。 三相雙三拍運行方式三相雙三拍運行方式：每次都有兩個繞組通電，通電方式是 ABBCCAAB……，如果通電順序改為 ABCABCAB……則步進電機反轉。雙三拍分配方式時，步進電動機的步距角也是 30 度 三相單，雙六拍運行方式：三相六拍分配方式就是每個周期內有六個通電狀態(tài)。這六中通電狀態(tài)的順序可以使 AABBBCCCAA……或者 A CACBCBABA……六拍通電方式中，有一個時刻兩個繞組同8時通電，這時轉子齒的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配 方式下，轉子每一步轉過的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是 15度。單三拍運行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉換過程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單靠一相繞組通電吸引轉子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震蕩，故用的較少。 雙三拍運行的特點是每次都有兩相繞組通電，且在轉換過程中始終有一相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單三拍相同。 六拍運行方式轉換時始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復雜，實際應用較多。 步進電機的啟?？刂撇竭M電機由于其電氣特性,運轉時會有步進感 ,即振動感。為了使電機轉動平滑 ,減小振動 ,可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波 ,可以減小步進電機的步進角 ,提高電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉時 ,為了防止因慣性而使電機軸產生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產生鎖定磁力矩 ,鎖定步進電機的轉軸 ,使步進電機的轉軸不能自由轉動。 步進電機的轉向控制如果給定工作方式正序換相通電 ,步進電機正轉。若步進電機的勵磁方式為三相六拍 ,即 AABBBCCCA。如果按反序通電換相 ,即則電機就反轉。其他方式情況類似。 步數顯示模塊原理步數顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都是通過單片機輸出信號控制發(fā)光二極管 LED 的亮滅。其中步數顯示模塊中 LED 構成數碼管，要求顯示 4 位十進制數，故用到 4 位數碼管。9要控制多位的顯示電路，需要有字段控制和字位控制?？刂品绞椒譃殪o態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式，每一位的顯示器都需要配一個 8 位輸出口來輸出該字位的七段碼，需要片外擴展輸出口。而動態(tài)顯示方式將各數碼管的對應字段的引腳都并聯在一起，線路簡單，減少接口，不需片外擴展。這里選用動態(tài)顯示方式。104 硬件設計 系統總原理圖圖 3 系統總原理圖根據設計要求用 PROTEUS 所做的硬件連線圖如圖 3。 各部分硬件原理圖設計 單片機控制模塊單片機選用最經典的 80C51，其 4 個 I/O 口都要用到， P3 接步進電機驅動電路及工作狀態(tài)顯示模塊，P0 和 P2 分別接步數顯示中對數碼管的字段控制及數碼管片選，P1 接工作狀態(tài)控制電路,，時鐘用內部方式需外接晶體振蕩器。硬件圖如圖 4 所示。11圖 4 單片機模塊原理圖此設計中接的是 12MHZ 的晶振，故一個機器周期為 1/12us。根據經驗數據，與晶振一起的兩個電容設為 15PF。單片機的 VCC 和 GROUD 都隱藏了，已自動接好，VCC 應設為+5V。 按鍵選擇工作狀態(tài)模塊首先我們來考慮所有機械觸點式按鍵在狀態(tài)輸出時的共性問題就是按鍵抖動問題，由于機械觸點的彈性振動，按鍵在按下時不會馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時也不能一下子完全地斷開，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會出現一連串的抖動，這稱為按鍵的抖動干擾。這種抖動可能會造成按一次鍵產生的開關狀態(tài)被 CPU 誤讀幾次。為了使 CPU 能正確地讀取按鍵狀態(tài)，本次設計中我們采用并聯電容消抖法，利用電容的放電延時來實現。 如圖 5 所示，這是唯一的一塊輸入模塊的設計。5 個按鍵開關一端通過電阻接高電平，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對應也接到單片機的 P1 口分別為 ~。當開關斷開，就是輸入到單片機對應端口高電平，而開關閉合，是使端口接地，輸入低電平。所以這個設計中開關斷開時才是有效的。各按鍵功能：（1）K0K2 為工作模式控制開關，KO 接電時，為步進電機單三拍工作模式；K1 接電12時，為步進電機雙三拍工作模式；K2 接電時，步進電機工作模式為三相六拍。（2）K3 為啟/?？刂崎_關，控制整個系統的開啟和關閉。（3）K4 為正/反轉控制開關，控制步進電機的轉向。圖 5 按鍵模塊原理圖 步進電機工作模塊將三相步進電機三個端口直接接到單片機 ~ 即可，另三個端口接到+12V 的高電平給步進電機供電。只需在軟件編寫上控制算法便可以調節(jié)這三個端口的高低電平來控制步進電機的開啟與停止，正反轉以及工作模式。步進電機硬件接線圖如圖 6 所示。圖 6 步進電機模塊原理圖13 工作狀態(tài)顯示模塊LED 發(fā)光二極管顯示步進電機的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機的 ~。如圖7，讓單片機輸出通過一個反相器再接到 LED 陰極，LED 陽極接 VCC。這樣可以提高電流，有利于二極管的導通，我們可以通過控制 P3 口的數據，實現 LED 的亮滅。圖 7 工作狀態(tài)顯示模塊原理圖 4 位數碼管顯示步數模塊LED 數碼管實際上是由七個發(fā)光管組成 8 字形構成的，加上小數點就是 8 個。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當數碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。通過分時輪流控制各個 LED 數碼管的 COM 端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。P0 口和 P2 口的前四個分別接步數顯示中對數碼管的字段控制及數碼管片選，如圖 8所示，這里主要是由軟件算法來實現單片機輸出的控制。14圖 8 數碼管顯示模塊原理圖15開始數碼管顯示清零啟動？選擇工作模式正轉？b 賦予正向指針增量 b 賦予反向指針增量紅燈亮 黃燈亮P3 輸出控制模塊使電機運轉P1