【文章內(nèi)容簡介】 ，齒 2 應(yīng)與 B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過 1/3 て，此時齒 3與 C偏移為 1/3 て，齒 4 與 A 偏移（て 1/3 て） =2/3て。如 C 相通電， A， B 相不通電，齒 3 應(yīng)與 C 對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3て，此時齒 4 與 A 偏移為 1/3 て對齊。如 A 相通電， B， C 相不通電，齒 4 與 A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3 て。這樣經(jīng)過 A、 B、 C、 A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前一齒）移到 A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按 A， B， C，A?? 通電，電機就每步（每脈沖） 1/3 て ,向右旋轉(zhuǎn)。如按 A， C， B， A??通電，電機就反轉(zhuǎn)。 由此可見：電機的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 AABBBC－ CCAA 這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步 1/3 て改變?yōu)?1/6 て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3 て變?yōu)?1/12 て， 1/24 て，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機定子上有 m 相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移湖南科技大學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 1/m,2/m?? (m1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制 —— 這是 步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 圖 定轉(zhuǎn)子展開圖 步進電機控制原理 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。 步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電 換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為 ABC－ D,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制A,B,C， D 相的通斷。 (2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。 (3)控制步進電機的速度 如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速 [10]。 步進電機的基本特性 (1) 步進電機需 加驅(qū)動電路，其驅(qū)動信號輸入端為脈沖信號，若加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，步進電機的轉(zhuǎn)子就以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動； (2) 步進電機的步進角一般為 176。，即 200 步完成一圈； (3) 步進電機具有瞬間啟動與急速停止的特性； (4) 改變勵磁順序，可以改變步進電機的旋轉(zhuǎn)方向。 湖南科技大學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 步進電機的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機軸上，每個當(dāng)量電 機應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 度 / 度（五相電機）、 度 / 度（二、四相電機）、 度 /3 度 （三相電機）等。 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為 摩擦負載的 23倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）。 根據(jù)步進電機的特性及以上三大要素，本設(shè)計選擇使用 12V 直流電源驅(qū)動的MSDA020L51 型號的步進電機。 應(yīng)用中的注意 事項 (1)步進電機應(yīng)用于低速場合 每分鐘轉(zhuǎn)速不超過 1000 轉(zhuǎn)，（ 度時6666PPS)，最好在 10003000PPS( 度）間使用，可通過減速 裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 (2)步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。 (3)由于歷史原因，只有標稱為 12V 電壓的電機使用 12V 外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓，當(dāng)然 12伏的電壓除 12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考慮溫升。 (4)轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。 (5)電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一 、 電機不 會失步； 二 、 可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 (6)高精度時，應(yīng)通過機械 減速、提高電機速度 ,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用 5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。 (7)電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻湖南科技大學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 尼的解決。 (8)電機在 600PPS（ 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。 步進電機與單片機的接口 這里用的電機是單極性步進電機，單極性步進電機可以采用三種步進方式：單拍，雙拍和半拍方式。單拍是指每次僅給一個繞組通電，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運動到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對齊 的位置。雙拍方式同時給兩個繞組通電，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并在永磁體到達兩個通電繞組的中間位置點時平衡。雙拍方式的優(yōu)點是比單拍方式多獲得 %的輸出力矩，不過代價是要花費后者兩倍的能量。半拍方式工作時則讓兩個繞組通電與單個繞組通電方式交替的進行。應(yīng)用單片機中 ～ 與步進電機驅(qū)動芯片 ULN2021 的 1R～ 4R 引腳相連， ULN2021 中的 Q1～ Q4 引腳與步進電機的四個引腳相連，實現(xiàn) A 片選或者 B片選。 具體連接如圖 所示。 步進電機的驅(qū)動電路 步進電動機是一種數(shù)字元件，易于數(shù)字電路接口 ，但一般的數(shù)字電路的信號的能量遠遠不足以驅(qū)動步進電動機，因此，必須有一個與之匹配的驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電動機。對步進電動機的驅(qū)動一般有以下要求： （ 1） 能夠提供較快的電流上升和下降速度，使電流波形盡量接近矩形； （ 2）有供截止期間釋放電流流通的回路，以降低繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減； （ 3）具有較高的功率及效率。 步進電動機的驅(qū)動方式有很多種，由于集成電路集驅(qū)動和保護于一體，作為小功率步進電動機的專用驅(qū)動芯片，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于小型儀表，計算機外設(shè)等領(lǐng)域 ，使用起來非常方便。下面介紹其中一種小功率步進電動機驅(qū) 動芯片 。 ULN2021 是高耐壓、大電流達林頓 芯片 ，由七個硅 NPN達林頓管組成。 其 內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列 16 腳封裝 ,NPN 晶體管矩陣 ,最大驅(qū)動電壓 =50V,電流 =500mA,輸入電壓=5V,適用于 TTL COMS,由達林頓管組成驅(qū)動電路 。 ULN 是集成達林頓管 IC,內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管 ,它的輸出端允許通過電流為200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓 BVCEO 約為 36V。用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估 算。 采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器 ， 也可直接驅(qū)動低壓燈泡。通常單片機驅(qū)動ULN2021 時，上拉 2K的電阻較為合適，同時， COM引腳應(yīng)該懸空或接電源。 ULN2021 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，并且能夠在關(guān)湖南科技大學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 一個非門電路，包含 7個單元， 單 獨每個單元驅(qū)動電流最大可達 350mA， 9 腳可以懸空。 比如 1 腳輸入， 16 腳輸出，你的負載接在 VCC與 16 腳之間，不用 9 腳。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U1A T 89S 51U974H C 04U 10U 11U 12Q611Q215GND82R2Q7101R17R73R36R6Q116Q314Q512Q4135R54R4V C C9J3U L N 2021AAC O M 1BCOM2B+ 12V 圖 單片機與步進電機的接 口電路 液晶 顯示模塊 液晶顯示模塊的功能特點 FYD128640402B 是 一種具有 4位 /8位并行、 2線或 3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標一級、二級簡體中文字庫的點陣圖形液晶顯示模塊；其分辨率為64128? ，內(nèi)置 8192個 16*16點漢字和 128個 16*8點 ASCII 字符集。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機交互圖形界面?？梢燥@示 48? 行 1616? 點陣的漢字。也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點。有該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類性的圖形點陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路或顯示程序都要簡潔的多，且該模塊的價格也略低于相同點陣的液晶顯示模塊。 FYD128640402B 的 基本特性 : (1)低電源電壓 （ VDD:++） ； (2)顯示分辨率 :12864 點 ； (3)內(nèi)置漢字字庫，提供 8192 個 1616 點陣漢字 (簡繁體可選 )； (4)內(nèi)置 128個 168 點陣字符 ； 湖南科技大學(xué) 本科生 畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 (5)2MHZ 時鐘頻率 ； (6)顯示方式： STN、半透、正顯 ； (7)驅(qū)動方式： 1/32DUTY， 1/5BIAS； (8)視角方向： 6點 ； (9)背光方式：側(cè)部高亮白色 LED，功耗僅為普通 LED 的 1/5— 1/10； (10)通訊方式：串行、并口可選 ； (11)內(nèi)置 DCDC 轉(zhuǎn)換電路，無需外加負壓 ； (12)無需片選信號，簡化軟件設(shè)計 ； (13)工作溫度 : 0℃ +55℃ ,存儲溫度 : 20℃ +60℃ 。 VCC：使用 5V 電壓 。接口 DB0～ DB7接單片機的 ～ ， RS接 ,R/W接 ， E接 ， A接 5V電壓， K接地。 模塊接口說明 和指令說明 FYD128640402B 接口說明和 模塊控制芯片提供 的一套 基本指令 分別為 表 和表 。 FYD128640402B 與 51 單片機的接口電路設(shè)計 采用并口通訊模式，可將 PSB接固定高電平，模塊內(nèi)部有上電復(fù)位電路，因此，在不經(jīng)常需要復(fù)位的 場合 可將 /RESET懸空 。 鍵盤有主動掃描和被動掃描兩種工作方式。被動掃描時主機發(fā)一個取鍵盤指令，模塊返回一次鍵盤碼。主動掃描時模塊不停地在掃描鍵盤，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有按鍵時立即返回一次鍵碼給 CPU，如果有指令正在執(zhí)行，執(zhí)行期間不掃描 鍵盤，但是因為每條指令執(zhí)行時間一般都只有幾十毫秒，因此不會對鍵 盤 的捕獲造成影響。 模塊總工作電流：平時未點亮背光： 14mA，點亮背光燈： 18mA,背光燈耗電：4mA，如果覺得太暗可以提出做一下調(diào)整。 外界 MCU 通過串口發(fā)命令和漢顯模塊通訊，模塊對相應(yīng)命令 做 出相應(yīng)的顯示或者返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)，默認通訊波特率為 9600bps[11]。 模塊平時處于被動狀態(tài)，需要主機命令予以觸發(fā)動作，所有的發(fā)往漢顯模塊命令格式都是以 “ ESC” 鍵值 0x1b開始，后面跟一個字節(jié)的命令碼，其后再跟具體命令內(nèi)容。返回的內(nèi)容都是以 “ ESC” 鍵值 0x1b開始，后面直接跟返回的內(nèi)容。 模塊默認對每條指令做出執(zhí)行是否成功的返回響應(yīng)，執(zhí)行完畢返回 OK兩個字符 。 模塊在接收指令前，向處理器必須先確認模塊內(nèi)部處于非忙狀態(tài)，即讀取BF 標志時 BF 需為 “0” ，方可接受新的指令。如果在送出一個指令前不檢查 BF標志，則在前一個指令和這個指令中間必須延遲一段較長的時