【文章內(nèi)容簡介】 源外，還應(yīng)在片外擴(kuò)展 EPROMEEPROM 作為程序存 儲器用。 圖 23 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 外部程序存儲器的擴(kuò)展 如前所述，由于 MCS51 系列芯片內(nèi)部 RAM 只有 128 個字節(jié)，而且通常用做工作寄存器，對于較大的控制系統(tǒng)而言是不夠的，所以需要擴(kuò)展片外的數(shù)據(jù)存儲器。圖 23 是使用地址鎖存器 74LS373 和兩片 2114A 擴(kuò)展 1K 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器的電 12 路框圖。芯片 2114A 中有地址線 A0A9，數(shù)據(jù)線 I/ 為寫允許線， CS 為片選信號線。當(dāng) CS=0， WE=0 時，可進(jìn)行寫操作，此時數(shù)據(jù)線上的信息可寫入地址指出的 RAM 存儲單元中；當(dāng) CS=0， WE 為 1 時，地址 指出的 RAM 單元內(nèi)容輸出到數(shù)據(jù)線上。為了于 8 位單片機(jī)相對應(yīng)，擴(kuò)充 1K*8 位 RAM 需用兩片 23 可見，兩片 2114A 的 I/O14 線 語 8031 的 相聯(lián)，而 A0A7 則與地址鎖存器 74LS373 相聯(lián)。當(dāng)?shù)刂锋i存器允許信號 ALE 為高電平時， P0 口輸出的地址信息有效，并由 ALE 的下降 將地址鎖存到地址鎖存器 74LS373 中，接著如果是讀RAM 的操作，則 P0 變?yōu)檩斎敕绞剑x信號 RD 有效，上述指令選通外部 RAM 電路，相應(yīng)存儲器單元內(nèi)將出現(xiàn)在 0 口上，歐 CPU讀入累加器 A。如果是些操作，則在 ALE 下降為低電平后，寫信號有效，將 P0 口上出現(xiàn)的累加器信息寫入相應(yīng)的存儲單元。 13 第 3 章 步進(jìn)電動機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電動機(jī)是工業(yè)過程控制及儀表種主要控制元件之一。例如在機(jī)械結(jié)構(gòu)中可以用絲杠把角度變?yōu)橹本€位移，也可以用它帶動螺旋電位器，調(diào)節(jié)典雅和電流，從而實現(xiàn)對執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制，又由于它可以直接接受計算機(jī)送來的數(shù)字信號，而不必進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以用起來非常方便。步進(jìn)電動機(jī)作為執(zhí)行元件的一個顯著特點就是具有快速起停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電動機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能夠立即十 步進(jìn)電動機(jī)啟動或停轉(zhuǎn)。一般不進(jìn)電動機(jī)的步進(jìn)速率為 2001000 步/s。 步 進(jìn)電動機(jī)另一個顯著特點就是轉(zhuǎn)換精度高，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制靈活。在沒有齒輪傳動的情況下，步值（即每部所轉(zhuǎn)動的角度），可以由每步 度。另一方面步進(jìn)電動機(jī)能精確地返回到原來位置。正因為步進(jìn)電動機(jī)具有快速起停，精確步進(jìn)，以及直接接收數(shù)字量的特點，因而使得步進(jìn)電動機(jī)在定位場合，例如數(shù)控車床、繪圖儀、打印機(jī)及光學(xué)儀器中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著微機(jī)的發(fā)展，步進(jìn)電動機(jī)的使用領(lǐng)域?qū)⒏訌V泛。 步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng) 典型的步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)如 圖 31 所示 圖 31 步進(jìn)電動機(jī)控制框圖 變頻信號源是一個脈沖頻率由幾個 Hz 到幾十個 KHz 可連續(xù)變化的信號發(fā)生器，它為脈沖分配提供脈沖序列。脈沖分配器則根據(jù)方向控制信號把脈沖信號按一定的邏輯關(guān)系加到脈沖放大器上進(jìn)行放大，已趨動步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。在這種 14 控制方案中，控制步進(jìn)電動機(jī)運轉(zhuǎn)的時序脈沖完全由硬件產(chǎn)生，對于不同相數(shù)的步進(jìn)電動機(jī)及同一型號的不同控制方式需要不同的邏輯部件，所以通用性差，成本高。如果用微型計算機(jī)來控制步進(jìn)電動機(jī)，則可以很方便地使不同相數(shù)的步進(jìn)電動機(jī)安任一種可行的通電方式控制，典型的微機(jī)控 制步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)原理圖如圖 32 所示 圖 32 微機(jī)控制步進(jìn)電動機(jī)原理圖 在這個系統(tǒng)中， 微機(jī) 的主要作用是提供龍之步進(jìn)電動機(jī)的時序脈沖。每當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)從脈沖輸入線上得到一個脈沖，便產(chǎn)生時序脈沖所確定的方向不進(jìn)一步。圖 33 時單片機(jī) 8031 控制的一個 75BF003 型三項步進(jìn)電動機(jī)的原理圖。 由圖可知， EPROM2732 的片選信號接地，處于長選通狀態(tài)，所占地址空間為0000H0FFFFH。 8031 單片機(jī)的 P1 口只能驅(qū)動三個標(biāo)準(zhǔn)的 LSTTL輸入端，而被控制的步進(jìn)電動機(jī)要求高 電壓和大電流，所以在 P1 口之后能驅(qū)動要加 7406 驅(qū)動器，以便驅(qū)動器脈沖功率放大級的達(dá)林頓復(fù)合管，使電動機(jī)繞組的靜態(tài)電流達(dá)到 2A.步進(jìn)電動機(jī)控制軟件追主要的功能之一，就是如何聲稱時序脈沖。從步進(jìn)電動機(jī)的工作原理可知，步進(jìn)電動機(jī)要轉(zhuǎn)動，必須有電脈沖，而且必須按一定的順序加到電動機(jī)繞組上才能按規(guī)律運轉(zhuǎn)。因此，編程軟件要能夠產(chǎn)生脈沖，并能按規(guī)定的順序送出脈沖。用軟件產(chǎn)生脈沖波的方法實現(xiàn)輸入一個高電平，然后進(jìn)行延時，在輸出一個低電平，再進(jìn)行延時。延時時間的長短，又步進(jìn)電動機(jī)的工作頻率決定。根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)，可以采用程 序延時和定時器延時。脈沖生成成程序流程圖如圖 33 所示。 時序脈沖的形成 15 我們知道步進(jìn)電動機(jī)順序和通電方式有關(guān)。以常用的三項步進(jìn)電動機(jī)為例通常有三種通電方式： UVWU。 UVVWWUUV。 UUVVVWWWUU。 按以上順序通電，步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，按相反方向通電，步進(jìn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)。 圖 33脈沖串生成程序流程圖 a)程序延時方式 b)定時器延時方式 產(chǎn)生時序脈沖的方法是： 、 和 分別控制 三項步進(jìn)電動 機(jī)的 U、 V、 W相繞組。 ，如表 3表 35 和表 36 所示。 表 34 三相單三拍 節(jié) 拍 通 電 相 控 制 模 型 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 3 U 00000001 01H 16 2 2 V 00000010 02H 3 1 W 00000100 04H 根據(jù)控制模型的順序方向步進(jìn)電動機(jī)輸入控制脈沖。 首先向 A 相饋電， IA 將 A 相一對極勵磁呈 N 和 S 極性。由于磁場對轉(zhuǎn)子鐵心的電磁吸力，形成轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn) 子齒軸線對準(zhǔn) A 相磁極的軸線。這現(xiàn)象也可以這樣理解， A 相通電時，轉(zhuǎn)子齒對定子相對位置不同，則 A 相磁路的磁導(dǎo)也不同，那使 A 相磁路的磁導(dǎo)為最大的轉(zhuǎn)子齒位置，就是該時的穩(wěn)定平衡位置，即轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在齒軸承與 A 相磁極軸線相重合的位置。這就是確定轉(zhuǎn)子齒軸線位置的基本依據(jù)。其次，向 B 相饋電時（ A 相斷電），據(jù)上述依據(jù)，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)過 60 度，達(dá)到轉(zhuǎn)子齒軸線與 B相磁極軸線相重合的位置。即步距角為 60度。當(dāng)通電方式按 ABCA的順序?qū)θ噍喠黟侂姇r，轉(zhuǎn)子將按順時針方向一步一個 角地轉(zhuǎn)動。 表 35 三相雙三拍 節(jié) 拍 通 電 相 控 制 模 型 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 3 U 00000001 01H 2 2 V 00000010 02H 3 1 W 00000100 04H 這里的 “雙 ”字表示同時有兩相控制繞組通電，即通電方向式為 ABBCCAAB或 ABCABCAB。 表 36 三相六拍 節(jié) 拍 通 電 相 控 制 模 型 正轉(zhuǎn) 反轉(zhuǎn) 二進(jìn)制 十六進(jìn)制 1 6 U 00000001 01H 2 5 UV 00000011 03H 3 4 V 00000010 02H 4 3 VW 00000110 06H 17 5 2 W 00000100 04H 6 1 WU 00000101 05H 其通電方式為 AABBBCCCAA 或 AACCCBBBAA，即一相通電和兩相通電輪流進(jìn)行，六種通電狀態(tài)為一個循環(huán)，故稱 “六拍 ”。 圖 37 三相單三拍 a)正轉(zhuǎn) b)反轉(zhuǎn) 圖 38 三相雙三拍 步進(jìn)電動機(jī)控制程序的設(shè)計 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位 移，通俗地說：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速 18 度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 步進(jìn)電機(jī)常識 常見的步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB），永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家 80 年代已被淘汰 ；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛 。 永磁式步進(jìn)電機(jī)的控制 下面以常用的永磁式步進(jìn)電機(jī)為例，來介紹如何用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。 圖 310 是 35BY 型永磁步進(jìn)電機(jī)的外形圖，圖 311 是該電機(jī)的接線圖，從圖中可以看出，電機(jī)共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，這樣一共有 5 根引出線。要使用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將 COM 端標(biāo)識為 C，只要 AC、 C、 BC、 C，輪流加電就能驅(qū) 動步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將 COM 端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管），將A、 B、 輪流接地。 下表列出了該電機(jī)的一些典型參數(shù)： 表 39 35BY48S03 型步 進(jìn) 機(jī)電機(jī)參數(shù) 型號 步距角 相數(shù) 電壓 電流 電阻 最大靜轉(zhuǎn)距 定位轉(zhuǎn)距 轉(zhuǎn)動慣量 35BY48S03 4 12 47 180 65 有了這些參數(shù)，不難設(shè)計出控制電路，因其工作電壓為 12V，最大電流為，因此用一塊開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動器（ ULN2021）來作為驅(qū)動，通過 ~來控制各線圈的接通與切斷，電路如圖 3 所示。開機(jī)時， ~ 均為高電平，依次將 ~ 切換為低電平即可驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻淖冸姍C(jī)的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。 19 圖 310 35BY48S03 型步進(jìn)電機(jī)外形圖 圖 311 35BY48S03型步進(jìn)電機(jī)的接線圖 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動實例 要求：控制電路 附圖 所示，開機(jī)后，電機(jī)不轉(zhuǎn)，按下啟動鍵，電機(jī) 旋轉(zhuǎn)，速度為 25 轉(zhuǎn) /分，按下加 1 鍵，速度增加，按下減 1 鍵，速度降低，最高速度為 100轉(zhuǎn) /分，最低轉(zhuǎn)帶為 25 轉(zhuǎn) /分，按下停止鍵，電機(jī)停轉(zhuǎn)。速度值要求在數(shù)碼管上顯示出來。 按上面的分析，改變轉(zhuǎn)速，只要改變 ~ 輪流變低電平的時間即可達(dá)到要求，這個時間不應(yīng)采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這里以定時的方式來實現(xiàn)。下面首先計算一下定時時間。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為 25 轉(zhuǎn) /分，而上述步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ，即每 48 個脈沖為 1 周，即在最低轉(zhuǎn)速時，要求為 1200 脈沖 /分，相當(dāng)于 50ms/脈沖。而在最高轉(zhuǎn)速時，要求為 100 轉(zhuǎn) /分，即 48000脈沖 /分，相當(dāng)于 ?？梢粤谐鱿卤? 20 表 312 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系 速度 單步時間 (us) TH1 TL1 實際定時（ us） 25 50000 76 0 26 48077 82 236 27 46296 89 86 28 4463 95 73 … … … … … 100 12500 211 0 表中不僅計算出了 TH1 和 TL1，而且還計算出了在這個定時常數(shù)下，真實的定時時間，可以根據(jù)這個計算值來估算真實速度與理論速度的誤差值。 表中 TH1和 TL1 是根據(jù)定時時間算出來的定時初值，這里用到的晶振是 。有了上述表格，程序就不難實現(xiàn)了，使用定時 /計數(shù)器 T1 為定時器，定時時間到后切換輸出腳即可。 定義 DSB－ 1A 實驗板的 S1 為啟動鍵， S2 為停止鍵， S3 為加 1 鍵， S4 為減 1鍵，程序如下： StartEnd bit 01H 。起動及停止標(biāo)志 MinSpd EQU 25 。起