【導讀】步進電機是一種通過電脈沖信號控制相繞組電流實現(xiàn)定角轉動的機電元件，與其他類型電機相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點，在眾多領域中獲得了廣泛的應用。為了得到性能優(yōu)良的控制結果，出現(xiàn)了很多步進電機控制系統(tǒng)，其中采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)得到了廣泛的應用。很多這種控制系統(tǒng)在步進電機的驅動上已經(jīng)做的非常好，比如細分驅動技術，但是有的系統(tǒng)比較復雜，和一些相對比較簡單的控制過程不相吻合，投入上也不經(jīng)濟;有的系統(tǒng)在操作上不是很方便，交互性不強。本文首先簡要描述了步進電機的發(fā)展、應用情況、以及常見的控制系統(tǒng)采用的方案，常見的驅動技術，而且還分析了步進電機的工作原理，然后以單片機為主控制器提出了整個系統(tǒng)的硬件設計方案，在此基礎上對各個模塊的電路進行詳細的設計，接著闡述了步進電機軟件控制開發(fā)的流程。

　　

【正文】 部分輸入電壓。，最大可達36V；Vs電壓最大值也是36V，但經(jīng)過我的實驗，Vs電壓應該比Vss電壓高，否則有時會出現(xiàn)失控現(xiàn)象。它的引腳2，3，13，14為L298N芯片輸入到電動機的輸出端，其中引腳2和3能控制兩相電機，對于直流電動機，即可控制一個電動機。同理，引腳13和14也可控制一個直流電動機。引腳6和11腳為電動機的使能接線腳。引腳5，7，10，12為單片機輸入到L298N芯片的輸入引腳。下表是其使能、輸入引腳和輸出引腳的邏輯關系：圖48 L298管腳圖 引腳邏輯關系ENA(B)IN1(IN3)IN2(IN40電機運行情況HHL正傳HLH反轉H同IN2(IN4)同IN1(IN3)快速停止LXX停止控制使能引腳ENA或者ENB就可以實現(xiàn)PWM脈寬速度調整。1腳和15腳可單獨引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳感信號，也可以直接接地。在可設計中就將它們直接接地。L298N是內含二個H橋的高電壓大電流雙全橋式驅動器可驅動46v,2A以下電機,1和15腳可單獨引出接電流采樣電阻器,形引腳8為芯片的接地引腳，它與L298N芯片的散熱片連接在一起。由于本芯片的工作電流比較大，發(fā)熱量也比較大，所以在本芯片的散熱片上又連接了一塊鋁合金，以增大它的散熱面積。簡要說明：(1)邏輯部分輸入電壓：67V；(2) 驅動部分輸入電壓Vs：；(3) 邏輯部分工作電流Iss：≤36mA；(4) 驅動部分工作電流Io：≤2A；(5) 最大耗散功率：25W（T=75℃）；(6) 控制信號輸入電平:高電平：≤Vin≤Vss，低電平：≤Vin≤；(7) 工作溫度：25℃＋130℃；(8) 驅動形式：雙路大功率H橋驅動。特點：(1)具有信號指示 (2)轉速可調 (3)抗干擾能力強 (4)具有過電壓和過電流保護 (5)可單獨控制兩臺直流電機 (6)可單獨控制一臺步進電機 (7)PWM脈寬平滑調速 (8)可實現(xiàn)正反轉(9)采用光電隔離 電源電路任何電路都離不開電源部分，單片機系統(tǒng)也不例外，而且我們應該高度重視電源部分，電源部分做好才能保證電路正常工作。本設計的電源部分是由變壓器、全橋整流電路和7805三端穩(wěn)壓器構成的電路。本電源電路可將220V交流電轉化為7V或9V的交流電，在經(jīng)過四個整流二極管整流變成脈動的直流，在經(jīng)過C3和C4濾波，然后通過7805穩(wěn)壓，最后經(jīng)過C5和C6濾波，得到+5V電壓。圖49 電源電路變壓器后面由4個二級管組成橋式整流電路，整流后就得到一個電壓波動很大的直流電源，所以要接電容C3和C4。當負載變化或交流電源有波動時都會使C1兩端電壓發(fā)生較大幅度變化，因此為了得到一個比較穩(wěn)定的電壓，要接一個三端穩(wěn)壓器，三端穩(wěn)壓器是一個集成電路元件，內由有一些三極管和電阻構成，在分析電路時可簡單地認為是一個可自動調節(jié)電阻的元件，當負載電流大時三端穩(wěn)壓器電阻自動變小，而當負載電流變小時三端穩(wěn)壓器電阻自動變大，這樣就能保持三端穩(wěn)壓器輸出電壓基本保持不變。因為我們要輸出5V的電壓，所以選用LM7805。7805前面的字母因廠家不同而不同，LM7805最大可輸出1A的電流，內部有限流式短路保護，短時間內輸出端對地短路并不會使7805燒壞。三端穩(wěn)壓器后面的電容C5和C6起到濾波和阻尼的作用。D12作用是當正負極弄反時起保護作用。D13是發(fā)光二極管，用來指示電源工作狀態(tài)。第5章 系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)的軟件設計主要分為系統(tǒng)初始化、按鍵、顯示處理及控制脈沖輸出幾部分，事實上每一部分都是緊密相關的，每個功能模塊對于整體設計都是非常重要,軟件設計的好壞也直接決定了系統(tǒng)的運行質量。各種模式和方式下的不同處理,具體的程序流程圖如下： 系統(tǒng)軟件主流程圖系統(tǒng)上電復位后，經(jīng)過必要的參數(shù)初始化，便進入定時器的設定、鍵盤電路掃描、驅動電路給定等操作。初始化定時器T0掃描鍵盤vief輸入定時器設定方向驅動L298給定單片機脈沖輸入L298步進電機開始 系統(tǒng)主流程圖 系統(tǒng)初始化流程圖堆棧設定定時器中斷允許定時器設定T0載入定時器初值各系統(tǒng)標識為初始化載入默認工作參數(shù)各變量、緩存初始化顯示器、指示燈熄滅各端口初始化開始對相應的系統(tǒng)參數(shù)進行初始化，包括系統(tǒng)上電默認運行參數(shù)、系統(tǒng)各指針復位、中斷設定、定時器設定、堆棧設定、變量初始值載入等。 系統(tǒng)初始化流程圖 步進電機運行模塊主流程圖在待機狀態(tài)下設定好所需參數(shù)后，按下啟停鍵，系統(tǒng)便開始根據(jù)設定的參數(shù)和運行模式進行步進電機控制脈沖輸出運行，程序中按照設定參數(shù)順序輸出控制脈沖是受定時器中斷控制的。根據(jù)設定各參數(shù)標志位載入相應的方向和工作方式根據(jù)設定速度載入定時器相應初值預置模式進入連續(xù)運行模式進入預置步數(shù)運行模式模塊N開始Y 步進電機運行模塊主流程圖 系統(tǒng)顯示流程圖包括LCD初始化、判斷LCD是否忙碌、單片機向LCD寫命令和數(shù)據(jù)，最終顯示數(shù)據(jù)等。LCD初始化LCD是否忙單片機向LCD寫命令單片機向LCD寫數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)結束NY開始 系統(tǒng)顯示流程圖 系統(tǒng)鍵盤流程圖在不同的運行狀態(tài)下，要進行不同的鍵盤操作，以下是幾個不同狀態(tài)下對應的鍵盤操作流程。運行狀態(tài)標志位=1跳至步進電機運行模式返回去抖動程序入口 待機狀態(tài)下鍵盤操作流程 待機狀態(tài)下啟停鍵程序流程圖去抖動方向標志位取反方向指示燈端口取反返回程序入口 待機狀態(tài)方向鍵程序流程圖去抖動預置步數(shù)減1反向單步運行一步返回預置模式YN程序入口 待機狀態(tài)下降鍵程序流程圖去抖動預置步數(shù)加1正向單步運行一步返回預置模式YN程序入口 待機狀態(tài)下降鍵程序流程圖程序入口去抖動模式標志位取反返回 待機狀態(tài)模式鍵程序流程圖 連續(xù)運行模式狀態(tài)下鍵盤操作流程關閉定時器，關閉脈沖輸出端口，運行狀態(tài)標志位=0返回去抖動程序入口 停止按鍵處理模塊流程圖去抖動方向標志位取反方向指示端口取反方向指示燈端口取反返回程序入口 連續(xù)運行狀態(tài)方向鍵程序流程圖去抖動速度擋減1更新定時器初值返回程序入口 連續(xù)運行狀態(tài)下降鍵程序流程圖去抖動速度擋加1更新定時器初值返回程序入口 連續(xù)運行狀態(tài)上升鍵程序流程圖第6章 總結本次設計通過分析步進電機機構、工作原理，查閱步進電機控制系統(tǒng)的相關科技文獻，遵循實用、簡單、可靠和低成本的原則，以單片機為核心設計一個簡單、經(jīng)濟，但功能較為齊全、適應性強，操作方便、交互性強，可靠性高的步進電機控制系統(tǒng)。 結論對于本次設計，有以下結論:(1)采用單片機作為控制核心，利用其強大的功能，把鍵盤電路和顯示電路有機的結合起來，組成一個操作方便，交互性強的控制系統(tǒng)。(2)鍵盤是由若干按鍵組成的開關矩陣，是最簡單的單片機輸入設備，通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令，實現(xiàn)人機對話。(3)顯示電路采用LCD1602液晶顯示，由于液晶顯示器每一個點在收到信號后就一直保持那種色彩和亮度，恒定發(fā)光，因此，液晶顯示器畫質高且不會閃爍，并且具有數(shù)字式接口、體積小、質量輕、功耗低等優(yōu)點。(4)采用可編程看門狗MAX813 L，集成了電壓監(jiān)控和看門狗功能，提高了系統(tǒng)運行的可靠性。(5)采用L298N驅動電路驅動步進電機，L298N內含兩個H橋高電壓大電流雙全橋式驅動器可驅動46V、2A以下電機，具有信號指示、轉速可調、抗干擾能力強、過電壓過電流保護、單獨控制電機、PWM脈寬平滑調速、實現(xiàn)正反轉、采用光電隔離等特點。(6)系統(tǒng)軟件采用結構化設計，具有易維護性，根據(jù)用戶新的要求，對軟件系統(tǒng)進行少量的修改，使系統(tǒng)功能得到一定程度的提高。參考文獻[1] [M].北京:中國電力出版社，2006.[2] [M].北京：科學出版社，2006.[3] 夏明娜,[M].北京:北京理工大學出版社，2011.[4] [M].北京：科學出版社，2010.[5] [M].北京：機械工業(yè)出版社，20057.[6] [M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.[7] 王志新,[M].北京：機械工業(yè)出版社，2011.[8] 王成元,夏加寬,[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.[9] 張毅剛,彭喜元,[M].北京：高等教育出版社，2010.[10] [D]..[11] 戴文進,[M].北京：清華大學出版社，2010.[12] 徐順隆，[M].北京：中國電力出版社，2008.[13] 尹基華,余洋,[M].北京：機械工業(yè)出版社，2012. 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INTELEC ,1999.[25] , Linear, and Pulse Charging Techniques for Li+ Battery in Mobile Phones note 913:Dec 27, 2001.致謝本論文是在我的導師隋曉紅老師的親切關懷和悉心指導下完成的。她嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我。隋老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向隋老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。我還要感謝在一起愉快的度過畢業(yè)論文小組的同學們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到論文的順利完成，可敬的導師師、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們!最后，再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝！附錄1:部分系統(tǒng)程序清單 SPEED EQU 33H。速度 STEPH EQU 34H。預置步數(shù)低字節(jié) STEPL EQU 35H。預置步數(shù)高字節(jié) POINTERI EQU 36H。單步運行主指針 POINTER2 EQU 37H。單步運行副指針 POINTER3 EQU 38H。運行主程序指針 SPEEDDO EQU 39H。速度顯示低位 SPEEDD 1 EQU 3AB。速度顯示百位 SPEEDD2 EQU 3BH。速度顯示高位 STATUS BIT 。運行停止狀態(tài)標志位 DIR BIT 。運行方向標志位 PRE一 MODE BIT 。預置，連續(xù)工作模式標志位 S MODE BIT 。拍數(shù)工作模式標志位 LED BIT 。運行方向指示燈 LES BIT 。拍數(shù)模式指示燈 DOG BIT ORG OOOOHJMP STARTORG OOOBHJMP STEPINT。定時器0中斷入口START: MOV P4,OFFH。默認正轉，方向指示燈滅。默認四拍，拍數(shù)指示燈滅MOV P1,0FFH。清零MOV 20H,OOH。各標志位清零默認模式(停止，正轉，連續(xù))MOV R3,OFFHMOV R4,OFFHMOV R5,OFFHMOV STEPH,OOH。預置步數(shù)高低字節(jié)清零MOV STEPL,OOHMOV 40h,OOh。步數(shù)保護單元MOV 41h,OOhMOV POINTERI,OOH各運行指針清零MOV POINTER2,OOHMOV POINTER3,OOHMOV SP,60H。設置堆棧MOV TMOD,OlH 。定時器0工作模式MOV IE,82H。定時器0中斷允許MOV THO,OE6H 。默認速度最慢MOV TLO,OOHMOVSPEED,OE6H CALL HEXTOBCD CLR TRO。確保定時器關閉附錄2：系統(tǒng)框圖