【導讀】單片微型計算機簡稱單片機。它是把組成微型計算機的各功能部件：中央處。單片機主要應用于控制領域，由于其具有可靠性高、體積小、價格低、易于。航系統(tǒng)、家用電器等自控領域獲得廣泛應用[1]。組成,能把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)形脈沖,以便控制步進電機,并能進行正反向控制.機控制的優(yōu)越性。的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為4位單個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動，從單片機輸入信號；利用凌陽單片機的語音功能播報電機的轉(zhuǎn)速。

　　

【正文】 同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。 一、步進電機常識 常見的步進電機分三種：永磁式（ PM），反應式（ VR）和混合式（ HB），永 21 磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家 80 年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。這種步進電機的應用最為廣泛。 二、永磁式步進電機的控制 下面以電子愛好者業(yè)余制作中常用的永磁式步進電機為例，來介紹如何用單片機控制步進電機。 圖 1 是 35BY 型永磁步進電機的外形圖，圖 2 是該電機的接線圖，從圖中可以看出，電機共有四組線圈，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。要使用步進電機轉(zhuǎn)動，只要輪流給各引出端通電即可。將 COM 端標識為 C，只要 AC、 C、 BC、 C，輪流加電就能驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將 COM 端接正電源，那么只要用開關元件（如三極管 ），將A、 、 B、 輪流接地。 下表列出了該電機的一些典型參數(shù)： 表 1 35BY48S03 型步機電機參數(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林頓驅(qū)動器（ ULN20xx）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。開機時， ~ 均為高電平，依次 將 ~ 切換為低電平即可驅(qū)動步進電機運行，注意在切換之前將前一個輸出引腳變?yōu)楦唠娖?。如果要改變電機的轉(zhuǎn)動速度只要改變兩次接通之間的時間，而要改變電機的轉(zhuǎn)動方向，只要改變各線圈接通的順序。 圖 1 35BY48S03 型步進電機外形圖 圖 2 35BY48S03 型步進電機的接線圖 圖 3 單片機控制 35BY48S03 型步進電機的電路原理 圖 三、步進電機的驅(qū)動實例 要求：控制電路如圖 3 所示，開機后，電機不轉(zhuǎn)，按下啟動鍵，電機旋轉(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，電機停轉(zhuǎn)。速度值要求在數(shù)碼管上顯示出來。 1．要求分析 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到要求，這個時間不應采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。這里以定 22 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 述步進電機的步距角為 ，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，相當于 。可以列出下表 表 1 步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關系 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 44643 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 89C52 單片機控制 PWM 調(diào)速電路實現(xiàn)小功率直流電機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，并要將其實時轉(zhuǎn)速用 LED 管顯示出來。而本系統(tǒng)必須符合以下幾點要求： (1) 在 (1000—5500)轉(zhuǎn) /分 內(nèi)對直流電機進行任意調(diào)速，最小調(diào)速級差為 1 轉(zhuǎn) /分。 (2) 電機能在所設速度下穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，運轉(zhuǎn)速度與設定速度之差小于 177。20 轉(zhuǎn) /分。 (3) 電機啟動和加減 80%額定負載時 ,其轉(zhuǎn)速能迅速回到設定值，轉(zhuǎn)速超調(diào) 177。5%內(nèi)。 (4) 利用按鍵和 LED 數(shù)碼管設置速度，設置方便，快捷。 (5) 利用 LED 數(shù)碼管實時顯示電機速度。 (6) 電機能進行正反轉(zhuǎn)控制。 控制方面，本設計是采用定時器控制 I/O 口輸出 PWM 信號驅(qū)動斬波電路控制電機運轉(zhuǎn)和調(diào)速；利用單片機外部中斷引腳的捕獲 功能、電機同軸帶缺口的圓盤、光電耦合器來測量轉(zhuǎn)速；并將測得轉(zhuǎn)速和設定轉(zhuǎn)速進行 PI 運算后輸出，實現(xiàn)閉環(huán)控制；轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)則是用的橋式電路。顯示是利用 8 位 LED 數(shù)碼管，用按鍵進行設定。 下面簡單介紹下硬件組成和一些軟件原理： 一、硬件電路。 單片機選用的是 STC 的 89C52， 20MHz晶振。 顯示部分比較簡單，用的 8 位 7 段數(shù)碼管同時顯示設定速度和實時速度。采用 74LS164 串行移位輸出，只占用單片機 3 個 I/O 口，刷新頻率 100Hz。 PWM 驅(qū)動 電路。使用了 9012 和 8050 兩個三極管來驅(qū)動，相信網(wǎng)上很多的，也不用我多說，只是別忘了加上續(xù)流二極管和兩個三極管之間的限流電阻就是。 23 測速電路。測速電路用的是光耦測量轉(zhuǎn)動圓盤引起的脈沖寬度，從而可得單片機的實時速度，精度很高，可達千分之一。用的是外部中斷的。好像是捕獲模式，忘記了～呵呵！ 轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)電路。轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)，由于是后來加上去的，所以就沒有使用單片機控制，直接用硬件實現(xiàn)，但其實原理是一樣的。原理是利用開關控制繼電器，然后控制橋路對電機實施轉(zhuǎn)向控制。另外用一個同軸電機按正反方向接 2 個 LED用來指示方向。 PS：因為這是小功率電機，所 以就算沒有制動電路，強制轉(zhuǎn)向，也不會對電機造成損壞。 二、軟件方面 中斷方面，本程序一共用了 3 個中斷源：定時器 0，定時器 2 以及外部中斷1，它們的優(yōu)先級分別為：定時器 0、外部中斷 1 為高優(yōu)先級，定時器 2 為低優(yōu)先級。另外還用了計數(shù)器 1，用做計算脈沖寬度，與外部中斷 1 一起構成測速系統(tǒng)。 顯示部分程序不多說，按鍵消抖動什么的也是街知巷聞的了。本設計中，重點是 3 個， PWM 調(diào)速和測速，還有 PI 運算。 PWM 的調(diào)速原理是通過調(diào)節(jié)一個斬波周期中的脈沖占空比來調(diào)節(jié)電機功率而達到調(diào)速目的。本設計中， PWM 的斬波周期為 1ms，那也就是說斬波頻率為 1KHz，在理論上 能達到 1‰ 線性可調(diào)，也就是能以 %的調(diào)節(jié)精度來調(diào)節(jié)PWM 占空比。程序如下：（放中斷中進行） void time0_int(void) interrupt 1 { TH0= (time0_tmp/256)。 24 TL0= (time0_tmp%256)。 if(cut == 1) { time0_tmp = 65536time0_set*20/12。 cut = 0。 } else { time0_tmp = 65536(time0 time0_set)*20/12。 cut = 1。 } } 測速系統(tǒng)的工作原理為：利用電機軸上帶的圓盤的缺口，引起光電開關產(chǎn)生高電平脈沖，單片機就采集此脈沖的寬度，加以計算，得出其實時速度。 獲取脈沖寬度值子函數(shù)如下： void getwidth_1() { TH1 = 0。 TL1 = 0。 n = 0。 n1 = n。 while(INT1==1amp。amp。((nn1)30))//n為每 1MS +2 {} if(INT1==0) TR1 = 1。 //計數(shù)器 1 打開 else goto out。 //IE1 = 0。//中斷請求標志 EX1 = 1。//外部中斷 1 啟動 n = 0。 n1 = n。 while(m==0amp。amp。((nn1)30)) {} if(m==0)//M=1，則已經(jīng)進入 out_int1 中斷，若等于 0，則說明 30MS 延時已過 { TH1_1 = 0。 TL1_1 = 0。 } out: IE1 = 0。//中斷請求標志 m = 0。 EX1 = 0。//外部中斷允許位 TR1 = 0。 25 width_1 = (TH1_1*256+TL1_1)。//timepr=脈沖寬度 /μS } 另外為了穩(wěn)定測得的轉(zhuǎn)速值，在程序中加了一個取平均值的函數(shù)（幾乎在整個程序中都有感覺，程序?qū)懙貌痪珶挘悬c累贅，呵呵，但總算功能是能實現(xiàn)嘛～反正畢業(yè)設計對程序執(zhí)行效率沒要求。） void getwidth() { int gw,gw1。 width = 0。 gw1 = 0。 for(gw=0。gw6。gw++) { GG: getwidth_1()。 if(width_1 != 0) widthbuf[gw] = width_1。 else goto GG。 } width = (widthbuf[0] + widthbuf[1] + widthbuf[2] + widthbuf[3] + widthbuf[4] + widthbuf[5])/6。將測得的連續(xù) 6 個不為零的脈沖寬度取平均值，以消除偶然的不穩(wěn)定因素，使轉(zhuǎn)速顯示更加穩(wěn)定 PI 調(diào)節(jié) PI 調(diào)節(jié)計算公式如下 [5]： YK = KP*EK + KI*EK2 YK：要輸出的數(shù)據(jù)增量 EK：設定值和實測值的差值 EK1：上次的 EK 值 EK2： EKEK1 的差值 KP：比例系數(shù)（ 本程序中設 KP=）經(jīng)反復湊試的結果 KI：積分系數(shù)（本程序中設 KI=）經(jīng)反復湊試的結果 當 KP 和 KI 為以上值時，系統(tǒng)處于最佳運行狀態(tài)，實驗中表現(xiàn)為：電機原來速度為 20xx，當設置為 4500 轉(zhuǎn)時，可以在 2 秒之內(nèi)迅速上升并穩(wěn)定于 4500177。20，而超調(diào)量也僅為 +300 轉(zhuǎn) /分，出現(xiàn)在第一次上升的時候，下來之后便穩(wěn)定了。 速度變化曲線： 實物圖： 26 嘿嘿，希望對廣大單片機初學者有那么點幫助～順便再做做廣告，有興趣購買的 可以＋ ： 54281963（注明畢業(yè)設計），或者發(fā)郵件至： 。實物已經(jīng)沒有啦 沒學其他，呵呵，能把一樣做精也很不錯了，反正現(xiàn)在 51 系列單片機功能已經(jīng)是今非昔比了，什么看門狗， PWM， AD， EEPROM，雙串口， N 外部中斷口的，一應俱全。 STC 剛出一款速度號稱是經(jīng)典 51 速度的 480 倍的單指令周期單片機呢。 對研究啊，創(chuàng)新啊什么的，當然是 AVR， DSP 好，但是對于做產(chǎn)品來說，就當然是價格低廉的 51 系列好啦～只要 51 能實現(xiàn)的，就盡量用 51，對產(chǎn)品來說，成品很重要啊～ ^_^！