【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)知識(shí)的豐富，是對(duì)所學(xué)知識(shí)鞏固和靈活運(yùn)用的考驗(yàn)，是對(duì)自學(xué)能力的 考驗(yàn)。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)的功能可靠性和方案的可行性，我還制作了硬件電路。 6. 狀態(tài)指示燈顯示 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件電路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件部分的優(yōu)勢(shì)，編程靈活方便來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。 1. 排除邏輯故障 ； 2. 排除電源故障 ； 3. 排除元器件失效 ； 4. 脫機(jī)調(diào)試 ； 5. 接入單片機(jī)調(diào)試 ； 圖 44 硬件電路調(diào)試 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) 結(jié) 論 本系統(tǒng)主要研究了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)。 1112131415161718192010987654321167895432128 9101112131415167654321211212 21 1212123212112211234567891011121314151617181920 2122232425262728293031323334353637383940211221121413121110876543291143025 圖 51 PCB 圖 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 硬件電路調(diào)試 以上為本作品的設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果的詳細(xì)介紹，但是，從本質(zhì)上來(lái)講，都是純理論的設(shè)計(jì)和分析。為了使布線盡可能短，元件布局按信號(hào)流程布局。手工布線中有很多至關(guān)重要的竅門， 需要在操作過(guò)程中 體會(huì)摸索， 真正掌握了手工布線的技巧才算是真正學(xué)會(huì)了印刷電路板設(shè)計(jì)。 布置元件 在設(shè)定好電路板的尺寸和外形并裝入網(wǎng)絡(luò)表后，程序會(huì)自動(dòng)裝入元件，并 自動(dòng)將元件布置在電路板的邊界內(nèi)。啟動(dòng)編輯器后，用戶對(duì)元件的布置參數(shù)，板層參數(shù)、布線參數(shù)等進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。千萬(wàn)不要小看這步工作，它直接影響到后續(xù)工作的進(jìn)行。 做西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 好新封裝，可以在原理圖庫(kù)里面將新建元件關(guān)聯(lián)起來(lái)，然后編譯。 原理圖中的線應(yīng)選擇正確的電線，如果電線太多過(guò)于復(fù)雜可以選擇使用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)號(hào)名稱相同的是連通的，同時(shí)因標(biāo)注好對(duì)應(yīng)元件值的大小 。 4. 豐富的虛擬儀器。 本設(shè)計(jì)使用的是 Altium Designer ，它在單一設(shè)計(jì)環(huán)境中集成板級(jí)和 FPGA 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、基于FPGA 和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā) 。 進(jìn) 入 中 斷保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)讀 方 向 指 示中 斷 次 數(shù)等 于 0 ？發(fā) 送 速 度 脈 沖重 送 相 關(guān) 狀 態(tài)恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)退 出 中 斷NY 圖 43 定時(shí)中斷設(shè)計(jì) 外部中斷設(shè)計(jì) 外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。若初始化 P1=11H、速度和方向初始值均設(shè)為 0，就意味著步進(jìn)電機(jī)按四相單 八 拍運(yùn)行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進(jìn)電機(jī)不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“ 0”，速度值顯示“ 0”，主程序流程圖如圖 42 所示 [6]。 表 32 35步進(jìn)電機(jī)技術(shù)參數(shù) 電壓 相電阻 步距角 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩（ ） 啟動(dòng)頻率（ ） 定位轉(zhuǎn)矩（ ） 5V 64Ω ≥ 120 ≥ 200 ≥ 48 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 第 4 章 軟件 設(shè)計(jì) 程序流程圖 下面 系統(tǒng)程序總流程圖。電機(jī)共引出四根線，其余兩根線是公共端，經(jīng)測(cè)量后可得到其正確的接線順序，表 31 給出了電機(jī)所對(duì)應(yīng)的相序。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度 (稱為“步距角” )。 每個(gè)按鍵操作有長(zhǎng)按短按操作方式，K1 短按 為啟動(dòng)停止， 長(zhǎng)按進(jìn)入模式設(shè)置； K2 短按為方向設(shè)置 ， 長(zhǎng)按使運(yùn)行模式在1 與 2 之間切換； K3 為數(shù)值加一， K4 位向右移動(dòng)一位數(shù)碼管。由SST89E516RD 單片機(jī)產(chǎn)生的段選信號(hào)從 P0 輸出，經(jīng)過(guò) 1K 左右的上拉排阻驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示，位選信號(hào)從 P2 口輸出 通過(guò) 74HC245 直接送數(shù)碼管顯示。經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 圖 32 MCS51 系列單片機(jī)管腳圖 根據(jù)要求，所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)八拍通電順序?yàn)?A→ AB→ B→ BC→ C→ CD→ D→DA。 采用 HMOS 制造工藝的 MCS51 單片機(jī)都采用 40 管腳雙列直插式 封裝，除采用 40 腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一旦 接收到來(lái)自控制器的方向信號(hào)和步進(jìn)脈沖，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機(jī)通電方式產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)各相勵(lì)磁繞組導(dǎo)通或截止信號(hào)。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號(hào)，每發(fā)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，即步進(jìn)一步。 2. 轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。 步進(jìn)電機(jī)失步的原因有 2 種 : 1. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度（或者說(shuō)慢于換相速度） 。 3. 細(xì)分步法：細(xì)分步法是將步進(jìn)電機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進(jìn)一步時(shí)，電流升一級(jí)。其中機(jī)械阻尼法比較單一，就是在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的固有的缺點(diǎn)。 運(yùn)行頻率：指拖動(dòng)一定負(fù)載使頻率連續(xù)上升時(shí)，步進(jìn)電機(jī)能不失步運(yùn)行的極限頻率 [1]。轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。 θb=θz/N = 2π/NZ (N 是工作拍數(shù)， Z 是轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ) 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。而 0、 3號(hào)齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5 號(hào)齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。在電西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被 推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率的位置，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的位置，并處于平衡狀態(tài)，如圖 22 中的 A 相位置，這種現(xiàn)象被稱為對(duì)齒。與齒 5 相對(duì)齊，（ A39。此類電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是性能較好的一類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在計(jì)算機(jī)相關(guān)的設(shè)備中多用此類電機(jī)。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)電動(dòng)機(jī)采用高導(dǎo)磁材料構(gòu)成齒狀轉(zhuǎn)子和定 子，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角可以做的相當(dāng)小，一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。 11. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。 西南交通大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 7. 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 4. 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090度完全正常。 從原理上講，步進(jìn)電機(jī)是一種低速同步電動(dòng) 機(jī)。我們可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)我們也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的，并且通過(guò)數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級(jí)別。 采用的方法是利用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多 ， 按其工作原理可分為 磁阻式、永磁式、混合式 三大類型。 在我國(guó) ， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研制始于 1958 年。 本文 研究的目的和意義 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的微電動(dòng)機(jī)，它最突出 的優(yōu)點(diǎn)是可以在寬廣的頻率 范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？?行 ，因此在 打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等 眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。 在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn) 電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差，精度高。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī) ， 其應(yīng)用發(fā)展己有約 80 年的歷史。 (4) achieving the presetting of laps of the stepper motor。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過(guò)調(diào)試實(shí)現(xiàn) 以下幾個(gè) 主要 功能 ： (1) 控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)； (2) 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速； (3) 設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的脈沖放大電路，能驅(qū)動(dòng)相電壓 為 5V、相電流位為 的步進(jìn)電機(jī)工作； (4) 實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)圈數(shù)的預(yù)置； (5) 同步顯示步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)。 本文介紹的是基于單片機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)單片機(jī)、 ULN2020 驅(qū)動(dòng)芯片以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn) 各種 功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的數(shù)碼管顯示出來(lái)。 由 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡(jiǎn)單廉價(jià)，又 可靠穩(wěn)定。 在控制系統(tǒng)中，步進(jìn) 電機(jī)還有其它的用途，例如測(cè)速電機(jī)、伺服電機(jī)等。 目的 ： 本課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容是利用 51 單 片機(jī)，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、 多 檔速度 調(diào)速 和狀態(tài)顯示的目的， 使步進(jìn)電機(jī)控制更加靈活 。 利用 六 位數(shù)碼管增設(shè)電機(jī)狀態(tài)顯示功能，各項(xiàng)數(shù)據(jù)更直觀。 學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) （ 1）查閱單片機(jī)、以及步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)資料 ， 了解步進(jìn)電機(jī)工作情況； （ 2）選擇合適的電子元件設(shè)計(jì)出硬件電路并生成 PCB 板； （ 3）編寫軟件程序?qū)崿F(xiàn)啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào) 速和狀態(tài)顯示的目的； （ 4）綜合調(diào)試； （ 5） 撰寫畢業(yè)論文。它有 瞬間啟動(dòng)，急速停止，精度高等特點(diǎn)。 本 系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠，清晰明了。 關(guān)鍵詞 步進(jìn)電機(jī) PM25L024STB6； SST89E516RD； C語(yǔ)言 西南交通大學(xué)本科畢業(yè) 設(shè)計(jì) (論文 ) Abstract The stepper motor is a openloop control ponents t