【正文】 當(dāng)顯示器切換時(shí)或使用消隱命令時(shí)，將顯示消隱。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 26 (12)TB0～ OUTA0～ 3：顯示段數(shù)據(jù)輸出線，可分別作為兩個(gè)半字節(jié)輸出，也可作為 8位段數(shù)據(jù)輸出口，此時(shí) OUTB0 為最低位， OUTA3 位最高位。 (10)～ RL7：反饋輸入線，由內(nèi)部拉高電阻拉成高電平，也可由鍵盤(pán)上按鍵拉成低電平。 (9)L0～ SL3：掃描輸出線，用于對(duì)鍵盤(pán)顯示器掃 描。 (8)IRQ：中斷請(qǐng)求輸出線，高電平有效。 (7)/WR：寫(xiě)入控制線。 (6) /RD：讀取控制線。 (5) A0：用于區(qū)分信息的特性。 (4)/CS：片選信號(hào)。 (3)RESET：復(fù)位輸入線，高電平有效。在 CPU 于 827 數(shù)據(jù)與命令的傳送。如圖 所示 PMM8713 的引腳 ,Cu 為加脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn) ,Cp 為減脈沖輸入端 ,它使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn) ,Ck 為脈沖輸入端 ,當(dāng)脈沖加入此引腳時(shí) ,Cu 和 Cp 應(yīng)接地 ,正反轉(zhuǎn)由 U/ D 的電平控制 ,EA 和 EB 用來(lái)選擇勵(lì)磁方式的 ,可以選擇的方式有一相、二相和一二相勵(lì)磁 ,ΦC 用來(lái)選擇三、四相步進(jìn)電機(jī) ,Vss 為芯片工作地 ,R 為芯片復(fù)位端 ,Φ4 ～ Φ1 為四相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Φ3 ～ Φ1 為三相步進(jìn)脈沖輸出端 ,Em 為勵(lì)磁監(jiān)視端 ,Co 為輸入脈沖監(jiān)視端 ,VDD 為芯片的工作電源 ( + 4～ + 18V).其具體的原理框圖 如 所示 : 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 0 J u n 2 0 1 0 S h e e t o f F i l e : H : \ 電路原理圖 . d d b D r a w n B y :1Cu16V d d2Cp15Co3Ck14Em4U / D13Ф15Ea12Ф26Eb11Ф37Фc10Ф48Фs9RPWM8713T 1 / P 3 .515W R / P 3 . 616 R D / P 3 .717X T A L 218X T A L 119G N D20T 0 / P 3 .414P 1 . 01 P 1 . 12P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 23P 1 . 67P 1 . 78R X D / P 3 . 010T X D / P 3 . 111R S T / V P D9P 0 . 1 / A D 138I N T 0 / P 3 . 212P 2 . 4 / A 1 225P 2 . 0 / A 821P 2 . 1 / A 922P 2 . 2 / A 1 023P 2 . 3 / A 1 124I N T 1 / P 3 . 313P 2 . 5 / A 1 326P 2 . 6 / A 1 427P 2 . 7 / A 1 528P S E N29A L E / P R O G30E A / V P P31P 0 . 7 / A D 732P 0 . 6 / A D 633P 0 . 5 / A D 534P 0 . 4 / A D 435P 0 . 3 / A D 336P 0 . 2 / A D 237P 0 . 0 / A D 039V C C40AT89C51A T 8 9 C 5 1+ 5 VA 相驅(qū)動(dòng)B 相驅(qū)動(dòng)C 相驅(qū)動(dòng) 圖 驅(qū)動(dòng)電路框圖 顯示電路與鍵盤(pán)的選擇 顯示電路的用 8279 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)， 8279 芯片分別接兩排顯示器，每排為 4位顯示，分別用來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與給定轉(zhuǎn)速。采用雙脈沖輸人法的連線方式如圖 (a)所示，其中 CP、 CU兩端分別輸人步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。在 PMM8713 的內(nèi)部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。該器件采用DIP 16 封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 () 驅(qū)動(dòng)電路的選擇 因從 CPU 輸出的脈沖信號(hào)特別小，固應(yīng)先經(jīng)過(guò) PWM8713 脈沖分配器對(duì)脈沖進(jìn)行分配并經(jīng)過(guò)放大然后再經(jīng)過(guò)光耦驅(qū)動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)進(jìn)電機(jī)。 原理圖如 所示 : 圖 穩(wěn)定響應(yīng)曲線 (3)最大負(fù)載能力 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 ， 且 若 A 相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置為圖 (a)中曲線 A 上的 點(diǎn)，這一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個(gè)控制脈沖信號(hào)通電狀態(tài)由 A相改變?yōu)?B 相，矩角特性變 為曲線 B 在改變通電狀態(tài)的瞬間電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角到達(dá)新的穩(wěn)定 平衡點(diǎn) OB180。 由于在改變通電狀態(tài)的初瞬 ， 轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及改變 ， 還處于 θ=0的位置，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由 O 突變?yōu)榍€ B 上的 C 點(diǎn)，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡位置，移動(dòng)直至到達(dá) 點(diǎn)為止 。 (1)單步運(yùn)行狀態(tài) 單步運(yùn)行狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一相或多相控制繞組通電狀態(tài)下僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式 。即起到一定的電磁阻尼作用所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運(yùn)行時(shí)由于沒(méi)有這種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運(yùn)行方式。 .三相單三拍運(yùn)行時(shí)的步距角為 30 度 .其原理圖如 所示 : 圖 定轉(zhuǎn)子展開(kāi)圖（ A相繞組通電） 三相雙三拍通電方式 控制繞組的通電方式為 ABBCCAAB 或 ABCABCAB 每拍同時(shí)有兩相繞組通電三拍為一個(gè)循環(huán)，當(dāng) AB 兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì)定子極的作用，只有 A 相極和 B 相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如 b 所示，可見(jiàn) 雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角仍是 30176。 使轉(zhuǎn)子齒 2,4 的軸線與定子 B 相極軸線對(duì)齊 ,即轉(zhuǎn)子走了一步 ,如圖 (b)所示 , 若再斷開(kāi) B相 ,使 C相控制繞組通電 ,轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò) 30176。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 因本次設(shè)計(jì)的要求，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)選用三相三拍的步進(jìn)電機(jī)，關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的具體說(shuō)明如下 ： 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的所以也稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)以一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明其工作原理 . 圖 對(duì)六個(gè)磁極每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極上繞有一相控制繞組轉(zhuǎn)子用軟磁性 材料 制成山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 也是凸極結(jié)構(gòu)只有四個(gè)齒齒寬等于定子的極靴寬下面通過(guò)幾種基本的控制方式來(lái)說(shuō)明其工作原理 。但 RAM 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài) 邏輯 ，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 (2)芯片擦除： 整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電 擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 P2 口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口。 (8)P0 口（ 3932）：雙向 I/O 口。 (6)RST/VPD（ 9）：復(fù)位信號(hào)輸入端 /備用電源輸入端。 (4)PSEN（ 29）：片外 ROM 選 通信 號(hào)，低電平有效。 (3)XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。 單片機(jī)的引腳功能 (1)VCC（ 40）：電源 +5V。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與 工業(yè) 標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。系統(tǒng)原理框圖如 ： 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 圖 系統(tǒng)原理框圖 3 硬件電路的設(shè)計(jì) 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)以 CPU 選用 89C5l 作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片． 89C51 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能。然后由于步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號(hào)經(jīng) CPU 處理后再由顯示器顯示出來(lái)。選取用 8279 來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示和鍵盤(pán)。但因本次設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片 8713 來(lái)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。細(xì)分控制的電路一般分為兩類，一類是采用線性模擬功率放大器的方法獲得階梯形電流，這種方法簡(jiǎn)單，但效率低。但由于其波形頂部呈現(xiàn)鋸齒形波動(dòng)，所以會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪 聲。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 對(duì)于斬波電路驅(qū)動(dòng)則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。雙電壓驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)處下降。它的外接電阻 R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會(huì)影響電路的 穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動(dòng)方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中。單電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用 CPU 間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。故選擇閉環(huán)控制。然而，開(kāi)環(huán)操作會(huì)有失步的風(fēng)險(xiǎn)，這將產(chǎn)生定位失誤。在這些步進(jìn)系統(tǒng)中，反饋設(shè)備或間接參數(shù)傳感方法的閉環(huán)能進(jìn)行校正或控制失步、監(jiān)測(cè)電機(jī)停滯，以及確保更大的可用轉(zhuǎn)矩輸出。但是，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)在開(kāi)環(huán)時(shí)運(yùn)行，在命令步幅和實(shí)際步幅之間會(huì)有同步損耗的可能。 大多數(shù)基于步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)，一般都運(yùn)行在開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，這樣可提供一個(gè)低成本的方案。無(wú)編碼器安裝監(jiān)測(cè)采用信息檢測(cè)同步速度的損耗。這里，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)監(jiān)控和測(cè)量電機(jī)線圈，使用電壓額電流信息提高步進(jìn)電機(jī)控制。當(dāng)反電動(dòng)勢(shì)電壓降至監(jiān)測(cè)探測(cè)水平時(shí)，閉環(huán)控制轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)環(huán)，完成最終的位移移動(dòng)； (3)全伺服控制，指全時(shí)間的使用反饋設(shè)備，用于步進(jìn)電機(jī) 編碼器、解碼器、或其它反饋傳感器上，從而更為精確地控制步進(jìn)電機(jī)位移和轉(zhuǎn)矩。但是，在某些應(yīng)用中，需要更多的可靠性、安全性或產(chǎn)品質(zhì)量的保證，因此，閉環(huán)控制也是一種選擇 .以下是一些實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制的方法： (1)步進(jìn)確認(rèn)，這是最簡(jiǎn)單的位移控制，使用一個(gè)低值的光學(xué)編碼器山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 計(jì)算步進(jìn)移動(dòng)的數(shù)量。在控制過(guò)程中，采用離散辦法來(lái)逼近理想的升降速曲線。綜合這兩個(gè)因素后，重裝計(jì)數(shù)初值的修正量取 8 個(gè)機(jī)器周期，即要使定時(shí)時(shí)間縮短 8 個(gè)機(jī)器周期。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個(gè)因 素一是中斷響應(yīng)所需的時(shí)間。將電機(jī)換向子程序放在定時(shí)中斷服務(wù)程序中，定時(shí)中斷一次，電機(jī)換向一次，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度控制。定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào)，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。但占用 CPU 時(shí)間長(zhǎng)，不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作。延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的 CP 脈沖或換向周期。 系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn) 步進(jìn)電機(jī)的速度控制。調(diào)速范圍為 0 到 1000r/min最高轉(zhuǎn)速時(shí)，精度 2%. 要基本上 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，作到步進(jìn)電機(jī)能精確的調(diào)速，正反轉(zhuǎn)、并能在起動(dòng)時(shí)不失步，基本上沒(méi)有振蕩，能完成完整的硬件電路圖，軟件設(shè)計(jì) 。 本次設(shè)計(jì)的基本要求 研究步進(jìn)電機(jī)的特性、工作原理、及其具體的調(diào)速原理。 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 8 這就需要采用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制 ,實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔 ,單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減法運(yùn)轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟件方法指的是依靠延時(shí)程序來(lái)改變脈沖輸出的頻率 ,其中延時(shí)的長(zhǎng)短是動(dòng)態(tài)的 ,軟件 法在電機(jī)控制中 , 要不停地產(chǎn)生控制脈沖 , 占用了大量的 CPU 時(shí)間 ,使單片機(jī)無(wú)法同時(shí)進(jìn)行其他工作 。 a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖如圖 所示 : a) N 極段截面圖 b) S 極段截面圖 圖 三相混合式步進(jìn)電機(jī)截面圖 步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率，延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái)具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電的調(diào)速。永磁體產(chǎn)生的磁通，在每一個(gè)氣隙圓周上都是單方向通過(guò)氣隙的，這時(shí)作用在氣隙中的磁勢(shì)是同極性的，稱為單極磁勢(shì)。就是 A，齒 5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)如圖 所示： 電動(dòng)機(jī)定子鐵心和一般電機(jī)一樣由硅鋼片疊成，鐵心內(nèi)孔表面有開(kāi)口槽。