【正文】 公司目前已形成電機(jī)、減速器、電子制品、電氣制品等四大類 300 多個規(guī)格 3000 多個品種的 430萬臺年產(chǎn)能，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于。公司產(chǎn)品均通過 “CCC” 、 “CE” 、 “CUL” 認(rèn)證。 圖 45ZY2425N型步進(jìn)電機(jī) 45ZY2425N型步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù)參數(shù)： 品牌： LINIX/聯(lián)宜 型號： 45ZY2425N 適用范圍：按摩椅、足療等 額度電壓： 24（ V） 額度電流： （ A） 額度轉(zhuǎn)速： 3000（ rpm） 額度功率： 25（ W） 空載電流： （ A） 空載轉(zhuǎn)速： 3800（ rpm） 尺寸： 35 25 25（ cm） 最大負(fù)載： 200（ Kg） 橫店集團(tuán)聯(lián)宜電機(jī)有限公司創(chuàng)建于 1968 年，現(xiàn)點高新技術(shù)企業(yè)、全國精神文明建設(shè)先進(jìn)單位、全國青為國家重年文明號。碳刷采用外置式，具有更換方便等特點，碳刷等是采用國內(nèi)外最好碳刷生產(chǎn)企業(yè)的部件，可以延長電機(jī)的使用壽命。 米 P=2πfM/400 (半步工作） （ 2） 其中 f為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS) 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 23 在步進(jìn)電機(jī)的選取上，我選擇 45ZY2425N 型步進(jìn)電機(jī)，如圖 所示。M Ω=2π直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 /（五相電機(jī)）、 /（二、四相電機(jī)）、 度 /3 度 （三相電機(jī)）等。 1） 步距角的選擇 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。 步進(jìn)電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。對端口寫 1 時 ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時可用作輸入口。在訪問 8位地址的外部數(shù)據(jù)寄存器 (如執(zhí)行 MOVRI指令 )時 ,P2口引腳上的內(nèi)容 (就是專用寄存器 (SFR)區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容 )在整個訪問期間不會改變。 ③ P2 端口 (— ):P2 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口 .P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 (吸收或輸出電流方式 )4個 TTL輸入 .對端口寫 1時 ,通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電位 ,這時可用作輸入口 .P2 作輸入口使用時 ,因為有內(nèi)部的上拉電阻 ,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個電流 (IIL)。 ② P1 端口 (— )： P1 是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8位 I/O 端口。 在 Flash 編程時 ,P0 端口接受指令字節(jié) 。 (4).輸入 /輸出引腳 — ,— ,— ,— ① P0 端口 (— )： P0是一個 8位漏極開路型雙向 I/O 端口 .作為輸出端口用時 ,每位能以吸收電流的方式驅(qū)動 8 個 TTL 輸入 ,對端口寫 1 時 ,又可作為高阻抗輸入端用。 當(dāng) EA 端保持高電平 (接 VCC 端 )時 ,CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。當(dāng) AT89C51由外部程序存儲器取指令 (或常數(shù) )時 ,每個機(jī)器周期兩次 PSEN有效 (即輸出 2個脈沖 ).但在此期間內(nèi) ,每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存 儲器時 ,這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。該位置數(shù)后 ,只有在執(zhí)行一條 MOVX 或 MOVC 指令期間 ,ALE 才會被激活 .另外 ,該引腳會被微弱拉高 ,單片機(jī)執(zhí)行外部程序時 ,該設(shè)定禁止 ALE 位無效。然而要注意的是 :每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ,將跳過一個 ALE 脈沖。 ② ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時 ,ALE(地址鎖存允許 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié) .即訪問外部存儲器 ,ALE 仍以不變的頻率 (此頻率為振蕩器頻率的 1/6)周期性地出現(xiàn)正脈沖信號。 上電瞬間， RST 端的電位與 VCC 相同，隨著電容的逐步充電， RST 端的電位逐漸下降，此時ζ =22 106 1 103=， RST端出現(xiàn) 5 1000／ 1200≈ ，使單片機(jī)復(fù)位。 MCS51 單片機(jī)的 RST 引腳是復(fù)位信號的輸入端。 單片機(jī)在開機(jī)時都需要復(fù)位，以便中央處理器 CPU 以及其他功能部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。通常， OSC 的輸出時鐘頻率為 ，典型值為 12MHz 或者 。即用來連接 AT89C51 片內(nèi) OSC 的定時反饋回路。但是，當(dāng)交變電場的頻率為某一特定值時，振幅驟然增大，產(chǎn)生共振，稱之為壓電振蕩。在石英晶體的兩個管腳加交變電場時，它將會產(chǎn)生一定頻率的機(jī)械變形，而這種機(jī)械振動又會產(chǎn)生交變電場，上述物理現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。本電路選用的電容為 30pF，晶振頻率為 12MHz。片內(nèi)振蕩器的振蕩頻率非常接近晶振頻率，一般多在 ～ 12MHz之間選取。在單片機(jī)內(nèi)部，它是上述振蕩器的反相放大器的輸出端 .，采用外部振蕩器時 ,此引腳應(yīng)懸浮不連接。當(dāng)采用外部振蕩器時，該引腳接受振蕩器的信號，即把此信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端。 AT89C51 的主要性能 [24] ● 4KB 可改編程序 Flash 存儲器 (可經(jīng)受 1000 次的寫入 /擦除 ). 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 19 ●全靜態(tài)工作 :0Hz～ 24MHz. ● 3級程序存儲器保密 . ● 128 8字節(jié)內(nèi)部 RAM. ● 32 條可編程 I/O 線 . ● 2個 16位定時器 /計數(shù)器 . ● 6個中斷源 . ●可編程串行通道 . ●片內(nèi)時鐘振蕩器 . 另外 ,AT89C51 是用靜態(tài)邏輯來設(shè)計的 ,其工作頻率可下降到 0Hz,并提供兩種可用軟件來選擇的省電方式 — 空閑方式 (Idle Mode)和掉電方式 (Power Down Mode).在空閑方式中 ,CPU 停止工作 ,而 RAM,定時器 /計數(shù)器 ,串行口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作 .在掉電方式中 ,片內(nèi)振蕩器停止工作 ,由于時鐘被“凍結(jié)” ,使一切功能都暫停 ,故只保存片內(nèi) RAM 中的內(nèi)容 ,直到下一次硬件復(fù)位為止 [25]。片內(nèi)的 Flash 存儲器允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或常規(guī)的非易失性存儲器編程器來編程。 單片機(jī)的選擇 AT89C51 是一種高性能的 8 位單片機(jī)。 6） 發(fā)光二極管指示部分。 5） 蜂鳴器提示輸出部分。 4） 驅(qū)動模塊。 3） 電機(jī)部分。 2） 電源部分。該模塊負(fù)責(zé)響應(yīng)按摩椅 5 個按鍵輸入信號，并利用 L12864 液晶顯示當(dāng)前工作狀態(tài)。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 18 按摩椅的主要功能模塊可劃分為 6 部分。設(shè)計系統(tǒng)框架時，除了考慮實現(xiàn)按摩功能外，系統(tǒng)的可操作性和安全性也是至關(guān)重要的。 根據(jù) 設(shè)計要求，智能化按摩椅調(diào)速系統(tǒng)電路可以分為控制模塊、顯示模塊、鍵盤模塊、電機(jī)驅(qū)動模塊、步進(jìn)電機(jī)部分。 ⑦ . 要求盡量朝著“單片”方向設(shè)計硬件系統(tǒng)。 ⑥ . 單片機(jī)外圍電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力。如選用 CMOS 芯片單片機(jī)構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中所有芯片都應(yīng)盡可能選擇低功耗產(chǎn)品。但必須注意，由軟件實現(xiàn)的硬件功能，一般響應(yīng)時間比硬件實現(xiàn)長，且占用 CPU 時間。 ③ . 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。 二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤、顯 示器等，還要設(shè)計合適的接口電路。因此單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)方案同樣重要。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 17 3 系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件設(shè)計 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)是系統(tǒng)框架實現(xiàn)的具體執(zhí)行步 驟，系統(tǒng)設(shè)計框架雖然構(gòu)建了系統(tǒng)的整體功能模塊劃分，但是硬件實現(xiàn)和軟件實現(xiàn)還得通過具體的技術(shù)方案才能達(dá)到 [22]。軟件的基本思想是：首先將 T0 計數(shù)器進(jìn)行初始化使之對一基準(zhǔn)時間計數(shù)，然后根據(jù)所需占空比對工作寄存器 R R R R5 附值（ R R5 用于重裝 R R3的值） ，然后根據(jù)寄存器 R R3 中值的遞減控制 P1 口輸出 PWM 脈沖的占空比。主要介紹一種利用單片機(jī)對 PWM 信號的軟件實現(xiàn)方法。 最近幾年來，隨著單片機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使直流電機(jī) PWM 調(diào)速裝置向集成化、小型化和智能化方向發(fā)展。 2）同樣 由于開關(guān)頻率高，若與快速響應(yīng)的電機(jī)相配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 16 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點 1）由于 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達(dá)1： 10000 左右。 3）負(fù)載模塊 PWM 信號經(jīng)過處理后，可用于驅(qū)動電機(jī)等負(fù)載，電機(jī)作為電信號轉(zhuǎn)化為機(jī)械動力的裝置在調(diào)速系統(tǒng)中必不可少。 2） PWM 信號放大與電機(jī)驅(qū)動模塊 由單片機(jī)產(chǎn)生的 PWM 信號很微弱， PWM 信號產(chǎn)生后并不能直接驅(qū)動電機(jī)等負(fù)載模塊，而需要使用專門的電路對該 PWM 信號進(jìn)行放大和處理，使 其能驅(qū)動電機(jī)。 PWM 的產(chǎn)生方法有很多，包括純硬件電路產(chǎn)生方法和采用基于可編程器件的軟件實現(xiàn)方法。脈沖周期不 變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 VM系統(tǒng)的缺點是晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運行造成困難。 VM 系統(tǒng)是當(dāng)今直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺與調(diào)速電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺勵磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護(hù)不方便等缺點。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直 流電動機(jī)實現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速[21]。簡稱 VM系統(tǒng)。 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的分類 1） 串電阻調(diào)速系統(tǒng)。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 15 方案二：采用軟件延時方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。利用單片機(jī)的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強等優(yōu)點。 ③．定頻調(diào)寬法：保證周期 T 不變，同時改變 t1 和 t2的時間來改變占空比。改變占空比 D的值有三種方法： ①．定寬調(diào)頻方法： t1時間不變，通過改變 t2 的時間來改變占空比，從而改變了周期 T。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 長春工業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 14 如圖 所示： 圖 PWM 信號的占空比 設(shè)電機(jī)始終接通電源時，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 Vmax，設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機(jī)的平均速度為 Va = Vmax * D，其中 Va指的是電機(jī)的平均速度； Vmax 是指電機(jī)在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的 “占空比 ”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 PWM 可 以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。只要改變控制電壓的極性 ,也就改變了 PWM 變換器輸出平均電壓的極性 ,因而改變了電動機(jī)的轉(zhuǎn)向 .改變控制電壓的大小 ,則調(diào)節(jié)了輸出脈沖電壓的寬度 ,從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 .只要鋸齒波的線性度足夠好 ,輸出脈沖的寬度是和控制電壓的大小成正比的。加在運算放大器反相輸入端上的有三個輸入信 號。 2） PWM 調(diào)速原理 脈寬調(diào)制器本身是一個由運算放大器和幾個輸入信號組成的電壓比較器。其原理是隨機(jī)改變開關(guān)頻率使電機(jī)電磁噪音近似為限帶白噪音（在線性頻率坐標(biāo)系中，各頻率能量分布是均勻的），盡管噪音的總分貝數(shù)未變，但以固定開關(guān)頻率為特征的有色噪音強度大大削弱。 在 70年代開始至 80年代初，由于當(dāng)時大功率晶體管主要為雙極性達(dá)林頓三極管，載波頻率一般最高不超過 5kHz，電機(jī)繞組的電磁噪音及諧波引起的振動引起人們的關(guān)注 [18]。 PWM 控制技術(shù)大致可以分為三類，正弦 PWM（包括電壓，電流或磁通的正弦為目標(biāo)的各種 PWM 方案，多重 PWM 也應(yīng)歸于此類），優(yōu)化 PWM 及隨機(jī) PWM。 由于 PWM 可以同時實現(xiàn)變頻變壓反抑制諧波的特點。 1964 年 和 首先提出把這項通訊技術(shù)應(yīng)用到交流傳動中，從此為交流傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面 [17]。在接收端，通過適當(dāng)?shù)?RC 或 LC 網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式 [16]。 對噪聲抵抗能力的增強是 PWM 相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候?qū)?PWM 用于通信的主要原因。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼 [15]。電壓或電流源是以一種 通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬