【正文】 北京航空航天。 AT89 系列單片機原理與接口技術(shù)。采用細分技術(shù)的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計。電機與拖動基礎(chǔ)。 電動機的單片機控制 。 畢業(yè)設(shè)計使我獲得了很多，通過它培養(yǎng)了我獨立完成一項設(shè)計任務(wù)的能力，培養(yǎng)了 我認真嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，堅定了我對任何困難必將會被克服的信心，以及使我具有了勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神。 在完成論文的過程中，同學(xué)在學(xué)習(xí)、生活方面提供了大量的幫助和多方協(xié)作。 揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 36 致謝 本畢業(yè)設(shè)計論文是在楊萍等多位老師指導(dǎo)下完成的。同時這次設(shè)計也使我深刻體會到單片機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛，不僅使我對學(xué)過的單片機知識有了很多的鞏固，同時也對單片機這一門課程產(chǎn)生了更大的興趣。 通過這次的課程設(shè)計，我最大的收獲就是自己的動手能力和獨立解決問題的能力得到了很大的提高，也充分體會到了自己設(shè)計東西的樂趣、學(xué)會查資料和對別人的東西融會變通的重要性，也明白了很多知識光是靠在書本上學(xué)是學(xué)不到其中的精髓的，必須親自去試著實踐，親自去經(jīng)歷才能對它們正真的掌握，凡事都要自己 去動手，去實踐，遇到困難永遠不要沮傷氣餒。 本文對步進電機的控制方法進行了詳細的論述，包括硬件設(shè)計、軟件設(shè)計和匯編控制程序的編寫。國內(nèi)對步進電機的需求同樣也與日 俱增。隨著計算機應(yīng)用技術(shù)、電子技術(shù)和自動控制技術(shù)在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域中的普及與深入，步進電機的需求量越來越大。初始 R3=35H， R R2都有初始值。 本程序的資源分配如下： R0— 中間寄存器； R1— 存儲速度級數(shù)； R2— 存儲級步數(shù)； R3— 加減速狀態(tài)指針，加速時指向 35H，恒速時指向 37H，減速時指向3AH； 32H~34H— 存放絕對位置參數(shù)（假設(shè)用 3個字節(jié)），低位在前； 35H~36H— 存放加速總步數(shù)（假設(shè)用 2個字 節(jié)），低位在前； 37H~39H— 存放恒速總步數(shù)（假設(shè)用 3個字節(jié)），低位在前； 3AH~3BH— 存放減速總步數(shù)（假設(shè)用 2個字節(jié)），低位在前。 ●恒速過程的總步數(shù)：電動機在恒速過程中每走一步， 恒速總步數(shù)就減 1，直到減為 0，恒速過程結(jié)束，進入減速過程。 本程序的參數(shù)除了有速度極數(shù) N和級步數(shù) NC以外，還有以下參數(shù)。為了簡化，用速度級數(shù) N 與一個常數(shù) C 的乘積去模擬，并且保持的時間用步數(shù)來代替。有圖可見，離散后速度并不是一種上升的，而是一級都要在該級上保持一段時間，因此實際加速軌 跡呈階梯狀。 下面舉例來說明步進電動機加、減速控制程序的編制。由于距離較長，盡量縮短用時，保證快速 反應(yīng)性。 ● 中、短距離：該距離里，步進電動機只有加、減速過程，而沒有恒速過程。 圖 43 指數(shù)曲線升降頻 采用指數(shù)加、減速曲線是最好的選擇，這是因為電動機的 電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系接近指數(shù)規(guī)律。如圖 43 所示，這種方法是從步進電動機的矩頻特性出發(fā)，根據(jù)轉(zhuǎn)矩隨頻率的變化規(guī)律推導(dǎo)出來的。如圖 42所示，拋物線升降頻將直線升降頻和指數(shù)升降頻融為一體，充分利用步進電動機低速時的有效轉(zhuǎn)矩，使升降速的時間大大縮短，同時又具有較強的跟蹤能力，這是一種比較好的方法。加速時間雖然長，但軟件實現(xiàn)比較簡單。 升降頻方法 步進電動機常用的升降頻控制方法有 3 種： 直線升降頻。轉(zhuǎn)一圈要 240 個脈沖，步進電機轉(zhuǎn)速為 N(r/min)，則每分鐘需送脈沖數(shù)據(jù)的個數(shù)為 240N，既每送一個脈沖數(shù)據(jù)需時： t=1s/240N（ min） =250000/N（ us） 定時器 T0 的計數(shù)初值 T=*t/12 揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 31 =*250000/12N =65536230400/N (單片機晶振為 ) 定時器中斷服務(wù)子程序 SPEED： CPL ；改變 電平狀態(tài) PUSH ACC ；累加器 A 進棧保護 PUSH PSW ；程序狀態(tài)字進棧保護 CLR C ；進位位清零 CLR TR0 ；關(guān)定時器 MOV A， TL0 ；取 T0 低 8位當(dāng)前值 ADD A， 08H ；加 8 個機器周期 ADD A， 30H ；低 8 位加定時常數(shù) MOV TL0， A ；低 8 位重裝定時常數(shù) MOV A， TH0 ；取 T0 高 8位當(dāng)前值 ADDC A， 31H ；高 8 位加定時常數(shù) MOV TH0， A ；高 8 位重裝定時常數(shù) SETB TR0 ；開定時器 POP PSW ；程序狀態(tài)字出棧 POP ACC ；累加器出棧 RETI ；返回 速度控制 步進電動機啟動時如果一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率 qf ，會發(fā)生失步現(xiàn)象，而到終點時若突然停下，由于慣性作用，又會發(fā)生過沖現(xiàn)象而影響定位精度；若緩慢升降速，又會影響揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 32 執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。 程序中用 T0 定時中斷控制步進電機每走一步所用的時間（單步時間），改變 T0 定時中斷的定時時間，就改變了步進電機的轉(zhuǎn)速。采用三相六拍時步距角為 9176。 定時器初值 本設(shè)計的步進電機的齒數(shù)為 40，齒距角為 360176。 步進電機啟動時如果一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率 fq，會發(fā)生失步現(xiàn)象，而到終點時若突然停下，由于慣性作用，又會發(fā)生過沖現(xiàn)象而影響定位精度； 若緩慢升降速，又會影響執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。四相用 1 1 1 10 腳，分別代表 A、 B、 C、 D；三 相用 11 11 腳，分別代表 A、 B、 C 14 工作方式監(jiān)視。 表 34 8713 引腳功能 引 腳 功 能 說 明 1 正轉(zhuǎn)脈沖輸入端 2 腳為雙時鐘輸入端 2 反轉(zhuǎn)脈沖輸入端 3 脈沖輸入端 4 腳為單時鐘輸入端 4 轉(zhuǎn)向控制端： 0— 反轉(zhuǎn)； 1— 正轉(zhuǎn) 6 工作方式選擇： 00 為雙三（四）拍；0 10 為單三（四）拍； 11 為六（八）拍 揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 29 7 三 /四相選擇； 0— 三相； 1— 四相 8 地 9 復(fù)位端。 8713 可以選擇單時鐘輸入和雙時鐘輸入；具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復(fù)位、工作方式和輸入脈沖監(jiān)視等功能；所有輸入端內(nèi)部都設(shè)有斯密特整形電路，提高抗干擾能力；使用 4~8V 直流電源，輸出電流為 20mA。脈沖分配器有很多中，下面介紹 8713 集成電路芯片。 用 R0 作為狀態(tài)計數(shù)器，用來指示第幾拍，正轉(zhuǎn)時加 1，反轉(zhuǎn)時減 1的操作規(guī)律，則正轉(zhuǎn)程序為： CW： INC R0 ；正轉(zhuǎn)加 1 CJNE R0， 06H， ZZ ；如果計數(shù)器等于 6修正為 0 MOV R0， 00H ZZ： MOV A， R0 ；計數(shù)器值送 A MOV DPTR， ABC ；指向數(shù)據(jù)存放首地址 MOVC A， A+DPTR ；取控制字 MOV P1， A ；送控制字到 P1口 RET ABC： DB 0FEH， 0FCH， 0FDH， ； 6個控制字 0F9H， 0FBH， 0FAH 反轉(zhuǎn)程序： CCW： DEC R0 ；反轉(zhuǎn)減 1 揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 28 CJNE R0， 0FFH， FZ ；如果計數(shù)器等于 FFH 修正為 5 MOV R0， 05H FZ： MOV A， R0 ；計數(shù)器值送 A MOV DPTR， ABC ；指向數(shù)據(jù)存放首地址 MOVC A， A+DPTR ；取控制字 MOV P1， A ；送控制字到 P1口 RET 軟件法在電動機運行過程中，要不停產(chǎn)生控制脈沖，占用大量 CPU時間，可能使單片機無法同時進行其他工作 ，所以硬件法使用更廣泛。每送一個控制字，就完成一拍，步進電動機轉(zhuǎn)過一個步距角。這 6 個控制字如表 33所列。 A相驅(qū)動 B 相驅(qū)動 C 相驅(qū)動 AT89C51 揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 27 三相六拍工作方式通電換相的正序為： A? AB? B? BC? C? CA，共有 6 個通電狀態(tài)。 軟件法 圖 37 是用這種方法控制三相步進電動機的硬件接口例子利用AT89C51 的 ~ 這 3 條 I/O 線，向三相步進電動機傳送控制信號。當(dāng)這兩個彈起時，使 SHIFT（或 CNTL）腳懸空，但由于此兩引腳內(nèi)部有上拉電阻，當(dāng)它們懸空時實際上是高電平。例如上檔鍵和下檔鍵。由于 FIFO 存儲器是先進先出 RAM，因此先讀走的鍵值對 應(yīng)于先按下的鍵。當(dāng)單片機讀取 FIFO 的內(nèi)容后， IRQ 就回到低電平。但由于 AT89C51 的 INT0 或揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 26 INT1 是低電平或下降沿請求中斷。在 ZLG7290 確認某鍵已按下時，便把此鍵的鍵只存于 FIFO 寄存器中，此時 FIFO 內(nèi)有內(nèi)容，稱為 FIFO 存儲器不空。 表 42“ 八 段碼（字形碼）”表的內(nèi)容。 由 74LS138 輸出（ Y0～ Y7）的顯示器的位選信號和由 A3～ B0 輸出的段選信號的輸出電流太小，不足以點亮 LED 顯示器。反之，如果硬件電路設(shè)計為 16 位顯示。但是當(dāng)掃描到 SL3， SL2， SL1， SL0=1000H（ =8）時，仍使 Y0=0，選中 0 號顯示器，但此時 OUTA3～ OUTB0 上出現(xiàn)的卻是顯示 RAM 中 8號單元內(nèi)容，從而使 0 號顯示器現(xiàn)在顯示 8 號單元所規(guī)定的字符。應(yīng)該說明，在初始化時必須置“鍵盤 /顯示方式設(shè)置命令字”的 D3=0，以設(shè)定 8279 工作于 8 位顯示方式，否則會出現(xiàn)混亂現(xiàn)象。在 16 位顯示時，對顯示器掃描和對鍵盤掃描必須各有自己的譯碼器，顯示器采用揚州大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 畢業(yè)設(shè)計用紙 25 4～ 16 線譯碼器，例如 74LS154；鍵盤采用 3～ 8譯碼器，例如 74LS138。在這種情況下應(yīng)外接譯碼器，對 SL3～ SL0 譯碼，以產(chǎn)生列和位信號。 2）鍵盤、顯示掃描譯碼器 在對“鍵盤 /顯示方式設(shè)置命令字”的編程設(shè)置為編碼凡是（ D0=0）時，那么 ZLG7290 內(nèi)部不譯碼，從 SL3～ SL0 輸出的不是鍵盤的列和顯示器的位信號（高電平有效）。如果 fosc=12MHz，分頻應(yīng)為 20。脈沖信號頻率并非固定不變，好在 ZLG7290 并不要求時鐘頻率固定不變，因此，這樣安排還是可以的。下面討論其硬件電路的工作原理和設(shè)計問題。 在傳感器方式或選通方式中， 8 位輸入數(shù)據(jù)為 RL0～ RL7。 控制鍵 SHIFT、 CNTL 為單獨的開關(guān)。 ﹡ SHIFT( D6)為控制鍵 SHIFT 的狀態(tài) 位。 D7 D6 D5D4D3 D2D1D0 CNTL SHIFT SCAN RETURN ﹡ RETURN (D2D1D0)為鍵所在的行號，由 RL0～ RL7 狀態(tài)確定。 ZLG7290 的數(shù)據(jù)輸入輸出口地址由 CS=0， A0=0 確定。 該信號在數(shù)字切換顯示或使用消隱命令時 ， 將顯示消隱 。 兩組可以獨立使用 ， 也可以合并使用 ， 合并使用時 OUTA0為最低位 ， OUTB3 為最高位 。 在傳感器方式下 ， 該信號無效 。 ● CNTL/STB(控制 /選通 )： 輸入線 ， 高電平有效 。 該輸入信號是 ZLG7290 鍵盤數(shù)據(jù)的次高位 (D6)， 通常用來擴充鍵的功能 ， 可以用作鍵盤上 、 下檔功能鍵 。 ● RL0～ RL7(回復(fù)線 )： 輸入線 .它們是鍵盤矩陣或傳感器矩陣的列 (或行 )信號輸入線 。 ● SL0～ SL3(掃 描線 )： 輸出線 .用來掃描鍵盤和顯示器 。 在鍵盤工作方式中，當(dāng) FIFO/傳感器 RAM 村有數(shù)據(jù)時， IRQ 為高電平。 ● RD、 WR(讀、寫信號 )：輸入線 .低電平有效，來自 CPU 的控制信號，控制 ZLG7290 的讀、寫操作。 ● CS(片選 )：輸入線，當(dāng) CS=0 時 ZLG7290 被選中，允許 CPU 對其讀 ,寫 ,否則被禁止。 ● CLK(系統(tǒng)時鐘 )： 輸入線 ， 為 ZLG7290 提供內(nèi)部時鐘的輸入端 。 管腳、引線與功能