【正文】 制，初始化電機為順時針轉(zhuǎn)，每當按下 K4 鍵，電機轉(zhuǎn)向改變，具體流 程圖如 圖 34 所示 ： 圖 34 正反轉(zhuǎn)流程 圖 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 16 頁 啟動與停止流程圖 啟動與停止是用 K1 鍵來控制的，初始化標志位 on_off==0,檔按下 K1，即將on_off 置 1，每當按下 k1,都將在啟動與停止間切換，具體流程圖如 圖 35所示 ： 圖 35 啟動與停止流程圖 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 17 頁 主程序 include //51芯片管腳定義頭文件 include //內(nèi)部包含延時函數(shù) _nop_()?；谶@次課程設(shè)計的要求不高，我們可以選用 51系列或 52 系列單片 機，其有可靠性高，易于擴展以及實用性好等特點，完全可以滿足我們的控制要求 其圖22 所示 ： 圖 22 單片機引腳圖 按鍵電路設(shè)計 鍵盤接口按不同標準有不同分類方法，按鍵盤排布，可以分為獨立方式（一組相互獨立的鍵盤）和矩陣（一行列組成矩陣）方式。本設(shè)計中，用 ， ， A， B， C， D 四相繞組。C 封裝類型 ： PDIP 引腳數(shù) ： 16 封裝類型 ： DIP 晶體管數(shù) ： 7 表面安裝器件 :通孔安裝器件標號 ： 2020 最大連續(xù)電流 ： Ic:500mA 芯片標號 ： 2020 輸入電壓最大 ： 30V 輸入類型 ： 5V TTL CMOS 輸出電壓最大 ： 50V 輸出電流最大 ： 通道數(shù) ： 7 邏輯功能號 ： 2020 根據(jù)要求，所設(shè)計的步進電機八拍通電順序為 A→ AB→ B→ BC→ C→ CD→ D→ DA。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 8 頁 第 2 章 硬件電路設(shè)計 硬件的設(shè)計與選擇 步進電機的驅(qū)動 步進電機的驅(qū)動采用 ULN2020，接到單片機的 ~，具體如圖 21 所示 ： 圖 21 步進電機驅(qū)動及其接口圖 參數(shù)： 模塊配置 ： 7 NPN 電壓 ： Vceo:50V 集電極直流電流 ： 500mA 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 9 頁 直流電流增益 hFE： 1000 工作溫度 范圍： 20176。 （ 3） 方向控制 步進電機旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。 軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機的 IO 向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 7 頁 （ 2） 脈沖分配 實現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。當定時器啟動后，定時器從裝載的初值開始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù)，當定時器溢出時，定時器產(chǎn)生中斷，系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時中斷子程序?qū)㈦姍C換向子程序放在定時中斷服務(wù)程序中，定時中斷一次，電機換向一次，從而實現(xiàn)電機的速度控制。因此只適合較簡單的控制過程。該方法簡單，占用資源少，全部由軟件實現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度和不同方向的運行。 一種是延時，一種是定時。這主要發(fā)生在制動和突然換向時，轉(zhuǎn)子獲得過多的能量，產(chǎn)生嚴重的過沖，引起失步。注意，啟動頻率不是一個固定值，提高 電動機的轉(zhuǎn)矩、減少負載轉(zhuǎn)動慣量、減少步距角都可以提高步進電機的啟動頻率。例如，步進電機在啟動時，如果脈沖的頻率較高，由于電動機來不及獲得足夠的能量，使其無法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場的速度，所以引起失步。 3. 反相阻尼法：這種方法用于步進電 機制動，在步進電機轉(zhuǎn)子要過平衡點之前，加一個反向作用力去平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達平衡點時速度為零，實現(xiàn)準確制動 （ 2） 失步 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱之為失步。 2. 細分步法：細分步法是將步進電機繞組中的穩(wěn)定電流分成若干階段，每進一步時，電流升一級。 2. 變頻變壓法：步進電機在在低頻時繞組中的電流上升時間長，轉(zhuǎn)子獲得的能量大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時則相反。其中機械阻尼法比較單一，就是在電動機軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種。 減少步距角可以減少振蕩幅值，以達到削弱振蕩的目的。低頻振蕩是步進電機系統(tǒng)的固有的缺點。 （ 1） 振蕩 步進電機的低頻振蕩是由于電機的轉(zhuǎn)子達到穩(wěn)定平衡位置時具有多余的動能。 運行頻率：指拖動一定負載使頻率連續(xù)上升時，步進電機能不失步運行的極限頻率 。 最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 5 頁 不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。轉(zhuǎn)子齒軸線偏 移定子齒軸線的角度，電機轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。 θ b=θ z/N = 2π /NZ (N 是工作拍數(shù)， Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù) ) 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的 工作方式（四相） 1. 單四拍：通電順序為： A→ B→ C→ D； 2. 雙四拍：通電順序為： AB→ BC→ CD→ DA； 3. 四相八拍：通電順序為： A→ AB→ B→ BC→ C→ CD→ D→ DA； 步進電機線圈如圖 11所示 ： 圖 11 步進電機線圈 圖 步進電機的常用術(shù)語 齒距角：相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 4 頁 步進電機的工作原理 本次設(shè)計是采用步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5V— DC12V。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛，它是 PM 和 VR 的復(fù)合產(chǎn)品，其轉(zhuǎn)子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結(jié)構(gòu)。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，它的出力大，動態(tài)性能好，但步距角一般比較大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但動態(tài)性能相對較差。 步進電機的綜述 現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（ PM）、混合式步進電機（ HB）和單相式步進電機等。如打印機，繪圖儀、數(shù)控機床切割。 10. 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 8. 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流 電源。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 3 頁 6. 步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停，正反轉(zhuǎn)及變速。 5. 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常的可靠。在它的作用下， 電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 3. 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 2. 步進電機外表不允許較高的溫度。本次 課程 設(shè)計采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進電機。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單、精度高。 在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。簡單一點講，當驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。另外通過單片機實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 同時可以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。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為步距角），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行 的。采用的方法是利用單片機控制步進電機的驅(qū)動。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電動機的 需求量與