【正文】 生器的輸入端。如 EA 端為高電平（接 Vcc 端）， CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。欲使 CPU 僅訪問外部程序存儲(chǔ)器（地址為 0000H— FFFFH），EA 端必須保持低電平（接地）。在此期間，當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，將跳過兩次 PSEN 信號(hào)。此外，該引腳會(huì)被微弱拉高，單片機(jī)執(zhí)行外部程序時(shí)，應(yīng)設(shè)置 ALE 禁止位無效。如有必要，可通過對(duì)特殊功能寄存器（ SFR）區(qū)中的 8EH 單元的 D0 位置位，可禁止 ALE 操作。要注意的是：每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)將跳過一個(gè) ALE 脈沖。 13 ALE/PROG，當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低 8 位字節(jié)。 RST，復(fù)位輸入。此時(shí)，被外部拉低的 P3 口將用上拉電阻輸出電流（ IIL）。 P3 口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。 Flash 編程或校驗(yàn)時(shí)， P2 亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。在訪問外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR 指令）時(shí)， P2 口送出高 8 位地址數(shù)據(jù)。 引腳號(hào) 功能特性 T2，時(shí)鐘輸出 T2EX（定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2） 表 21 P2 口， P2 是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流） 4 個(gè) TTL 邏輯門電路。與 AT89C51 不同之處是， 和 還可分別作為定時(shí) /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入（ ）和輸入（ ），參見表 1。對(duì)端口寫“ 1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。在 Flash 編程時(shí)，P0 口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校 驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL 邏輯門電路，對(duì)端口 P0 寫“ 1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。 P0～ P3 為可編程通用 I/O 腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中， P0 端口（ 32～ 39 腳）被定義為 N1 功能控制端口，分別與 N1的相應(yīng)功能管腳相連接， 13 腳定義為 IR 輸入端， 10 腳和 11腳定義為 I2C 總線控制端 12 口，分別連接 N1 的 SDAS（ 18腳）和 SCLS（ 19 腳）端口， 12 腳、 27 腳及 28 腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板 CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。 RST/Vpd（ 9 腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。功能包括對(duì)會(huì)聚主 IC 內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù) RAM 及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào) IR 的接收解碼及與主板 CPU 通信等。 低功耗空閑和掉電模式 2個(gè)讀寫中斷口線 2個(gè)外部中斷源 2個(gè)串行中斷 3個(gè) 16位可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器中斷 32個(gè)雙向 I/O 口 11 圖 27 AT89C52單片機(jī)引腳圖 AT89C52 兼容 MCS51 指令系統(tǒng)： AT89C52 有 40 個(gè)引腳， 32 個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫口線， AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程 ,但不可以在線編程 (S 系列的才支持在線編程 )。 AT89C52 是 51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是 ATMEL 公司生 產(chǎn)的。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，常用來構(gòu)成簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入 /輸出控制、時(shí)序控制等。 圖 26 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng) 、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。單片機(jī)芯片與其它 CPU 比較，功能雖然要強(qiáng)得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi) ROM、 RAM、 I/O 口等不能很多，在構(gòu)成實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作情況。 圖 25典型 單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 10 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要與外界交換信息。圖 25中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖?；蛘咴陔娐分写?lián)電阻，使 L/R 減少。 9 圖 24 不同頻率脈沖作用下電感 電阻電路的電流波形 要改善電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)的性能，有兩種辦法 :提高電流上升速度 VA 和減小時(shí)間常數(shù) L/R。當(dāng)矩形波頻率上升達(dá)到某一臨界頻率，電流 剛達(dá)到最大值就開始下降((b):矩形波頻率超過此臨界值后，繞組中的電流不能達(dá)到最大值 (c)。在 t=t:時(shí)刻，電路斷開與直流電壓源 V 的連接，并且短路，電路中的電流以初始速率一 V/L 開始下降，電流變化規(guī)律為 : I(t)=VeR(tt1)/L/R 不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上，電流波形如圖 32 所示。圖 23 表明了一個(gè)電感一電阻電路的電氣特性。繞組線圈的電阻是電機(jī)溫升和電能損耗的主要因素。 步進(jìn)電機(jī)繞組的電氣特性 步進(jìn)電機(jī)各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機(jī)相繞組的兩個(gè)固有屬性，電機(jī)的性能和這兩個(gè)因素密切相關(guān)。功率驅(qū)動(dòng)電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵(lì)磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一旦接收到來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)。控制器的方向信號(hào)決定步進(jìn)電機(jī)的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。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。 米 P=2πfM/400( 半步工作） 其中 f 為每秒脈 沖數(shù)（簡(jiǎn)稱 PPS） 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備 —— 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 .步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，除與電機(jī)本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。M Ω=2π 7 電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓） 。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)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(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 度 / 度（五相電機(jī)）、 度 / 度（二、四相電機(jī)）、 度 /3 度 （三相電機(jī)）等。 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(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（ 包括減速）。 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。這種步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。用轉(zhuǎn)子和定子之間的吸引和排斥力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，它的出力大，動(dòng)態(tài)性能好 ， 但步距角一般比較大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 ， 但動(dòng)態(tài)性能相對(duì)較差。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電 源通電時(shí)序與波形分別如圖 22所示： 6 圖 22 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖 步進(jìn)電機(jī)的分類與選擇 現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（ HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。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。 圖 21 四相步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)示意圖 開始時(shí)，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的 4 號(hào)齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒， 5號(hào)齒就和 D、 A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒 。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與脈沖數(shù)成正比，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率 (f)成正比，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，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。伴隨著不同數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程 ，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲? 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng) 5 的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減少，從而導(dǎo)致力矩下降。 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 ： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?AABBBCCCDDDA 時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈ADCDCBCBABA 時(shí)為反轉(zhuǎn)。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。 運(yùn)行矩頻特性： 電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 最大空載起動(dòng)頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。 4 失步： 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的） 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50齒電機(jī)為例。常用 m表示。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進(jìn)電機(jī)。 正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸 入一定頻率的脈沖時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。 3 第 2 章 步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡(jiǎn)介 步進(jìn)電機(jī)介紹 步進(jìn)電機(jī)概述 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的，并且通過數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級(jí)別。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。 2 論文的主要研究?jī)?nèi)容 本論文所選的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，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)。 在衛(wèi)星、雷達(dá)等應(yīng)用場(chǎng)合，中國(guó)在文化大革命后期，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)，就生產(chǎn)了環(huán)形力矩電機(jī)，在高品質(zhì)的控制場(chǎng)合，有時(shí)還不能使用步進(jìn)電機(jī)。 國(guó)內(nèi)過去是用大力矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控，有實(shí)力的公司現(xiàn)在也采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，在驅(qū)動(dòng)設(shè)備的主要差距，是國(guó)外對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的控制 理論與工程分析和應(yīng)用能力強(qiáng)，先進(jìn)的控制理論作為軟件，寫在控制器內(nèi)部。 國(guó)外在小功率的場(chǎng)合，還使用步進(jìn)電機(jī)，例如一些工業(yè)器材，工業(yè)生產(chǎn)裝備，打印機(jī)，復(fù)印件，速印機(jī)，銀行自動(dòng)柜員機(jī)。 國(guó)外在大功率的工業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，目前基本不使用大扭矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)電路的成本，效率，噪音，加速度，絕對(duì)速度，系統(tǒng)慣量與最大扭矩比 來比較，比較不劃算，還是用直流電動(dòng)機(jī)，加電動(dòng)機(jī)編碼器整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)高。 國(guó)內(nèi)外研究概況 步進(jìn)電機(jī)是國(guó)外發(fā)明的。 1 第 1 章 緒論 課題研究的目的和意義 步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中 ,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)通過改變脈沖頻率來實(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 。第 1章是緒論，主要探討了步進(jìn)電機(jī)的研究背景和本論文的主要研究?jī)?nèi)容；第 2 章步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的原理；第 3 章系統(tǒng)整體硬件結(jié)構(gòu)；第 4 章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)；第 5 章系統(tǒng)的調(diào)試與檢測(cè)；最后是參考文獻(xiàn)、附錄和致謝。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而精確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)角度；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 rotation 目 錄 第 1章 緒論 ..............................