【正文】 and hardware debugging, the debugging process is also introduced problems and solutions to the problem. The design has a clear idea of high reliability, stability and other characteristics, to achieve the above through the debugging functions. Key Words: stepping motor。 開始 （ R0） — 1→ R0 延時子程序 （ R0）是否等于10H 17H→（ R0） N Y 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 19 加速部分流程圖 減速部分 電機(jī) 正轉(zhuǎn) 或反轉(zhuǎn)的時候，按下減速鍵，通過改變電機(jī)每轉(zhuǎn)動一步的延時時間，使時間變長，從而實現(xiàn)電機(jī)減速。 開始 （ R0） +1→ R0 延時子程序 （ R0）是否等于17H 10H→（ R0） N Y 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 18 后退部分流程圖 加速部分 當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時候，按下加速鍵，調(diào)用加速子程序， 使電機(jī)每轉(zhuǎn)動一步的延時時間變短，從而實現(xiàn)電機(jī)的加速。 N N Y Y 調(diào)按鍵子程序 是否為 0 是否為 0 前進(jìn) 后退 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 17 前進(jìn)部分流程圖 后退部分 電機(jī)反轉(zhuǎn)原理與正轉(zhuǎn)相似，此時 P2口的值分別為 09H， 08H， 0CH， 04H， 06H， 02H，03H， 01H。 開始 初始化 調(diào)按鍵子程序 調(diào)按鍵子程序 調(diào)用正反轉(zhuǎn)子 程序 調(diào)用加減速子程序 停止 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 16查鍵部分流程圖 前進(jìn)部分 系統(tǒng)初始化之后， 前進(jìn)子程序 R0 用于給 P2 口送不同的值，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動的相序，使電機(jī)正向 轉(zhuǎn)動， P2 口的值分別為 01H， 03H， 02H， 06H， 04H， 0CH， 08H， 09H。 圖 15 主程序框圖 查鍵部分 查鍵程序用于判斷 口與 口的值，當(dāng) 口為 0 時，電機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng) 口為 1時，繼續(xù)判斷 口的值， 口為 0時，電機(jī)反轉(zhuǎn)。如圖 13 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 13狀態(tài)指示部分電路 時鐘部分 時鐘電路是計算機(jī)的心臟，它控制著計算機(jī)的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘頻率來提高 CPU的速度，本次設(shè)計采用的晶振為 12MHz。如圖 11 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 11 按鍵部分電路 驅(qū)動部分 此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動部分，我選用的是 ULN2021 芯片來驅(qū)動的， ULN2021 系列是一款高耐壓，大電流達(dá)林頓管驅(qū)動器，包含 7個 NPN達(dá)林頓管。 （ 1）、產(chǎn)生 12V 的電壓給步進(jìn)電機(jī)供電 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 9 12V電路部分 （ 2）產(chǎn)生 5V 的電壓給單片機(jī)供電 圖 10 5V電路部分 按鍵部分 本次設(shè)計 選用的是單片機(jī)的 P0 口來控制信號的輸入，所以把按鍵開關(guān)和 P0 口連接起來，當(dāng)按下開關(guān) S1時，相當(dāng)于給 口一個低電平；當(dāng)按下開關(guān) S2時，相當(dāng)于給 口一個低電平；當(dāng)按下開關(guān) S3時，相當(dāng)于給 口一個低電平；當(dāng)按下開關(guān) S4 時，相當(dāng)于給 口一個低電平；當(dāng)按下開關(guān) S5時，相當(dāng)于給 口一個低電平。 其中 12V電壓給步進(jìn)電機(jī)供電， 5V電壓則給單片機(jī)供電。 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 圖 8 系統(tǒng)整圖 電源 部分 利用 LM7812 和 LM7805 芯片得到 12V 和 5V 的電壓，它們的應(yīng) 用要注意以下幾點：（ 1）輸入輸出壓差不能太大 ,太大則轉(zhuǎn)換效率急速降低，而且容易擊穿損壞； （ 2） 輸出電流不能太大， 是其極限值。在掉電模式下，保存 RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。在閑置模式下， CPU 停止工作。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 振蕩器特性： XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。 XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V 編程電源（ VPP）。 /EA/VPP：當(dāng) /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。此時， ALE只有在執(zhí)行 MOVX， MOVC 指令是 ALE 才起作用。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個 ALE脈沖。在平時， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口： P3 口管腳是 8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O 口，可接收輸出 4個 TTL 門電流。在給出地址 “1” 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 口緩沖器可接收，輸出4 個 TTL 門電流， 當(dāng) P2 口被寫 “1” 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 P1口管腳寫入 1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入， P1 口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時， P0輸出原碼，此時 P0外部必須被拉高。當(dāng) P1口的管腳第一次寫 1時，被定義為高阻輸入。 GND：接地。 低功耗的閑置和掉電模式 5 個中斷源 32 可編程 I/O線 三級程序存儲器鎖定 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命： 1000 寫 /擦循環(huán) 圖 7 單片機(jī)的引腳排列 主要特性： 由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。程序存儲器 E178。PROM 中的程序被非法復(fù)制。PROM 電可編閃速存儲器。 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） AT89C51 簡介 AT89C51的主要參數(shù) 如表 1所示： 表 1AT89C51 的主要參數(shù) 型號 存儲器 定時器 I/0 串行口 中斷 速度 （ MH） 其它特點 E178。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入 /輸出控制、時序控制等。 圖 6 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)成實際的應(yīng)用系統(tǒng)時需要加以擴(kuò)展，以適應(yīng)不同的工作情況。 圖 5典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng) 單片機(jī)在進(jìn)行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。圖 5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 。 圖 4 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)高速運行時的性能，有兩種辦法 :提高電流上升速度 VA 和減小時間常數(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 (6) 不同頻率的矩形波電壓施加到該電路上，電流波形如圖 4所示。圖 3 表明了一個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)相繞組的兩個固有屬性，電機(jī)的性能和這兩個因素密切相關(guān)。功率驅(qū)動電路向步進(jìn)電機(jī)控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子運動。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器一旦接收到來自控制器的方向信號 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)各相勵磁繞組導(dǎo)通或截止信號?？刂破鞯姆较蛐盘枦Q定步進(jìn)電機(jī)的順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)控制器發(fā)出步進(jìn)脈沖和方向信號，每發(fā)一個脈沖，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個步距角，即步進(jìn)一步。 米 P=2πfM/400( 半步工作） （ 2） 其中 f為每秒脈沖數(shù)（簡稱 PPS） 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)介紹 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)簡介 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)動器 .步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動系統(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)動器的優(yōu)劣。M Ω=2π 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)動電源、及驅(qū)動電壓） 。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 / 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，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 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。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(jìn)電機(jī)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。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 2所示： 圖 2步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖 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號齒和 A、 B相繞組產(chǎn)生錯齒， 5 號齒就和 A、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 圖 1 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖 學(xué)院 機(jī)電工程系 xxxx 屆 自動化專業(yè) 畢業(yè)論文（設(shè)計） 開始時，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD斷開， B相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4號齒就和 C、 D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒， 5號齒就和 D、 A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒 。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就 能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。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