【正文】 設(shè)計(jì) AT89S52 單片機(jī)簡介 AT89S52的主要性能 主要性能 ● 與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ● 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器 ● 1000 次擦寫周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級加密程序存儲器 ● 32 個可編程 I/O 口線 ● 三個 16 位定時器 /計(jì)數(shù)器 ● 八個中斷源 ● 全雙工 UART 串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標(biāo)識符 功能特性描述 AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。其方法是：用歐姆檔去測不同兩線之間的電阻值來確定公共端。另外， 15 五相電機(jī)的力矩通常在 2NM 以上，對小力矩的應(yīng)用是大馬拉小車，對小力矩應(yīng)用場合，最好采用兩相步進(jìn)電機(jī)，低速平穩(wěn)性問題可以通過選用細(xì)分驅(qū)動器加以解決。 兩相步進(jìn)電機(jī)和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場合有何不同？ 一般來說，兩相步進(jìn)電機(jī)步距角大，高速特性好，但是存在低速振動區(qū)；而五相步進(jìn)電機(jī)步距角小，低速運(yùn)行平穩(wěn)。以往，當(dāng) 8 線步進(jìn)電機(jī)嚴(yán)格標(biāo)成四相時，客戶自然會認(rèn)為四相電機(jī)和兩相驅(qū)動器不匹配，因此很多公司干脆將四相步進(jìn)電機(jī)和兩相步進(jìn)電機(jī)均標(biāo)成兩相。有些公司的驅(qū)動器全部安兩相設(shè)計(jì)，四相步進(jìn)電機(jī)必須改接成兩相才能使用。這是因?yàn)?，四相繞組兩兩并聯(lián)或串聯(lián)后就成為兩相繞組，四相電機(jī)就變成兩相電機(jī)了，但串聯(lián)或并聯(lián)會使電機(jī)繞組電阻和電感成倍變化，電機(jī)運(yùn)行性能也會有明顯變化。因此，一般兩相步進(jìn)電機(jī)配兩相驅(qū)動器，需要更小的步距角時，可以采用細(xì)分驅(qū)動器。電感只是和驅(qū)動電路設(shè)計(jì)上有點(diǎn)關(guān) 系。 電感： 電感的參數(shù)一般而言不是電機(jī)重點(diǎn)參數(shù)，但是它和電機(jī)有非常密切的關(guān)系，電感通電產(chǎn)生電磁感應(yīng)才有電磁力。 2 相雙極型電機(jī)是 4 根引線。 從上面可以看出，靜力矩和定位力矩的區(qū)別就是電機(jī)通電和不通電定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩的區(qū)別了。 定位力矩 （ DETENT TORQUE） 14 是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 靜力矩或者叫保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE） : 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有 轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場， A、 B、 C 三個磁極的線圈依次輪流通電，則 A、 B、 C 三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。一般電動機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進(jìn)電動機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時步進(jìn)電動機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。 用簡單的方法調(diào)整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的轉(zhuǎn)動方向，只需將電機(jī)與驅(qū)動器接線的A+和 A（或者 B+和 B）對調(diào)即可。在有些自動化設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機(jī)軸（手動方式），就可以將 FREE 信號置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)行手動操作或調(diào)節(jié)。如果采用線性電源，電源電 13 流一般可取 I 的 ～ 倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取 I 的 ～ 倍。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。串聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較低的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機(jī)相電流的 倍，因而電機(jī)發(fā)熱?。徊⒙?lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場 合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機(jī)相電流的 倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進(jìn)電動機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻 率，即步進(jìn)電動機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，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）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 步進(jìn)電動機(jī)外表允許的最高溫度： 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃 至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電動機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。 步進(jìn)電動機(jī)與其它電動機(jī)不同，其標(biāo)稱額定電壓和額定電流只是參考值；又因?yàn)椴竭M(jìn)電動機(jī)是以脈沖方式供電，電源電壓是其最高電壓，而不是平均電壓，所以，步進(jìn)電動機(jī)可以超出其額定值范圍工作。 步進(jìn)電動機(jī)在工作時，脈沖信號按一定順序輪流加到各相繞組上（由驅(qū)動器內(nèi)的環(huán)形分配器控制繞組通斷電的方式）。 12 步進(jìn)電動機(jī)的一些特點(diǎn) 。 DETENT TORQUE：是指步進(jìn)電動機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。 啟動矩頻特性：啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為啟動矩頻特性。 動態(tài)溫升：電機(jī)在某一頻率下空載運(yùn)行，按規(guī)定的運(yùn)行時間進(jìn)行工作，運(yùn)行時間結(jié)束后電機(jī)所達(dá)到的溫升叫動態(tài)溫升。步進(jìn)電動機(jī)靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。 步距精度：可以用定位誤差來表示，也可以用步距角誤差來表示。由于步進(jìn)電動機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 保持轉(zhuǎn)矩（ HOLDING TORQUE）：也叫最大靜轉(zhuǎn)矩，是在額定靜態(tài)電流下施加在已通電的步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上而不產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)矩。 。、五相的為 176。、三相的為 176。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。），這個步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)工作時的實(shí)際步距角，實(shí)際步距角和驅(qū)動器有關(guān)。（表示半步工作時為 176。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。 具有控制集成電路的步進(jìn)電動機(jī)應(yīng) 優(yōu)先考慮。 步進(jìn)電機(jī)的 選擇 首先選擇類型，其次是具體的品種與型號。 功率式：輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動較大負(fù)載（一般使用反應(yīng)式、混合式步進(jìn)電動機(jī)）。一般為兩相或四相；須供給正負(fù)脈沖信號；輸出轉(zhuǎn)矩較永磁式大（消耗功率相對較?。徊骄嘟禽^永磁式?。ㄒ话銥? 度）；斷 電時無定位轉(zhuǎn)矩；啟動和運(yùn)行頻率較高；是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn)電動機(jī)。 混合式步進(jìn)電動機(jī)：也叫永磁反應(yīng)式、永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。 永磁式步進(jìn)電動機(jī)：通常電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊沒有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其定子和轉(zhuǎn)子均由軟磁材料 制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊均勻分布小齒和槽，通電后利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)分類：步進(jìn)電動機(jī)也叫脈沖電機(jī)，包括反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)（ VR）、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（ PM）、混合式步進(jìn)電動機(jī)（ HB）等。采用但三拍或雙三拍時， C=1；采用單六拍或雙六拍時， C=2。 10 同理，我們按照 A— B— C— A 順序通電一周，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 9 度。如果此時突然變成 B 相通電，而 A、 C 兩相都不通電，則 B 相磁極迫使13 號轉(zhuǎn)子齒與之對齊，整個轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動 3 度。若以此作為初始狀態(tài)，設(shè)與 A 相磁極中心對齊的轉(zhuǎn)子齒為 0 號齒，由于 B 相磁極與 A 相磁極相差 120 度。由 此可見，錯齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。當(dāng) 某相 繞組 通電時，對應(yīng)的磁極就會產(chǎn)生磁場，并轉(zhuǎn)子形成磁路。當(dāng)某一繞組有電流通過時，該繞組相應(yīng)的兩個磁極立即形成 N 極和 S 極，每個磁極上各有 5 個均勻分布的矩形小齒。相鄰的兩個磁極間的夾角為 60 度。步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)所含的相數(shù)有關(guān)，以三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理為例。若將角位移的改變轉(zhuǎn)變?yōu)榫€位移、位置、體積、流量等物理的變化，便可以實(shí)現(xiàn)對它們的控制。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，由于它可以接受計(jì)算機(jī)來的數(shù)字信號，不需要進(jìn)行數(shù) /模轉(zhuǎn)換，所以用起來更方便。 2 步進(jìn)電機(jī)的原理 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是 工業(yè)過程控制及儀表中的主要 控制元件 之一。各個模塊之間獨(dú)立性強(qiáng)。本課題采用以 AT89S52 單片機(jī)作為檢測和控制核心的設(shè)計(jì)方法，要包括單片機(jī)單元、電機(jī)驅(qū)動單元和調(diào)速?；趩纹瑱C(jī)的智能調(diào)速步進(jìn)電機(jī)的硬件設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。本課題采用基于單片機(jī) 9 AT89S52 設(shè)計(jì)成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 課題研究主要內(nèi)容及其意義 本課題主要研究的是：以單片機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)人為、或半自動對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以及對正、反轉(zhuǎn)狀態(tài)下的步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)與控制。通過此課題使我們大學(xué)生受到較全面的電子應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用研究的工程訓(xùn)練。 1. 課題研究背景及主要內(nèi)容 課題研究背景 本課題主要研究單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)為目的。 由于勵磁繞組在空間中按一定的規(guī)律排列，輪流與直流電源接通后，就會在間隙中形成一種階躍變化的旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子步進(jìn)式的轉(zhuǎn)動，隨著接通切換頻率的增高，轉(zhuǎn) 速就會增大。步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)和普通電動機(jī)控制技術(shù)的不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號的控制。原來的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系 統(tǒng)的改進(jìn)升級。 8 參考文獻(xiàn) .......................................................................................... 39 9 附錄 ................................................................................................. 40 8 引言 步進(jìn)電動機(jī)上個世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、動作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沒有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。 control。 the same time, turn the keyboard on the motor forward and backward, and speed acceleration, deceleration control. Keywords: MCU AT89S52。 start and run a higher frequency。 step angle smaller than the permanent mag (typically degrees)。 to supply positive and negative pulse signal。 power failure has to maintain a certain torque。 output torque is small (low power consumption, current generally less than 2A, voltage 12V)。 the motor damping small, singlestep operation (refer to very low pulse frequency) vibration longer。 step angle is small。 4 Abstract Stepper motors as actuators, electromechanical integration is one of the key products, widely used in a variety of automatic control systems. With the development of microelectronics and puter technology, increasing demand for stepper motor, all applications in all areas of the national economy. Stepper motor control with simple, accurate positioning and so on. With the developm