【正文】 實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟動(dòng)，當(dāng) S1 狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)部程序檢測(cè) 的狀態(tài)來(lái)跳動(dòng)相應(yīng)的啟動(dòng)程序，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)控制。矩陣式接口方式結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，占用資源較少，通常用在按鍵較多的時(shí)候使用。電整個(gè)系統(tǒng)方案簡(jiǎn)潔、設(shè)計(jì)成本低廉、性能可靠、現(xiàn)場(chǎng)使用方便。另外, L298 是獨(dú)立的芯片 , 所以應(yīng)用是十分靈活的。采用此設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，, 可靠性高和占空間少。應(yīng)用 L298 芯片可方便的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并結(jié)合單片機(jī)進(jìn)行控制，即可以實(shí)現(xiàn)用相對(duì)便宜的價(jià)格組成一個(gè)性能不錯(cuò)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。另一種是：使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)。通過(guò)使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。因此本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用 CPU 間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。本次設(shè)計(jì)采用第二種方式改變頻率，進(jìn)而來(lái)控制速度的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是 CP 脈沖的周期，該方法簡(jiǎn)單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn)行，適合較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。圖 42 系統(tǒng)仿真圖 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式選擇 步進(jìn)電機(jī)控制是一個(gè)比較精確的控制，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的 CP脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。 42 圖所示模鍵盤(pán)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊298N 芯片單片機(jī)AT89S51 P2 P0 1602 液晶顯示器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度檢測(cè)反饋西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）16型處于運(yùn)行狀態(tài)。仿真圖是根據(jù)實(shí)際電路所搭建。調(diào)用 PID 程序，通過(guò)改變脈沖周期調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。通過(guò) L298N 來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。鍵盤(pán)做為外設(shè)，進(jìn)行功能的選擇，啟動(dòng)，轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)速減少，停止等操作。在負(fù)載能力范圍允許內(nèi)，就能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)獨(dú)立起停、轉(zhuǎn)向、速度、位置變化的控制。 圖 38 “L”懸空傳感器檢測(cè)到物體時(shí)連接電路 圖“L”懸空傳感器檢測(cè)到物體時(shí) LED 燈發(fā)光。圖 35 是 L298N 功能邏輯圖,圖 36 是L298N 的引腳圖 [25]。1 腳和 15 腳下管的發(fā)射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。4腳 VS 接電源電壓，VS 電壓范圍 VIH 為＋2．5～46 V。L298N 芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。 L298 概述L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是 15 腳 Multiwatt 封裝的 L298N，內(nèi)部同樣包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路。主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓可達(dá) 46V；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá) 3A，持續(xù)工作電流為 2A；內(nèi)含兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器線(xiàn)圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。 L298 簡(jiǎn)介 L298 的原理L298N 是 ST 公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。但 RAM 定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。 此外，AT89S51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。（2）芯片擦除：　　整個(gè) PEROM 陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來(lái)完成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2 應(yīng)不接。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 單片機(jī)的主要特性與 MCS51 兼容 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000 寫(xiě)/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：全靜態(tài)工作：0Hz24Hz 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、 128*8 位內(nèi)部西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）12RAM、32 可編程 I/O 線(xiàn)、兩個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5 個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 [19]。（9）P1 口（ 18）：準(zhǔn)雙向通用 I/0 口。（6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端 /備用電源輸入端。（4）PSEN（29）：片外 ROM 選通信號(hào)，低電平有效。（3）XTL1（ 19）和 XTL2（18）：振蕩電路。 單片機(jī)的引腳功能（1）VCC（ 40）：電源+5V。該器件采用ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。Error! No text of specified style in document.113 主要芯片介紹 89S5l 單片機(jī)簡(jiǎn)介本次設(shè)計(jì)以 CPU 選用 89S5l 作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片．89S51 的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫(xiě)數(shù)達(dá)幾萬(wàn)次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容 MCS5l 系列單片機(jī)的所有功能。（5）步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接用交流電源或直接電源。（3）步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于起停、正反轉(zhuǎn)及變速。（2）由步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常方便、廉價(jià)，又非?？煽?。（3）減速過(guò)程的總步數(shù)電動(dòng)機(jī)在減速過(guò)程中每走一步，減速的總步數(shù)就減 1，直到減為 0，減速過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行 [15]。（1）加速過(guò)程的總步數(shù)電動(dòng)機(jī)在升速過(guò)程中每走一步，加速總步數(shù)就減 1，直到減為 0，加速過(guò)程結(jié)束，進(jìn)入恒速過(guò)程。為了簡(jiǎn)化，減速也采用與加速時(shí)相同的方法，只不過(guò)其過(guò)程是加速時(shí)的逆過(guò)程。為了簡(jiǎn)化，我們用速度級(jí)數(shù) N 與一個(gè)常數(shù) C 的乘積去模擬，并且保持的時(shí)間用步數(shù)來(lái)代替。由圖可見(jiàn)，離散后速度并不是一直上升的，而是每升一級(jí)都要在該級(jí)上保持一段時(shí)間，因此實(shí)際加速軌跡呈階梯狀。下面舉例來(lái)說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)加、減速控制程序的編制。 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制的一般作法是：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步，步數(shù)減 1，如果沒(méi)有失步存在，當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)到達(dá)目標(biāo)位置時(shí)，步數(shù)正好減到 0。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 [13]。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制如果給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，起各相通電順序?yàn)?ABCD，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C,D 相地通斷，這就是所謂脈沖環(huán)形分配器 [12]。 換相順序的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的通電換相順序嚴(yán)格按照步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作方式進(jìn)行。環(huán)形分配器主要有兩大類(lèi)：一類(lèi)是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱(chēng)軟環(huán)形分配器、另一類(lèi)是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱(chēng)為硬環(huán)形分配器。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制原理 由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線(xiàn)或角位移的執(zhí)行元件，它不西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）8能直接接到交直流電源上，而必須使用專(zhuān)用設(shè)備—步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連續(xù)變化的脈沖信號(hào)，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列。 不難推出：電機(jī)定子上有 m 相勵(lì)磁繞阻，其軸線(xiàn)分別與轉(zhuǎn)子齒軸線(xiàn)偏移1/m,2/m……(m1)/m,1。往往采用 AABBBC－CCAA 這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步 1/3 て改變?yōu)?1/6 て。 由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。 如 A 相通電，B，C 相不通電，齒 4 與 A 對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò) 1/3 て ，這樣經(jīng)過(guò) A、B、C 、A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前一齒）移到 A 相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按 A，B，C， A……通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3 て,向右旋轉(zhuǎn)。 如 B 相通電，A，C 相不通電時(shí)，齒 2 應(yīng)與 B 對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò) 1/3て，此時(shí)齒 3 與 C 偏移為 1/3 て，齒 4 與 A 偏移（て1/3 て）=2/3 て。 與齒 5 相對(duì)齊，（A39。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’將變得沒(méi)有意義，用戶(hù)只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角 [8]。/176。/176。/176。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)產(chǎn)生不同對(duì)極 N、S 磁場(chǎng)的激磁線(xiàn)圈對(duì)數(shù)，是指電機(jī)內(nèi)部的線(xiàn)圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。、整步工作時(shí)為 176。/176。 電機(jī)固有步進(jìn)角 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本方案所選用的步進(jìn)電機(jī) [6]。 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)。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度或 15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒(méi)有積累誤差的特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用于各種開(kāi)環(huán)控制 [5]。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，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(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。Error! No text of specified style in document.52 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的介紹 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本原理步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。單片機(jī)體積小，重量輕，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，指令功能強(qiáng)，運(yùn)行速度快，可靠性高及靈活性好開(kāi)發(fā)也較為容易，國(guó)內(nèi)近些年來(lái)已將其廣泛應(yīng)用 [4]。微處理器具有很強(qiáng)的邏輯功能、運(yùn)算速度快、精度高、有大量的存儲(chǔ)單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)時(shí)，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。步進(jìn)電機(jī)的控制部分以單片機(jī)為主的微處理器控制具有如下優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性。原來(lái)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，實(shí)西安交通大學(xué)城市學(xué)院本科畢業(yè)生（論文）4現(xiàn)起來(lái)成本高、費(fèi)時(shí)多，而且一旦定型后，電路就很難改動(dòng)，因此不得不重新設(shè)計(jì)控制器。 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制優(yōu)點(diǎn)控制系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)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(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信號(hào)，它就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)解決了這一技術(shù)難題，它使得開(kāi)環(huán)控制的精度和速度大大提高，由它組成的步進(jìn)式伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化機(jī)械生產(chǎn)過(guò)程。在機(jī)電一體化中，步進(jìn)電機(jī)是最常用的一種執(zhí)行電機(jī)，它實(shí)現(xiàn)了機(jī)械中的角度、位移的數(shù)字化控制，從而使機(jī)械控制的精度大大提高。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)的振蕩及過(guò)沖問(wèn)題，嚴(yán)重限制了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍。/176。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有分辨率不高，不能精密位移。電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢(shì)，這些電勢(shì)的大小和方向?qū)?duì)繞組電流產(chǎn)生很大的影響。繞組通電時(shí)，電流不能迅速上升至額定值，電流上升率受到限制，繞組斷電時(shí)，應(yīng)該電流截止的相不能立即截止。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，一般有以下問(wèn)題:各相繞組都是開(kāi)關(guān)工作，多數(shù)電動(dòng)機(jī)繞組都是連續(xù)的交流或直流，而步進(jìn)動(dòng)機(jī)各相繞組都是脈沖式供電所以繞組電流不是連續(xù)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器；在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)方面目前采用更多的是由單片機(jī)提供脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。眾所周知，國(guó)內(nèi)對(duì)這方面的研究一直很活躍，但是可供選用的高性能的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器卻很少，而且國(guó)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)器方面基本都存在著體積大、外形尺寸不規(guī)則、性能指標(biāo)不穩(wěn)定及遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到系列化等問(wèn)題，這就給驅(qū)動(dòng)器的選用和安裝帶來(lái)了極大的不便，另外，隨著國(guó)內(nèi)單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，更精度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)也得到很大的發(fā)展。 研究主要內(nèi)容及其意義 隨著步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)在各種數(shù)字控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，各種數(shù)字控制系統(tǒng)隨步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能和使用條件的要求也越來(lái)越高。首先，精確的分析和設(shè)計(jì)，模型的建立和完善，是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)研究，至今還有很多工作要做，它可以為各類(lèi)問(wèn)題的深入分析提供基礎(chǔ)，為優(yōu)化設(shè)計(jì)指出方向。其它一些控制技術(shù)，如矢量控制，模糊控制，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等也獲得了飛速發(fā)展和應(yīng)用。如 F/V 變換器 (LM2917)， V/W 變換器(SG3525，TL494)，微步控制與功率器件集成在一起的芯片(A3955SB)等，更使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研制上了一個(gè)新臺(tái)階，使其性能指標(biāo)有了顯著的提高。目前已應(yīng)用于中、小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。功率集成電路(PIC )將功率器件、前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路、控制電路及保護(hù)電路等都集成在一起，具有較強(qiáng)的功能和較大的輸出功率。但隨著大功率晶體