【正文】 后發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)思路不太合理，原先的設(shè)計(jì)思路是用主程序控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，采用延時(shí)方式控制步進(jìn)電機(jī)速度，由定時(shí)器處理鍵盤；改進(jìn)程序，主程序用來處理鍵盤，由定時(shí)器控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度由定時(shí)器定時(shí)時(shí)間決定。 ，轉(zhuǎn)速不明顯， 應(yīng)當(dāng)對每個(gè)檔位中斷的二維數(shù)組值改變大點(diǎn)。此處尤為重要，這是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是確定軟件是否能控制步進(jìn)電機(jī)思路的開端。 在硬件調(diào)試的過程中，遇到了很多問題。 圖 12 定時(shí)器中斷 0 服務(wù)程序流程圖 5 系統(tǒng)調(diào)試與改進(jìn) 調(diào)試與改進(jìn) 在系統(tǒng)完成后測試系統(tǒng)，檢查硬件和軟件是否能夠協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對系統(tǒng)出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，看是否能夠達(dá)到系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設(shè)想的效果，如達(dá)不到則重新修 改系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)或者修改軟件的程序部分，直到達(dá)到設(shè)計(jì)需要為止。然后判斷轉(zhuǎn) 動(dòng)方向控制位的值，最后恢復(fù)現(xiàn)場，返回，等待下次中斷。 圖 11 按鍵處理子程序流程圖 電機(jī)控制中斷程序流程圖 定時(shí)器中斷 0 服務(wù)程序流程圖如圖 12 所示 : 定時(shí)器中斷 0 服務(wù)程序的中斷時(shí)間由當(dāng)前的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。執(zhí)行鍵盤之程序里的指令，將相應(yīng)的變量值改變，為鍵盤處理子程序做準(zhǔn)備。 主程序流程圖 系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速與電機(jī)減速的 幾部分組成，其主程序框圖如圖 9 所示： 2020 屆電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 13 圖 9 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖 讀按鍵子程序流程圖 按鍵采用掃描的方法，與初始值比較，相等則說明沒有鍵按下，不相等則軟件消抖，以便確認(rèn)是否真的有鍵按下。 在本設(shè)計(jì)中，主程序采用查詢方式掃描鍵盤端口，檢測按鍵動(dòng)作是否發(fā)生，若有按鍵動(dòng)作則處理鍵盤，根據(jù)按鍵值修改相應(yīng)參數(shù)值，實(shí)現(xiàn)鍵盤的實(shí)時(shí)處理功能。這樣就使得與姓名： xxx 論文題目：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 ULN2020 連接的步進(jìn)電機(jī)只有一個(gè)引出端導(dǎo)通。 ULN2020 芯片高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列產(chǎn)品屬于可控大功率器件。功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力，以便于驅(qū)動(dòng)各種類型的負(fù)載。 ULN2020 的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) TTL 系列兼容。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。 Q1 Q2 Q3 Q4V C CR6R7R8R9P20P21P22P23. . . .a bcdefgdp1H 2H 3H4HS M G7L E D1H 2H 3H4Ha f be ddp c g4H3H2H1H 圖 6 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路 2020 屆電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 11 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，我們在這里采用 ULN2020 為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號(hào)。由于它的價(jià)格便宜使用簡單在 電器 特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極 接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。其原理圖如圖 5 所示 : S4S1S2S3正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)減速加速P 30P 31 圖 5 鍵盤控制模塊原理圖 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路 數(shù)碼管是一種半導(dǎo)體發(fā)光 器件 ，其基本單元是 發(fā)光二極管 。由于硬件消抖電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，本設(shè)計(jì)中沒有采用，在此不再詳細(xì)敘述；軟件消抖適合按鍵較多的情況，方便簡單。 為了確保單片機(jī)對一次按鍵動(dòng)作只確認(rèn)一次按鍵 ，必須消除抖動(dòng)的影響。在本設(shè)計(jì)中，高電平表示按鍵斷開，低電平表示按鍵閉合狀體。 按鍵的閉合與否，反映在輸出電壓上就是呈現(xiàn)出高電平或低電平。鍵盤所用開關(guān)為機(jī)械彈性開關(guān)，利用了機(jī)械觸點(diǎn)的合、斷作用。 8051 單片機(jī)的內(nèi)部功能框圖如圖 4 示： 圖 4 MCS51 系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 鍵盤控制電路 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段。即“ 1”為基本型，“ 2”為增強(qiáng)型。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對外部時(shí)鐘信號(hào)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(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在由外部程序存儲(chǔ)器取 指期間，每個(gè)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(shí)， 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(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè) ALE 脈沖。在平時(shí)， ALE 端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的 1/6。 ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，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(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/O口，可接收輸出 4 個(gè) TTL門電流。在給出地址 “1”時(shí) ，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(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)， 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(gè)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(gè)TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 “1”時(shí)，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(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在 FIASH 編程時(shí)， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí) P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1時(shí)，被定義為高阻輸入。 （ 10） P2口（ 2128）：準(zhǔn)雙向 I/0 口。 （ 8） P0口（ 3932）：雙向 I/O 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。 E A /V P31X119X218R E S E T9P 3 7 / R D17P 3 6 W R16P 3 2 / IN T 012P 3 3 / IN T 113P 3 4 / T014P 3 5 / T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E/ P30P 3 1 / TX D11P 3 0 / R X D10GND20V C C40U1S TC 8 9 C 5 2 圖 3 單片機(jī)引腳圖 單片機(jī)的引腳功能 （ 1） VCC（ 40）：電源 +5V。 STC89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)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)。 2020 屆電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 7 單片機(jī)系統(tǒng) 本次設(shè)計(jì)選用 STC89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片 。 按要求，最低轉(zhuǎn)速為 20 轉(zhuǎn) /分，而上述步進(jìn)電機(jī)的步距角為 ，即每 48 個(gè)脈沖為 1周，即在最低轉(zhuǎn)速時(shí)，要求為 960 脈沖 /分，相當(dāng)于。這里以定時(shí)的方式來實(shí)現(xiàn)。如果要改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度只要改變兩次接通之間的時(shí)間。 不難設(shè)計(jì)出控制電路，因其工作電壓為 12V，因此用一塊開路輸出達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器（這里用 ULN2020，關(guān)于 ULN2020 將在后面介紹）作為驅(qū)動(dòng)，通過 、 來控制各線圈的接通與切斷。要使用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，只要輪流給各引出端通電即可。 永磁步進(jìn)電機(jī)的控制原理 在本設(shè)計(jì)以常用的永磁式步進(jìn)電機(jī)為例，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。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。 步進(jìn)電機(jī)的分類 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。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。 9. 步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)的措施。 7. 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào) 節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。同時(shí)，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 4. 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)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)電機(jī)外表溫度在 攝氏 8090 度完全正常。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其基本原理作用如下： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。 步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是，它是通過輸入脈沖信號(hào)來進(jìn)行控制的，即電機(jī) 的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率決定。 步進(jìn)電機(jī)的原理 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。 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)格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。 使用多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，單路電脈沖信號(hào)可先通過脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組。單相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。五個(gè)按鍵輸入，對應(yīng)功能分別是：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、速度加、速度減；LED 數(shù)碼管顯示電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時(shí)顯示電機(jī)運(yùn)行速度的檔數(shù)； 5 個(gè)小紅燈一個(gè)為電源指示，四個(gè) 指示電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 ULN2020 的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn) TTL 系列兼容。廣泛用于計(jì)算機(jī)，工業(yè)和消費(fèi)類產(chǎn)品中。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)的選擇 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，我們在這里采用 ULN2020 為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號(hào)。每一個(gè)脈沖信號(hào)對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)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(gè)步距角）。 系統(tǒng)是單片機(jī)控制，整個(gè)設(shè)計(jì)的電壓是 5v，所以電機(jī)的電壓也要選擇 5v 可以驅(qū)動(dòng)的，所以本實(shí)驗(yàn)選擇 28BYJ48 步進(jìn)電機(jī)作為設(shè)計(jì)對象，步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5V— DC12V。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步