【正文】 角度（一個(gè)步距角）。 14 USN2020 的參數(shù) 本設(shè)計(jì)所用的 步進(jìn)電機(jī) 是 28BYJ48 型四相八拍電機(jī)，電壓為 DC5V— DC12V。輸入 5VTTL電平，輸出可達(dá) 500mA/50V。 ULN2020 是大電流驅(qū)動(dòng)陣列 ,多用于單片機(jī)、智能儀表、 PLC、數(shù)字量輸出卡等控制電路中。 圖 3 復(fù)位及時(shí)鐘振蕩電路 驅(qū)動(dòng)電路 本次設(shè)計(jì)用 ULN2020 來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，電路圖如圖 4 所示。其電容值一般在 5~30pf,晶振頻率的典型值為 12MHz,采用 6MHz的情況也比較多。由于單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。 晶振電路： 8051 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩方式和外部中斷方式。復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位，所謂手動(dòng)復(fù)位，是指通過(guò)接通一按鈕開(kāi) 13 關(guān)，使單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，晶振電路用 22PF 的電容和一 12M 晶體振蕩器組成為整個(gè)電路提供時(shí)鐘頻率。 復(fù)位電路：使用了獨(dú)立式鍵盤，單片機(jī)的 P1 口鍵盤的接口。根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時(shí)器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進(jìn)電機(jī)的輸出脈沖 頻率，從而改變了電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理可以知道，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制主要是通過(guò)控制通入電機(jī)的脈沖頻率，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 控制電路如圖 2 所示。驅(qū)動(dòng)電路主要是對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖進(jìn)行功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?？刂齐娐分灰砷_(kāi)關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進(jìn)行操作。 設(shè)計(jì)框圖如下： 10 11 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的硬件電路只要包括控制電路、最小系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路四大部分。硬件部分實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)和速度顯示功能，包括控制開(kāi)關(guān)模塊；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊和速度顯示模塊。 基于以上優(yōu)點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用基于單片機(jī)的控制方案。環(huán)形分配器其功能由單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。系統(tǒng)中采用單片機(jī)接口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動(dòng)線路。 、基于單片機(jī)的控制 采用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電 機(jī)，實(shí)現(xiàn)了軟件與硬件相結(jié)合的控制方法。但由于 PLC 的掃描周期一般為但由于 PLC 的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應(yīng)的頻率只能達(dá)到幾百赫茲，因此，受到 PLC 工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進(jìn)電機(jī)不能在高頻下工作，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速控制。步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路將 PLC 輸出的控制脈沖放大，達(dá)到比較大的驅(qū)動(dòng)能力，來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。采用軟件環(huán)形分配器占用 PLC 資源較多，特別是步進(jìn)電機(jī)繞組相數(shù)大于 4 時(shí)，對(duì)于大型生產(chǎn)線應(yīng)該予以考慮。環(huán)形脈沖分配器將 PLC 輸出的控制脈沖按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分 9 配到相應(yīng)的繞組?？刂葡到y(tǒng)采用 PLC 來(lái)產(chǎn)生控制脈沖。 PLC 作為新一代的工業(yè)控制器，由于具有通用性好、實(shí)用性強(qiáng)、硬件配套齊全、編程簡(jiǎn)單易學(xué)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于各行業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中。該方案多通過(guò)一些大規(guī)模集成電路來(lái)控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，功能相對(duì)較單一，如需改變控制方案，必須需重新設(shè)計(jì)，因此靈活性不高。采用閉環(huán)控制，即能實(shí)現(xiàn)高精度細(xì)分，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 脈沖控制器功率放大驅(qū)動(dòng)電路環(huán)形分配器步進(jìn)電機(jī) 圖 基于電子電路控制系統(tǒng) 此種方案即可為開(kāi)環(huán)控制，也可閉環(huán)控制。這個(gè)系統(tǒng)由三部分組成：脈沖信號(hào)產(chǎn)生電路、脈沖信號(hào)分配電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路。步進(jìn)電機(jī)與控制電路、功率放大驅(qū)動(dòng)電路組成一體，構(gòu)成步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 8 2 步進(jìn)電機(jī)常見(jiàn)的控制方案論證 、基于電子電路的控制 步進(jìn)電機(jī)受電脈沖信號(hào)控制，電脈沖信號(hào)的產(chǎn)生、分配、放大全靠電子元器件的動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。 本設(shè)計(jì)采用單片機(jī) AT89C52 來(lái)作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 ULN2020 構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來(lái)構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電 機(jī)控制系統(tǒng)。 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到 單片機(jī)給它的 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。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，在改革開(kāi)放初期，國(guó)內(nèi)就已經(jīng)基本掌握，這與交流電動(dòng)機(jī)的矢量控制相比，難度要低得多。 總的來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)是一種簡(jiǎn)易的開(kāi)環(huán)控制，對(duì)運(yùn)用者的要求低，不適合在大功率的場(chǎng)合使用。國(guó)外用許多現(xiàn)代的手段將步進(jìn)電機(jī)排擠出驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，除了前面提到的旋轉(zhuǎn)編碼器，打印機(jī)還使用光電編碼帶或感應(yīng)編碼帶配合直流電動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)直線位移控制。一些少數(shù)高級(jí)的應(yīng)用，就用空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)，交流電機(jī)。中國(guó)在文化大革命中已經(jīng)生產(chǎn)和應(yīng)用，例如江蘇、浙江、北京、南京、四川都生產(chǎn)，而且都在各行業(yè)使用，驅(qū)動(dòng)電路所有半導(dǎo)體器件都是完全國(guó)產(chǎn)化的，當(dāng)時(shí)是全分立元器件構(gòu)成的邏輯運(yùn)算電路，還有電容耦合輸入的計(jì)數(shù)器，觸發(fā)器，環(huán)形分配器。因而，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的研究也就顯得尤為重要了。除了在數(shù)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，近年來(lái)由于微型計(jì)算機(jī)方面的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制發(fā)生了革命性變革。目前世界各國(guó)都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)也取得了很大的發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)能夠自行研制開(kāi)發(fā)適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 5 1 緒論 課題研究的目的和意義 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(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。 總 結(jié) .................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 仿真調(diào)試的操作步驟 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 主程序設(shè)計(jì) ................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 最小系統(tǒng) ..................................................................................................... 10 驅(qū)動(dòng)電路 ..................................................................................................... 11 顯示電路 ..................................................................................................... 13 總體電路圖 ................................................................................................. 14 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 基于 單片機(jī)控制 ........................................................................................... 7 3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) ...........................................