【正文】 果通電順序相反，則步進電機 正向 轉(zhuǎn)動。 CPU 在非中斷時間內(nèi)可以處理其他事件，唯有到了中斷時間驅(qū)動步進電機一個脈沖信號。在步進電機控制系統(tǒng)中單片機的主要作用是產(chǎn)生脈沖序列 ，它是通過 8051 單片機的 P1 口發(fā)送的。根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求進行 正反轉(zhuǎn)控制、加減速控制、鍵輸控制 等 ，并根據(jù)功能要求進入各個功能模塊。 硬件部分包過時鐘電路設(shè)計、復(fù)位電路設(shè)計、鍵盤和顯示部分設(shè)計、步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計、功率放大電路設(shè)計 、 光電耦合部分設(shè)計 及電源電路設(shè)計 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 10 第 3 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計 思想 軟件系統(tǒng)采用 MCS51單片機匯編語言編寫，時鐘晶振為 6MHz，故每條指令周期為 2181。轉(zhuǎn)向控制線可實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)向的控制，當(dāng)輸出高電平“ 1”時，環(huán)行分配器按正方向進行脈沖分配，步進電機正向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出低電平“ 0”時，環(huán)行分配器按反方向進行脈沖分配，步進電機反方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)需要恒速運行時，就發(fā)出恒定頻率的控制脈沖；當(dāng)需要加速運行時，就發(fā)出頻率遞增的控制脈沖；當(dāng)需要減速運行時，就發(fā)出頻率遞減的控制脈沖；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時，只需要停止發(fā)脈沖就可以了。由于單片機控制系統(tǒng)與驅(qū)動器之間只有兩條控制線，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化。一條發(fā)出時鐘脈沖信號來控制步進電機的轉(zhuǎn)速；另一條發(fā)出轉(zhuǎn)向信號控制步進電機的轉(zhuǎn)向。 單片機對 步進電機的控制原理 單片機對步進電機的控制有串行控制和并行控制兩種方式。三相雙三拍的運行方式是ABBCCAAB??方式供電。除了這種運行方式外，三相步進電機還可以三相六拍和三相雙三拍運行。 [7] 這種按 ABCA??方 式運行的稱為三相單三拍運行。其轉(zhuǎn)速取決與各控制繞組通電和斷電的頻率（即輸入脈沖的頻率），旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 三相反應(yīng)式步進電機及硬件電路 9 通電的順序。斷開 B相，接通 C相，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過 30 度，使轉(zhuǎn)子齒 1,3 的軸線與 C 極軸線對齊。 當(dāng) A 相控制繞組通電 ,而 B相和 C 相不 通 電時，由于磁通具有力圖走磁阻最 小路徑的特點，所以轉(zhuǎn)子齒 1,3 的軸線與定子 A極軸線對齊。轉(zhuǎn)子也是由疊片鐵心構(gòu)成，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，轉(zhuǎn)子只有 4 個齒，齒寬等于定子的極靴寬。 三相反 應(yīng)式 步進電機的結(jié)構(gòu)和原理 本設(shè)計中選用的是 三相反應(yīng)式步進電機 ， 下面對其結(jié)構(gòu)和原理作進行簡要的說明。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。 這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的 誤差而無累積誤差等特點 ， 使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 步進電機的種類很多 ，一般分為反應(yīng)式 、 混合式 、 永磁式 、 直線式四大類 ， 其中反應(yīng)式和混合式比較常用 。 總之，本 設(shè)計既能結(jié)合工業(yè)生產(chǎn) 生活 的實際又能 達到 本次畢業(yè) 設(shè)計的 要求 。這種步進電機的接口電路，可以通過對單片機的設(shè)定，用同一種電路，實現(xiàn)對各種勵磁方式 下 4 相步進電機的控制和驅(qū)動，從而大大提高了接口電路的靈活性和通用性。 東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 7 傳統(tǒng)的步進電機控制方法 是由觸發(fā)器產(chǎn)生控制脈沖來進行控制的，由此種方法構(gòu)成的控制系統(tǒng) 具有 電路復(fù)雜、 靈活性差 、控制精度低、生產(chǎn)成本高、 調(diào)試和維護麻煩等缺點。現(xiàn)在 驅(qū)動器 不僅要求穩(wěn)定性好，還要便于實現(xiàn)。轉(zhuǎn)向控制線可實現(xiàn)對步進電機轉(zhuǎn)向的控制，當(dāng)輸出高電平“ 1”時，環(huán)行分配器按正方向進行脈沖分配，步進電機正向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出低電平“ 0”時，環(huán)行分配器按反方向進行脈沖分配，步進電機反方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)需要恒速運行時，就發(fā)出恒定頻率的控制脈沖；當(dāng)需要加速運行時，就發(fā)出頻率遞增的控制脈沖；當(dāng)需要減速運行時，就發(fā)出頻率遞 減的控制脈沖；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時，只需要停止發(fā)脈沖就可以了。由于單片機控制系統(tǒng)與驅(qū)動器之間只有兩條控制線，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化。一條發(fā)出時鐘脈沖信號來控制步進電機的轉(zhuǎn)速；另一條發(fā)出轉(zhuǎn)向信號控制步進電機的轉(zhuǎn)向。 單片機對步進電機的控制有串行控制和并行控制兩種方式。 (6)編 寫 控制系統(tǒng) 主程序，繪制程序流程圖。 (4)用 PMM8713 作為步進電機的接口芯片。 (2)用 6位 LED顯示器組成高亮度的顯示電路 來 顯示步進電機的轉(zhuǎn)速等 運行參數(shù) 。 研究內(nèi)容和方法 本課題的主要任務(wù)是設(shè)計一個單片機 對 步進電機 進行控制 的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容和方法如下。因此，本設(shè)計鍵盤和顯示部分選用 8255A 芯片。 8255A 是有 Intel 公司生產(chǎn)的 NMOS 器件，輸入和輸出與 TTL 電平兼容。 (3)確定鍵盤 /顯示器。 ② 輸入 、輸出通道 的確定： 除了 鍵盤 /顯示器的輸入 /輸 出外 ,輸出通道還有驅(qū)動步進電機信號的輸出通道。 確定設(shè)計方案 通過 對控制系統(tǒng)的分析 ,確定了如下的設(shè)計方案 ： (1)確定系統(tǒng)的 I/O 點數(shù)和通道 ： ① 輸入 和輸出 量的確定 ： 輸入量 ： 主要是鍵盤輸入。 (3)要求實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速 可控 和旋轉(zhuǎn)角度可控。但步距角一般比較大 方案二 ： 單片機對反應(yīng)式步進電機的控制 其特點是： 反應(yīng)式步進電動機 (VR).它的結(jié)構(gòu)簡單 ,生產(chǎn)成本低 ,步距角可以做的 相當(dāng) 小 方案三 ： 單片機對混合式步進電機的控制 其特點是： 混合步進電動機 (HB).它綜合了反映式和永磁式兩者的優(yōu)點 ,步距角小 ,出力大 , 確定設(shè)計方案 本設(shè)計所選的是方案二單片機對三相反應(yīng)式步進電機的控制，因其結(jié)構(gòu)簡單成本低等優(yōu)點 明確課題任務(wù) 單片機 對步進 電機的 控制有如下幾項要求 ： (1)為用戶使用方便 ,需要實現(xiàn)人機交互。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 度而五相步進角一般為 度。 列舉設(shè)計方案 常見的步進電機分三種：永磁式（ PM），反應(yīng)式（ VR）和混合式（ HB），永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 度 或 15 度；反應(yīng) 式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 度 。而且 由 傳統(tǒng)的觸發(fā)器 構(gòu) 成的控制系統(tǒng)具有控制 電路復(fù)雜 、控制精度低、生產(chǎn) 成本高等缺點 。 [7] 驅(qū)動系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀表明，在步進電機驅(qū)動的研究中，國外所采用的集成技術(shù)由于涉及到微電子技術(shù)、集成電路加工技術(shù)、電力電子技術(shù)的前沿，不易在國內(nèi)開發(fā)出來，因而我們利用國外的半導(dǎo)體器件和集成元件設(shè)計出適合我國國情的高性能驅(qū)動器是比較現(xiàn)實的做法。此外，在步進電機的速度控制中，我們尋求的最佳升降速曲線是根據(jù)步進電機的動力學(xué)特性及矩頻特性得到的，在數(shù)學(xué)上這種曲線方程是比較復(fù)雜的，人們很難找到一種硬件電路來模擬它，只能在一定頻段內(nèi)做一種比較大的近似來擬合。比如環(huán)形分配器，就是由多個標準數(shù)字集成電路按照邏輯真值表組合而成，不同類型的 電機、不同的工作方式就需要有不同的環(huán)形分配器，如果更換了電機類型或改變工作模式，則整個硬件電路需要重新設(shè)計。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 緒論 3 電流調(diào)檔設(shè)定，可驅(qū)動電流符合的國內(nèi)外各種四相兩相混合式步進電機?？筛鶕?jù)不同步進電機的電流需求選擇相應(yīng)的驅(qū)動器。驅(qū)動電為 24V～ 70V，直流供電；正弦波細分恒流驅(qū)動；最大輸出驅(qū)動電流 6A/相；最大30000 步 /轉(zhuǎn)的十六種細分模式可選；輸入信號光電隔離；可適應(yīng)共陽、共陰、單 /雙脈沖多種模式；脫機保持功能；提供節(jié)能的自動半電流鎖 定功能。有多種細分選擇，最小步距角可設(shè)為 176。產(chǎn)品采用恒流斬波，脈寬調(diào)制驅(qū)動方式，使用電壓范圍寬，電流可調(diào)，具有低噪音，高可靠性等特點。 國內(nèi)驅(qū)動器概況 步進電機系統(tǒng)由于發(fā)展較早，電機成本低、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動電源的成本不高，因而具有良好的市場競爭力，國內(nèi)出現(xiàn)的經(jīng)濟型數(shù)控機床及其高檔產(chǎn)品絕大多數(shù)使用步進電機系統(tǒng)作為伺服結(jié)構(gòu)。目前由于集成芯片受到耐壓、電流容量的限制，一般只能用于小功率步進電機的驅(qū)動。 TA8435H 是東芝公司推出的一款步進電機專用驅(qū)動芯 片。采用這類專用集成電路，可驅(qū)動 3~5 相電機，可選擇勵磁方式；轉(zhuǎn)速精確，設(shè)定的轉(zhuǎn)速范圍寬、加減速的過渡時間及上升陡度可根據(jù)負載選定；此外還有單步運轉(zhuǎn)和不同的停止方式等功能。對于開環(huán)使用的步進電機，實現(xiàn)合理的加減速過程便可使其達到較高的運行頻率而不失步或過沖。目前，國外對步進電機的控制與驅(qū)動的一個重要發(fā)展方向是大量采用專用芯片，結(jié)果是大大縮小了驅(qū)動器的體積，明顯提高了整機的性能，比較典型的芯片有兩類。 國外驅(qū)動器發(fā)展概況 對步進電機的控制，國外主要采用步進電機及相應(yīng)的細分驅(qū)動器，很多半導(dǎo)體公司早已將單片機用于電機的控制。單片機在調(diào)整電源輸出電壓的同時還要檢測電路的輸出電流，當(dāng)輸出電流超過給定值時，就啟動保護電路，實現(xiàn)保護功能。市電經(jīng)整流濾波、功率校正電路變成直流電送入功率變換電路 (DC/DJ)，功率變換電路在脈沖寬度調(diào)制電路 (PWM)和單片機的控制下輸出穩(wěn)定的直流電壓。 [1] 現(xiàn)階段，單片機控制技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，其核心技術(shù)是單片機控制系統(tǒng)的設(shè)計。直流伺服電機系統(tǒng)的性能較好，但制造和維護成本較高，目前已有被交流伺服取代的趨勢。目前，世界上的伺服系統(tǒng)可歸為步進電機系統(tǒng)、直流電機伺服系統(tǒng)、交流電機伺服系 統(tǒng)。 stepping motor。 When needs to decelerate moves, sends out the control pulse which the frequency decreases progressively。 Another sends out changes the signal control to stepbystep electrical machinery two signals all are send in stepbystep the electrical machinery driver input end, in the driver include move in a circle the divider, to stepbysteps the electrical machinery excitation way control and the control pulse assignment all is by moves in a circle the divider to between monolithic integrated circuit control system and driver only then two pilot wires, thus causes the system structure is greatly the control system sends out the corresponding control pulse according to the speed control request from the clock pulse pilot wire then to stepbystep the electrical machinery rotational speed to carry on the needs the constant speed movement, sends out the constant frequency the control pulse。當(dāng)需要恒速運行時，就發(fā)出恒定頻率的控制脈沖；當(dāng)需要加速運行時，就發(fā)出頻率遞增的控制脈沖；當(dāng)需要減速運行時，就發(fā)出頻率遞減的控制脈沖 ；當(dāng)需要鎖定狀態(tài)時，只需要停止發(fā)脈沖并通入直流電就可以了。由于單片機控制系統(tǒng)與驅(qū)動器之間只有兩條控制線，從而使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化。一條發(fā)出時鐘脈沖信號來控制步進電機的轉(zhuǎn)速；另一條發(fā)出轉(zhuǎn)向信號控制步進電機的轉(zhuǎn)向。 單片機對步進電機的控制有串行控制和并行控制兩種方式。東華理工大學(xué)長江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 摘 要 用單片機控制步進電機的驅(qū)動電源是近年來發(fā)展起來的一種新型步進電機驅(qū)動電源的控制方式。利用單片機控制步進電機不僅靈活、方便、便于實現(xiàn)、編程容易、節(jié)約成本，并且結(jié)構(gòu)簡單、可靠性好、抗干擾能力強，因此可在工業(yè)領(lǐng)域中得到廣泛運用。本設(shè)計采用串行控制方式，此方式下單片機控制系統(tǒng)與步進電機驅(qū)動器之間只有兩條控制線。這兩個信號都是送