【正文】 [14]劉國永 , 陳杰平 . 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 安徽 : 安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào) , 2021, 16 (4) : 6163. [15]孫笑輝 ,韓曾晉 . 減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法 [J]. 電氣傳動(dòng) , 2021 (1) : 811. 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 21 附錄 附錄一源程序清單 匯編語言源程序 KEY1 BIT 。 這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有很大的幫助，在此衷心感謝老師的耐心輔導(dǎo)。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 19 致 謝 本論文是在周老師的精心指導(dǎo)下完成的。其中整個(gè)系統(tǒng)的前期準(zhǔn)備是首先必須做到位的，如控制什么、用什么控制、得到什么結(jié)果，進(jìn)而對各部分應(yīng)選擇具體的芯片作進(jìn)一步的考慮，以使系統(tǒng)得到最優(yōu)的表現(xiàn)。如：利用鍵盤輸入轉(zhuǎn)速值實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的控制，動(dòng)態(tài)設(shè)置最低轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速等。 本系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)膶?shí)用功能 ,兩片單片機(jī)分別實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制和測速，能基本符合實(shí)際應(yīng)用需求，本次設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)時(shí)間較短，個(gè)人能力以及精力等因素的限制，加之設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，該系統(tǒng)還有許多不盡如人意的地方。 軟件設(shè)計(jì)主要是通過編寫程序代碼，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的控制。 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 18 第 五 章 總 結(jié) 經(jīng)過周 老師耐心細(xì)致的指導(dǎo)，經(jīng)過近兩個(gè)月的努力，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)告一段落。 運(yùn)行結(jié)果 連接好硬件電路，上電復(fù)位，程序開始運(yùn)行。 ，調(diào)試發(fā)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)速度的控制范圍過小，查閱資料后發(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。 S 磁極。 12V 直流電源，測量 LM7805 輸出腳對地電壓，是否為 5V左右，這個(gè)電壓的測量可以直接在 L7805 的 OUT 腳和 GND 之間完成。 ，在多次運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)按鍵是否按下難以直觀準(zhǔn)確判斷，在此處進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，為每一個(gè)按鍵接上一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)有鍵按下時(shí)，相對應(yīng)的發(fā)光二極管變亮，使得按鍵動(dòng)作形象直觀。主要有： 1. 確定步進(jìn)電機(jī)的使用方法，和控制模式。 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為：首先從整體上劃分出各功能模塊，然后硬件和軟件同時(shí)進(jìn)行依次完成各個(gè)功能模塊，最后將各個(gè)模塊聯(lián)系起來完成整個(gè)系統(tǒng)。 各模塊控制的詳細(xì)程序附于最后。最后恢復(fù)現(xiàn)場，返回，等待下次中斷。進(jìn)入中斷程序后，首先要保護(hù)現(xiàn)場，再根據(jù)當(dāng)前值設(shè)置 TH0 和 TL0的值。 如圖 所示 : 圖 掃描鍵盤字程序流程圖 鍵盤處理子程序流程圖 按鍵處理子程序流程圖如圖 所示： 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂仆ㄟ^啟停定時(shí)器 T0 來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槎〞r(shí)器 T0 控制著脈沖信號的輸出，關(guān)閉定時(shí)器 T0 也就阻止了脈沖信號的輸出。延時(shí) 10ms 后再次掃描 P2 口，第二次與初始值比較，若相等則表明前一次比較不相等是由抖動(dòng)產(chǎn)生；如果相等則表明確實(shí)有鍵按下。然后循環(huán)調(diào)用讀鍵盤子程序和鍵盤處理子程序，等待中斷，以便實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制。 程序流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主程序在對整個(gè)系統(tǒng)初始化后主要完成讀鍵盤和處理鍵盤的功能，如圖 所示 : 圖 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主程序流程圖 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 系統(tǒng)上電復(fù)位后，先調(diào)用初始化子程序，對步進(jìn)電機(jī)各端口，相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化，設(shè)置 T0 工作方式控制時(shí)間常數(shù)。 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 ULN2021連接的步進(jìn)電機(jī)只有一個(gè)引出端導(dǎo)通。 ULN2021 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。 ULN2021 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。如圖 所示 : 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRSVCCGNDGNDD714D613D512D411D310D29D18D07E6RW5RS4VSS1VDD2VEE3L C D 1L M 0 1 6 L234567891R P 1RE S P A C K 8V C CD0D1D2D3D4D5D6D7 圖 數(shù)碼管顯示電路 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 ULN2021 為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。 在本設(shè)計(jì)中所采用的是共陰極 LCD 液晶顯示器，這里用四位一體數(shù)碼管 SM420361K： 型號： SM420361K12P 類別： 4 位一體共陰 規(guī)格：長寬高 管腳標(biāo)號： 12986 公共腳、 A1 B C4 D E F G DP3 在本設(shè)計(jì)中采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示轉(zhuǎn)速，數(shù)碼顯示電路通 過交替向 和 輸出低電平，使得與這兩個(gè)端口連接的數(shù)碼管公共端交替為低電平，從而為數(shù)碼管提供導(dǎo)通回路，通過對交替時(shí)間的控制實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管在視覺上的不間斷顯示。當(dāng) RS和 R/W 共同為低電平時(shí)可以寫入指令或者顯示地址 ； 當(dāng) RS 為高電平 R/W為低電平時(shí)可以寫入數(shù)據(jù)。 RS： 寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器 ； 低電平時(shí)選擇指令寄存器。 這里向大家介紹一款 LCD1602 液晶顯示模塊，它可以顯示兩行，每行 16 個(gè)字符，采用單 +5V 電源供電，外圍電路配置簡單，價(jià)格便宜，具有很高的性價(jià)比。其原理是在第一次檢測到有鍵按下時(shí)，執(zhí)行一段延時(shí) 10ms 的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有 鍵按下，從而消除了抖動(dòng)的影響。消除按鍵抖動(dòng)通常采用硬件、軟件兩種方法。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個(gè)按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時(shí)，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時(shí)，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。 一個(gè)電壓信號在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動(dòng)，一般為 5— 10ms；兩次抖動(dòng)之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時(shí)間由按鍵動(dòng)作所決定；第一次抖動(dòng)前和第二次抖動(dòng)后為斷開狀態(tài)。鍵盤實(shí)質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。 220V轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷?12V和直流 5V分別供給驅(qū)動(dòng)模塊和單 片機(jī)模塊 。 NPN達(dá)林頓連接晶體管 ULN2021為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 ，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)盤每次帶動(dòng)小磁片經(jīng)過霍爾片時(shí)，其都將有脈沖信號從霍爾片輸出。利用 I/O口為數(shù)碼管的 端提供低電平。并且鍵盤上連接有發(fā)光二極管，以指示鍵盤狀態(tài)。 、加速鍵和減速鍵、啟停鍵，分別與單片機(jī)的 、 和 相連。復(fù)位電路為單片機(jī)系統(tǒng)提供可靠復(fù)位，使單片機(jī)能正常啟動(dòng)。 步進(jìn) 電機(jī)控制系統(tǒng)的組成 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)共分為六個(gè)模塊：單片機(jī)最小系統(tǒng)模塊、鍵盤控制模塊、數(shù)碼顯示模塊 、測速模塊、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和電源模塊。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， AT89C51 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正確的控制信號組合，并 保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。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。 （ 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)位信號輸入端 /備用電源輸入端。 （ 4） PSEN（ 29）：片外 ROM 選通信號，低電平有效。 （ 3） XTL1（ 19）和 XTL2（ 18）：振蕩電路。由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中， ATMEL 的 AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案 單片機(jī)的引腳 功能 （ 1） VCC（ 40）：電源 +5V。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 （ 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)。而在最高轉(zhuǎn)速時(shí)，要求為 100 轉(zhuǎn) /分，即 48000 脈沖 /分，相當(dāng)于 。下面首先計(jì)算一下定時(shí)時(shí)間。改變轉(zhuǎn)速，只要改變 、 （或 、 反向）輪流變低電平的時(shí)間即可達(dá)到要求，因?yàn)椴粫绊懙狡渌δ艿膶?shí)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)間可以用延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。開機(jī)時(shí)， 、 均為高電平，依次將 、 （或 、 反向）切換為低電平即可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行。將 COM 端標(biāo)識為 C，只要 AC、 BC 或 /AC、 /BC，輪流加電就能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，加電的方式可以有多種，如果將 COM 端接正電源，那么只要用開關(guān)元件（如三極管） ，將 A、 B或 /A、/B 輪流接地。 其接線圖如圖 所示 : 圖 CZ2801 型永磁步進(jìn)電機(jī)接線圖 無錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 7 從圖中可以看出，電機(jī)共有四組線圈，四組線圈的一個(gè)端點(diǎn)連在一起引出，這樣一共有 5 根引出線。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，性能最好。 2. 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； 3. 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)。 1. 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。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 10. 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 8. 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接使用交流電源和直流電源。 6. 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停，正反轉(zhuǎn)及變速。 5. 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價(jià)，又非常的可靠。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。 3. 步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 2. 步進(jìn)電機(jī)外表 不 允許較高的溫度。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。例如：三相步進(jìn)電機(jī) 的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?A— B— C— D，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 相的通斷。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱 HB）。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能