【正文】 上小數(shù)點就是 8個。步進(jìn)電機硬件接線圖如圖 6 所示。 圖 5 按鍵模塊原理圖 步進(jìn)電機工作模塊 將四相步進(jìn)電機四個端口直接接到單片機 ~ 即可 ， 另兩個端口接到+12V 的高電平給步進(jìn)電機供電。 （ 2） SW14 為啟 /?？刂崎_關(guān) ， 控制整個系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。所以這個設(shè)計中開關(guān)斷開時才是有效的。 按鍵選擇工作狀態(tài)模塊 5 個按鍵開關(guān)一端通過電阻接高電平，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對應(yīng)也接到單片機的 P1 口分別為 ~。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，與晶振一起的兩個電容設(shè)為 15PF。硬件圖如圖 4 所示。 4 硬件設(shè)計 系統(tǒng)總原理圖 圖 3 系統(tǒng)總原理圖 根據(jù)設(shè)計要求用 PROTEUS 所做的硬件連線圖如圖 3。而動態(tài)顯示方式計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 步進(jìn)電機控制系統(tǒng) 5 將各數(shù)碼管的對應(yīng)字段的引腳都并聯(lián)在一起， 線路簡單 ， 減少接口 ， 不需片外擴展?？刂品绞椒譃殪o態(tài)顯示方式和動態(tài) 顯示方式。其中步數(shù)顯示模塊中 LED 構(gòu)成數(shù)碼管 ， 要求顯示 4 位十進(jìn)制數(shù) 故用到 4 位數(shù)碼管。其他方式情況類似。若步進(jìn)電機的勵磁方式為四相八拍，即 AABBBCCCDDDAA。在步進(jìn)電機停轉(zhuǎn)時 ,為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 圖 2 步進(jìn)電機工作原理圖 步進(jìn)電機的啟?？刂? 步進(jìn)電機由于其電氣特性 ,運轉(zhuǎn)時會有步進(jìn)感 ,即振動感。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。依次A、 B、 C、 D A、 B、 C、 D 方向轉(zhuǎn)動。 當(dāng)開關(guān) SC 接通電源 ， SB、 SA、 SD 斷開時 ， 由于 C 相繞組的磁力線和 4 號齒之 間磁力線的作用 ，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。因此，單片機通過向步進(jìn)電機驅(qū)動電路發(fā)送控制信號就能實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。整體框圖如圖 1： 計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 步進(jìn)電機控制系統(tǒng) 3 圖 1 系統(tǒng)整體框圖 3 系統(tǒng)實現(xiàn)的原理說明 步進(jìn)電機控制工作原理 步進(jìn)電機的工作原理 步進(jìn)電機通過輸入脈沖信號進(jìn)行控制，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖總數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。 由此可知所需要設(shè)計一個系統(tǒng) ，可以通過不同按鍵來選擇步進(jìn)電機的工作方式， 且有 LED 發(fā)光二極管來顯示電機對應(yīng)的工作狀態(tài) ， 除此之外還能在數(shù)碼管上顯示出步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動的步數(shù)。 四是 4 位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。 三是步進(jìn)電機的工作模塊。在設(shè)計要求中步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)是紅燈亮 ，反轉(zhuǎn)是黃燈亮， 停止不轉(zhuǎn)是綠燈亮。硬件上直接把開關(guān)分別接在單片機的接口上 ， 通過查詢端口信號來動作 ， 將控制信號處理。 根據(jù)要求整個設(shè)計大體可分為四塊 ： 一是 5 個按鍵 SW11SW13 將用戶所需來選擇步進(jìn)電機的工作狀態(tài)。用 3 個發(fā)光二極管顯示狀態(tài) ； 正轉(zhuǎn)時紅燈亮 ， 反轉(zhuǎn)時黃燈亮 ， 不轉(zhuǎn)時綠燈亮。仿真結(jié)果收到了預(yù)期的效果。最后根據(jù)思路所設(shè)計出來的硬件圖設(shè)計相適應(yīng)的軟件?？梢酝ㄟ^開關(guān)來控制系統(tǒng)的啟 /停工作，當(dāng)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時， 用開關(guān) 來控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起， 同樣由開關(guān)來選擇工作模式。 單片機實現(xiàn)的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點 ， 該系統(tǒng)采用80C51 單片機作為主控芯片 ， 來完成對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動及 LED 顯示的控制。計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 步進(jìn)電機控制系統(tǒng) 1 摘要 本設(shè)計詳細(xì)介紹了基于單片機的四相步進(jìn)電機控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機通過輸入脈沖信號進(jìn)行控制 ， 即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖總數(shù)決定 ，因此， 單片機通過向步進(jìn)電機發(fā)送控制信號就能實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。 本設(shè)計主要由單片機 80C51， 4 相步進(jìn)電機， 7 段數(shù)碼管 及一些其他相關(guān)元件設(shè)計而 成， 分為按鍵選擇工作狀態(tài)模塊、步進(jìn)電機工作模塊、 LED 二極管顯示工作狀態(tài)模塊以及 4 位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊。運 轉(zhuǎn)時， 用 4 位 7 段數(shù)碼管來輸出步數(shù)。 電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計思路清晰， 同時利用 KEIL 和 Proteus 進(jìn)行聯(lián)調(diào)仿真 ，結(jié)果比較直觀。 關(guān)鍵字 ： 四相步進(jìn)電機、單片機、 PROTEUS 仿真 計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 步進(jìn)電機控制系統(tǒng) 2 1 設(shè)計任務(wù)及要求 設(shè)計一個四相步進(jìn)電機控制系統(tǒng)， 要求系統(tǒng)具有如下功能 ： 用 SW11SW13 作為 通電 方式選擇鍵 ， SW11 為四相單四拍 ， SW12 為四相雙四拍 ， SW13 為四相八拍 ； SW14 為啟動 /停止控制、 SW1 方向控制 ； 用 4 位 LED 數(shù)碼管顯示工作步數(shù)。 2 方案論證 設(shè)計思路與方案 本次設(shè)計是一個對于四相步進(jìn)電機的控制系統(tǒng) ， 而單片機實現(xiàn)的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點 ， 此系統(tǒng)選用 51 單片機即可。我們將開關(guān)連入單片機的 P1 口 ， 通過按鍵開關(guān)的高低電平狀態(tài)來讀入我們所需的控制信號。 二是 3 個 LED 發(fā)光二極管的顯示步進(jìn)電機工作狀態(tài)模塊。設(shè)計中將 3 個發(fā)光二極管分別接到單片機 P3 口 受到單片機的輸出信號控制。要想步進(jìn)電機按照我們 想要的方式運轉(zhuǎn)， 將步進(jìn)電機一端接到 +12V 的電源， 一端接到單片機 P3 口， 受單片機的輸出信號控制。設(shè)計中主要是利用軟件編程的算法來實現(xiàn)步數(shù)的累計和顯示 ，同樣， 4 位數(shù)碼管接到單片機的 P0 口和 P2 口受單片機輸出信號的控制 ， 在硬件上使用的是動態(tài)顯示的接法。 總體設(shè)計框圖 此系統(tǒng)主要由單片機、步進(jìn)電機、步數(shù)顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。步進(jìn)電機的驅(qū)動電路是根據(jù)單片機產(chǎn)生的控制信號進(jìn)行工作。 如圖 2 所示，開始時，開關(guān) SB 接通電源， SA、 SC、 SD 斷開， B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、 3 號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的 4 號齒就和 C、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒 ， 5 號齒就和 D、 A 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。而 0、 3號齒和 A、 B 相繞組產(chǎn)生錯齒 ， 5 號齒就和 A、 D 相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 8 0 C 5 1 單 片 機 核 心 控制L E D 數(shù) 碼 管顯 示 步 數(shù) 模塊步 進(jìn) 電 機 工作 模 塊按 鍵 選 擇 工作 狀 態(tài) 模 塊L E D 顯 示 工作 狀 態(tài) 模 塊計算機控制技術(shù)及工程應(yīng)用 步進(jìn)電機控制系統(tǒng) 4 四相步進(jìn)電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。為了使電機轉(zhuǎn)動平滑 ,減小振動 ,可在步進(jìn)電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進(jìn)電機的步進(jìn)角 ,提高電機運行的平穩(wěn)性。 步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向控制 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)。如果按反序通電換相 ,即則電機就反轉(zhuǎn)。 步數(shù)顯示模塊原理 步數(shù)顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都是通過單片機輸出信號控制發(fā)光二極管 LED 的亮滅。 要控制多位的顯示電路， 需要有字段控制和字位控制。靜態(tài)顯示方式， 每一位的顯示器都需要配一個 8 位輸出口來輸出該字位的七段 碼， 需要片外擴 展輸出口。這里選用動態(tài)顯示方式。 各部分硬件原理圖設(shè)計 單片機控制模塊 單片機選用最經(jīng)典的 80C51，其 4 個 I/O 口都要用到， P3 接步進(jìn)電機驅(qū)動電X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435