【正文】 流程圖 圖32步進(jìn)電機(jī)升頻控制流程圖16 走一步子程序流程 圖33走一步子程序流程圖 系統(tǒng)運行程序分析入口：升頻步長、定時常數(shù)數(shù)據(jù)區(qū)的首地址分別為1300H,1400H。設(shè)計的最小啟動頻率為100HZ，在升頻過程中每按一次升頻鍵，步進(jìn)電機(jī)升300HZ后勻速運行，這樣易于發(fā)現(xiàn)因數(shù)據(jù)區(qū)的數(shù)據(jù)不合理而導(dǎo)致電機(jī)出現(xiàn)失步的狀況。5%，工作溫度0~40℃~55℃二、2764引腳的功能表27 2764引腳的功能 引腳名稱功能A0~A12地址線CE 芯片允許OE 輸出允許D0~D7數(shù)據(jù)線PGM編程NC未接三、EPROM2764的工作方式選擇：表28 EPROM2764的工作方式選擇引腳模式CE（20）OE（22）PGN（27）VCC（8）Q0~Q7（11~13）（15~19）讀VILVIL+5V +5V輸出閑置VIH——+5V+5V高阻編程VIL——+21V+5V輸入編程檢驗VILVIL+21V+5V輸出編程禁止VIH——+21V+5V高阻四、EPROM的擴(kuò)展電路EPROM2764使用單獨的控制信號和指令，控制信號為8031引腳PSEN的輸出，只有PSEN為低電平時，2764才能輸出它與OE相連讀取數(shù)據(jù)用MOVC查表指令，本設(shè)計中片選信號CE與74LS139的Y0相連，只有CE=0時，才選中讀芯片。因此，選用8K的EPROM2764低8位地址由P0口通過鎖存器提供，高5位由P2口提供，ROM可與RAM共用地址總線和數(shù)據(jù)總線。二、6264芯片的引腳功能表25 6264芯片的引腳功能 引腳名稱功能A0~A12地址輸入CS1片選1CS2片選2WE寫允許OE讀允許D0~D7數(shù)據(jù)輸出輸入NC不接三、6264的操作方式表26 6264的操作方式引腳 操作方式CS1（20）CS2（26）OE（22）WE（27）D0~D7（11~13）（15~19）閑置或數(shù)據(jù)1——————高阻保持（掉電）——0————高阻輸出禁止0111高阻讀0101輸出看0110輸出寫0100輸出 程序存儲器擴(kuò)展在8031內(nèi)，無程序存貯器，故要在片外擴(kuò)展程序存貯器，以存貯監(jiān)控程序，目前用EPROM作為單片外部存貯器為常用的擴(kuò)展方法。 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展8031中有256B的RAM，可供用戶的只有128B，容量太小不能滿足要求，根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，需在片外擴(kuò)展一片8K8的RAM，靜態(tài)的RAM擴(kuò)展電路簡單，且RAM中數(shù)據(jù)通過有源電路來保持，所以選用靜態(tài)RAM6264芯片。第一個LED顯示器顯示1時電機(jī)正傳，顯示0時電機(jī)反轉(zhuǎn)。顯示器由5個發(fā)光的LED（發(fā)光二極管顯示器）組成，均采用共陽極接法。：本系統(tǒng)選用8255的工作方式0，即基本輸入/輸出方式，這種方式不需要任何選通信號，A口、B口及C口的兩個4位口中任何一個都可被設(shè)定為輸入或輸出口，作為輸出口時，輸出數(shù)據(jù)被鎖存，作為輸入口時，輸入數(shù)據(jù)不鎖存。本文中只使用8255的PA口用來擴(kuò)展鍵盤，其入口地址為4000H。 I/O擴(kuò)展8031對步進(jìn)電機(jī)的控制是需要借助面板上的一些功能鍵即通過幾個I/O接口把功能鍵與8031相連接鍵的狀態(tài)輸入到CPU中，CPU則根據(jù)功能鍵的狀態(tài)輸出與之相應(yīng)的脈沖到步進(jìn)電機(jī)。一、74LS373的引腳功能表21 74LS373引腳功能引腳名稱功能D0~D7數(shù)據(jù)輸入Q7~Q0地址輸出OE使能端LE輸出控制二、74LS373功能表表22 74LS373功能表輸出控制使能數(shù)據(jù)輸出LEOED7~D0Q7~Q01011100000XQ0X1X高阻ALE作為低8位地址鎖存控制信號鎖存器的輸出端連到地址總線上去。 地址鎖存器 8031在系統(tǒng)擴(kuò)展時，如程序存貯器擴(kuò)展，8031的P0口線作用ROM、RAM的地址線低8位，同時P0口還擔(dān)當(dāng)數(shù)據(jù)傳送任務(wù)，這樣8031的地址和數(shù)據(jù)采用同一引腳分時輸出，就要借助地址鎖存器。六. 用戶線P1口：P1口與步進(jìn)電機(jī)相連，為電機(jī)輸入控制脈沖，以控制步進(jìn)電機(jī)。EA：EA=0時訪問外部程序存貯器，由于8031中無ROM，將EA接地。分別與8031的外圍芯片的RESET引腳相接，可同時使單片機(jī)及其它芯片復(fù)位。控制外圍芯片的讀寫。在本系統(tǒng)中P3口作為專門功能口使用。本系統(tǒng)控制字為01H（DB）：寬度為8位，數(shù)據(jù)由P0口提供（AB）：寬度為16位，本系統(tǒng)用13位地址訪問2764或6264，P0口經(jīng)地址存儲器提供低8位（與數(shù)據(jù)分時輸出），P2口直接提供高5位。SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRIRI:接受中斷標(biāo)志TI:發(fā)送中斷標(biāo)志SM0,SM1:工作方式控制本系統(tǒng)方式字為00H二. 8031有兩個定時/計數(shù)器，本系統(tǒng)選用T0作為定時器使用。一. 8031有4個全雙工通信的串行口，在本系統(tǒng)用作顯示器，此時串行口工作在同步移位寄存器工作方式：其中RXD串行輸入顯示數(shù)據(jù)，TXD輸出同步移位時鐘，數(shù)據(jù)存放在發(fā)送寄存器SBUF中。圖14 步進(jìn)電機(jī)升降頻曲線洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第2章 步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計 控制方案的確定本文采用目前國內(nèi)比較常用的單片機(jī)及其外圍芯片對整個回路進(jìn)行控制，單片機(jī)選用51系列的8031芯片，程序存儲器選用EPROM2764芯片，數(shù)據(jù)存儲器選用6264芯片，8255芯片用于鍵盤口擴(kuò)展，地址鎖存器為74LS373，選用5個74LS164和5個8段數(shù)碼管用于顯示。軟件控制與硬件控制相比來說，具有運行可靠，改動方便的特點，而且可以降低成本。而且隨著系統(tǒng)使用的時間越來越長，元器件會發(fā)生變值，造成電機(jī)升降頻存在阻尼。同理降頻時應(yīng)為反指數(shù)曲線。且步進(jìn)電機(jī)在啟動時，由于其靜態(tài)慣性大，需以較小的加速升頻，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動越來越快時，其運動慣性逐漸增大，可以較大的加速度升頻。系統(tǒng)運行起來以后，如果達(dá)到終點時立即停止發(fā)送脈沖串，令其立即停止，則由于系統(tǒng)慣性作用，電機(jī)轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過平衡位置，如果負(fù)載的慣性很大，會使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到接近終點平衡位置的下一個平衡位置，并在該位置停下。一般情況下，系統(tǒng)的極限啟動頻率比較低，而要求的運行速度往往比較高。這樣步進(jìn)電機(jī)就可以很快的走完全程且不失步。 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件的一個顯著特點是速度啟停能力，若符合不超過步進(jìn)電機(jī)所提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能迅速使步進(jìn)電機(jī)啟動或停止，一般步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)速度為100～1000步/秒，如果步進(jìn)電機(jī)是以逐漸加速到最大值然后逐漸減速到零的方式工作，其速度可增加到28倍，而不失步。只要負(fù)載在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍內(nèi)，那么，每個脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的步距角度。因此，單片機(jī)的主要作用就是把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制。典型的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)原理圖，如圖13所示。但是，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)，由軟件代替步進(jìn)控制器，問題將大大簡化，不僅簡化了線路，降低了成本，而且可靠性也大大提高。功率放大器的作用就是把控制器輸出的環(huán)形脈沖加以放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)控制是由緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門組成的。典型的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，如圖12所示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。常用m表示。 電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時序為ABBCCDDA為正轉(zhuǎn)，通電時序為DACDBCAB時為反轉(zhuǎn)。曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點為負(fù)載的最大速度點。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。 最大空載的運行頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。稱之為失步。（2） 軸向分布式：電機(jī)各相按軸向依次排列。m以上，可以直接驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載。m）只能驅(qū)動較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動機(jī)床工作臺等較大的負(fù)載。（2） 激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實現(xiàn)步進(jìn)運行。 方表11 步進(jìn)電機(jī)的分類分 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)的分類方式很多，常見的分類方式有按產(chǎn)生力矩的原理、按輸出力矩的大小以及按定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量進(jìn)行分類等。本文根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的動力學(xué)方程和矩頻特性曲線建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法,對升降速的過程進(jìn)行離散處理,用定時器控制發(fā)出脈沖的時間間隔,采用查表和計算相結(jié)合的方法實現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的升降速過程的控制。從步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性可知,啟動頻率越高,啟動轉(zhuǎn)矩越小,帶動負(fù)載的能力越差。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制用途電動機(jī)的最大特點是：步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制信號（電脈沖信號），并將這些脈沖信號轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移。第三章給出了整個系統(tǒng)的運行流程，以及重要子系統(tǒng)的流程，最終編寫了完整的運行程序。本文第一章系統(tǒng)介紹了步進(jìn)電機(jī)的分類，結(jié)構(gòu)，以及它的工作原理。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。另一方面，微型計算機(jī)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進(jìn)電動機(jī)推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機(jī)床、小功率機(jī)械加工機(jī)床、測量儀器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機(jī)械等。 步進(jìn)電動機(jī)的發(fā)展與計算機(jī)工業(yè)密切相關(guān)。可是在人類社會進(jìn)入自動化時代的今天，傳統(tǒng)電動機(jī)的功能已不能滿足工廠自動化和辦公自動化等各種運動控制系統(tǒng)的要求?；趩纹瑱C(jī)的步進(jìn)電機(jī)畢業(yè)設(shè)計目　錄前　言 1第1章 步進(jìn)電機(jī)工作原理 2 步進(jìn)電機(jī)的分類 2 步進(jìn)電機(jī)的各項參數(shù)指標(biāo) 3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成 5 步進(jìn)電機(jī)工作原理 6第2章 步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計 8 控制方案的確定 8 所用芯片的選擇 8 CPU選擇 8 地址鎖存器 10 I/O擴(kuò)展 10 顯示接口 12 數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展 12 程序存儲器擴(kuò)展 13 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)硬件原理圖 14第3章 軟件設(shè)計 15 主程序流程 15 升降頻子程序流程 16 走一步子程序流程 17 系統(tǒng)運行程序及分析 18結(jié)　論 28謝 辭 29參考文獻(xiàn) 30附　錄 31外文資料翻譯 32前　言步進(jìn)電動機(jī)已成為除直流電動機(jī)和交流電動機(jī)以外的第三類電動機(jī)。傳統(tǒng)電動機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過程中起著關(guān)鍵的作用。為適應(yīng)這些要求，發(fā)展了一系列新的具備控制功能的電動機(jī)系統(tǒng)，其中都有自己的特點，應(yīng)用最為廣泛的一類便是步進(jìn)電動機(jī)。自從步進(jìn)電動機(jī)在計算機(jī)外圍設(shè)備中取代小型直流電動機(jī)以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進(jìn)了步進(jìn)電動機(jī)的發(fā)展?，F(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)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)等。現(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。第二章著重介紹了本系統(tǒng)的硬件控制方案，對用到的外圍芯片做了簡單的介紹。第1章 步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。步進(jìn)式伺服驅(qū)動系統(tǒng)是典型的開環(huán)控制系統(tǒng)。它受驅(qū)動控制線路的控制，將代表進(jìn)給脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場合具有一定的使用價值。當(dāng)啟動頻率較高時,啟動時會造成失步,而停止時由于慣性作用又會發(fā)生過沖,所以在步進(jìn)電機(jī)控制中必須要采取升降速控制措施。本系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。根據(jù)不同的分類方式，可將步進(jìn)電機(jī)分為多種類型，如表11所示。 類 式具 體 類 型按力矩產(chǎn)生的原理（1） 反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實現(xiàn)步進(jìn)運行。按輸出力矩大?。?） 伺服式：輸出力矩在百分之幾之幾至十分之幾（N（2） 功率式：輸出力矩在550 N按定子數(shù)（1）單定子式（2）雙定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相繞組分布（1） 徑向分布式：電機(jī)各相按圓周依次排列。 動態(tài)指標(biāo)失步： 電機(jī)運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 最大空載起動頻率： 電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 運行矩頻特性： 電機(jī)在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。 如圖11 所示，曲線3電流最大、或電壓最高。 要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。圖11 電流（或電壓）對動力矩的影響 靜態(tài)指標(biāo)相數(shù)：產(chǎn)生不同對磁極N、S磁場的勵磁線圈對數(shù)。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以三相電機(jī)為例，有三相三拍運行方式即ABBCCAAB，三相六拍運行方式即 A