【正文】 要求。原來(lái)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件的控制回路，或者集成電路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路，不利于系統(tǒng)的改進(jìn)升級(jí)。為了得到良好的控制性能，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制的研究就一直沒(méi)有停止過(guò)，許多重大的技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)明顯的步進(jìn)電機(jī)被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例如打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀機(jī)，主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和存儲(chǔ)器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)也在軍用儀器，通信和雷達(dá)設(shè)備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門(mén)控制，數(shù)控機(jī)床，電子鐘，醫(yī)療設(shè)備及自動(dòng)繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機(jī)控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用[3]。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們我國(guó)的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，但已經(jīng)在我國(guó)占有非常重要的地位，并起了很大的作用。比如在數(shù)控系統(tǒng)中就得到廣泛的應(yīng)用。正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一周的步數(shù)相同，在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。每來(lái)一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱(chēng)為一步。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變成直線位移或角位移的控制電機(jī)，其位移速度與脈沖頻率成正比，位移量與脈沖數(shù)成正比。該信號(hào)源的特點(diǎn)是：體積小、價(jià)格低廉、性能穩(wěn)定、實(shí)現(xiàn)方便、功能齊全。信號(hào)頻率幅度也按要求可調(diào)。文中簡(jiǎn)要介紹了DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)原理和使用方法，AT89C51的基礎(chǔ)理論，以及與設(shè)計(jì)電路有關(guān)的各種芯片。為了實(shí)驗(yàn)、研究方便，研制一種靈活適用、功能齊全、使用方便的信號(hào)源是十分必要的。大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課 題： 大棚溫濕度自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)電一體化 班 級(jí)： 13級(jí)機(jī)電一班 學(xué)生姓名： 王博文 學(xué) 號(hào)： 1302050116 指導(dǎo)教師： 王莉 黑龍江職業(yè)學(xué)院20 年 月第I頁(yè)黑龍江職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要各種各樣的信號(hào)是通信領(lǐng)域的重要組成部分，其中正弦波、三角波和方波等是較為常見(jiàn)的信號(hào)。在科學(xué)研究及教學(xué)實(shí)驗(yàn)中常常需要這幾種信號(hào)的發(fā)生裝置。本文介紹的是利用AT89C51單片機(jī)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器件DAC0832產(chǎn)生所需不同信號(hào)的低頻信號(hào)源，其信號(hào)幅度和頻率都是可以按要求控制的。根據(jù)對(duì)畢業(yè)生設(shè)計(jì)的要求，文中著重介紹了利用單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生上述信號(hào)的硬件電路和軟件編程。本次產(chǎn)生不同低頻信號(hào)的信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案，不僅在理論和實(shí)踐上都能滿足實(shí)驗(yàn)的要求，而且具有很強(qiáng)的可行性。關(guān)鍵詞：信號(hào)源；單片機(jī)；DAC0832第II頁(yè)黑龍江職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 I一、緒論 1 （一）引言 1二、步進(jìn)電機(jī)常見(jiàn)的控制方案與驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)介 2 （一）常見(jiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制方案 2基于電子電路的控制 2基于PLC的控制 3基于單片機(jī)的控制 4 （二）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 4 （三）本文研究的內(nèi)容 6三、步進(jìn)電機(jī)概述 6 （一）步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi) 6 （二）步進(jìn)電機(jī)的工作原理 7結(jié)構(gòu)及基本原理 7兩相電機(jī)的步進(jìn)順序 8 （三）步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn) 10四、系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 12 （一）系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 12系統(tǒng)的方案簡(jiǎn)述與設(shè)計(jì)要求 12系統(tǒng)的組成及其對(duì)應(yīng)功能簡(jiǎn)述 12單片機(jī)最小系統(tǒng) 13單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18單片機(jī)端口分配及功能 19 （四）數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì) 19共陽(yáng)數(shù)碼管簡(jiǎn)介 19共陽(yáng)數(shù)碼管電路圖 20 （五）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì) 21L298簡(jiǎn)介 21電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 22 （六）驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊設(shè)計(jì) 23OP07芯片簡(jiǎn)介 23ADC0804芯片簡(jiǎn)介 24第III頁(yè)黑龍江職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)電流檢測(cè)模塊電路圖 27 （七）獨(dú)立按鍵電路設(shè)計(jì) 27五、系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn) 28 （一）系統(tǒng)軟件主流程圖 28 （二）系統(tǒng)初始化流程圖 28 （三）按鍵子程序 28結(jié) 論 30致 謝 33參考文獻(xiàn) 34第37頁(yè)黑龍江職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)一、緒論（一）引言步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱(chēng)脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，國(guó)外一般稱(chēng)為Steppingmotor、 Pulse motor或Stepper servo，其應(yīng)用發(fā)展已有約80年的歷史。步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差，精度高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)[1]。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[2]。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)。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。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。上世紀(jì)80年代以后，由于微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式變得更加靈活多樣?；谖⑿蛦纹瑱C(jī)的控制系統(tǒng)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)，能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機(jī)的潛力。還比如為了適應(yīng)一些領(lǐng)域中高精度定位和運(yùn)行平穩(wěn)性的要求，出現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，就包括振蕩器、環(huán)行分配器控制的細(xì)分驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)斬波恒流驅(qū)動(dòng)、基于單片機(jī)的直流電壓驅(qū)動(dòng)三種常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)方式，除上述三種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方案之外，目前報(bào)道的驅(qū)動(dòng)方案還有根據(jù)匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)串行或并行通行的方式實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與步進(jìn)電機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)通信，最終實(shí)現(xiàn)由PC機(jī)直接控制步進(jìn)電機(jī)的方法。本論文就是采用這個(gè)思路進(jìn)行設(shè)計(jì)。而采用單片機(jī)的軟件和硬件結(jié)合進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程和運(yùn)算功能，充分利用單片機(jī)的各種資源，能靈活的對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計(jì)中利用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤(pán)電路有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，能做到一定的人機(jī)交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。由于脈沖控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力一般都很弱，因此必須有功率放大驅(qū)動(dòng)電路。此種控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)一般步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分任務(wù)。系統(tǒng)組成如圖11所示。開(kāi)環(huán)時(shí)，其平穩(wěn)性好，成本低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但未能實(shí)現(xiàn)高精度細(xì)分。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置和速度，然后通過(guò)反饋和適當(dāng)?shù)奶幚?，自?dòng)給出脈沖鏈，使步進(jìn)電機(jī)每一步響應(yīng)控制信號(hào)的命令，從而只要控制策略正確電機(jī)不可能輕易失步[4]。基于PLC的控制PLC也叫可編程控制器，是一種工業(yè)上用的計(jì)算機(jī)。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)有PLC,環(huán)形分配器和功率驅(qū)動(dòng)電路組成。通過(guò)PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，同時(shí)通過(guò)編程控制脈沖頻率來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。PLC控制的步進(jìn)電機(jī)可以采用軟件環(huán)形分配器，也可采用硬件環(huán)形分配器。采用硬件環(huán)形分配器，雖然硬件結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜些，但可以節(jié)省PLC資源，目前市場(chǎng)有多種專(zhuān)用芯片可以選用。采用軟件來(lái)產(chǎn)生控制步進(jìn)電機(jī)的環(huán)型脈沖信號(hào)，并用PLC中的定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生速度脈沖信號(hào)，這樣就可以省掉專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，降低硬件成本。并且在速度較高時(shí)，由于受到掃描周期的影響，相應(yīng)的控制精度就降低了。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制。由于單片機(jī)的強(qiáng)大功能，還可設(shè)計(jì)大量的外圍電路，鍵盤(pán)作為一個(gè)外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢(xún)相結(jié)合的方法來(lái)調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)的最佳控制，顯示器及時(shí)顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。本方案有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)單片機(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對(duì)控制精度的影響；(2)用軟件代替環(huán)形分配器，通過(guò)對(duì)單片機(jī)的設(shè)定，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，大大提高了接口電路的靈活性和通用性；(3)單片機(jī)的強(qiáng)大功能使顯示電路、鍵盤(pán)電路、復(fù)位電路等外圍電路有機(jī)的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性[5]。(二)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、工作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)指的是用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)級(jí)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通電和斷電，同時(shí)也是對(duì)繞組承受的電壓和電流進(jìn)行控制的技術(shù)。單電壓驅(qū)動(dòng)是通過(guò)改變電路的時(shí)間常數(shù)以提高電機(jī)的高頻特性。單電壓串電阻驅(qū)動(dòng)是在單電壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)上為電樞繞組回路串入電阻，用以改善電路的時(shí)間常數(shù)以提高電機(jī)的高頻特性。這種驅(qū)動(dòng)方式目前主要用于小功率或啟動(dòng)、運(yùn)行頻率要求不高的場(chǎng)合。但是使用這種驅(qū)動(dòng)方式的電機(jī)，其繞組的電流波形在高壓工作結(jié)束和低壓工作開(kāi)始的銜接處呈凹形，致使電機(jī)的輸出力矩有所下降。為了彌補(bǔ)高低壓電路中電流波形的下凹，提高輸出轉(zhuǎn)矩，七十年代中期研制出斬波電路，該電路由于采用斬波技術(shù)，使繞組電流在額定值上下成鋸齒形波動(dòng)，流過(guò)繞組的有效電流相應(yīng)增加，故電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩增大，而且不需外接電阻，整個(gè)系統(tǒng)的功耗下降，效率較高，因而恒流斬波電路得到了廣泛應(yīng)用，本文正是應(yīng)用恒流斬波技術(shù)實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)控制。在低速運(yùn)行時(shí)，電子控制器調(diào)節(jié)功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通角，使線路輸出的平均電壓較低，電動(dòng)機(jī)不會(huì)像在恒流斬波驅(qū)動(dòng)下那樣在低速容易出現(xiàn)過(guò)沖或共振現(xiàn)象，從而避免產(chǎn)生明顯的振蕩。調(diào)頻調(diào)壓線路性能優(yōu)于恒電壓和恒電流線路，但實(shí)際運(yùn)行中需要針對(duì)不同參數(shù)的電機(jī)，相應(yīng)調(diào)整其輸出電壓與輸入頻率的特性。細(xì)分驅(qū)動(dòng)時(shí)，繞組電流不是一個(gè)方波而是階梯波，額定電流是臺(tái)階式的投入或切除?？梢哉f(shuō)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制技術(shù)的一個(gè)飛躍[6]。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)相應(yīng)的兩個(gè)磁極就分別形成NS極產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。轉(zhuǎn)子的角位移大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時(shí)間上與輸入的脈沖同步