【正文】 能超過其電源電壓，也不能低于0V，未用的輸入端必須與電源或地端相接，而輸出端則不許短路。第一，要考慮元件的失效問題，如元件本身的缺陷和工藝問題。本控制系統(tǒng)是基于MCS—51系列中8051單片機控制。由于在系統(tǒng)設(shè)計中某些功能用硬件和軟件都能實現(xiàn)，在設(shè)計中必須綜合考慮成本等因素具體劃分軟硬件功能。接下來要根據(jù)單片機系統(tǒng)中可能涉及到的I/O接口、存儲器、顯示器等器件和設(shè)備進行選擇，使之符合系統(tǒng)在精度、速度和可靠性等方面的要求。第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計簡介在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，首先應(yīng)根據(jù)對系統(tǒng)的功能要求及其應(yīng)用環(huán)境等確定合理的、具體的功能和技術(shù)指標(biāo)，對應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性、通用性、先進性、可維護性以及成本等進行綜合考慮，以盡量合理并符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。步進電動機的驅(qū)動方式有多種，如單電壓驅(qū)動，雙電壓驅(qū)動，斬波驅(qū)動等，因本設(shè)計選用步進電動機的功率不是很高，所以控制系統(tǒng)為單電壓驅(qū)動步進電動機。使直流電源以脈沖方式向繞組L供電。 步進電動機的驅(qū)動系統(tǒng)步進電動機使用脈沖電源工作。將離散所得的轉(zhuǎn)速序列所對應(yīng)的定時常數(shù)序列，做成表格存儲在程序存儲器中。因為電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系接近指數(shù)規(guī)律。所以，按直線加速時，有可能造成因轉(zhuǎn)矩不足而產(chǎn)生失步現(xiàn)象。但是，由于步進電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速是非線性關(guān)系。其加減速曲線都是直線，因此容易編程實現(xiàn)。圖21是加、減速運行，通常按照加、減速運行曲線沒有一個固定的模式，根據(jù)經(jīng)驗和試驗得到的。那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度移動到指定位置。如果非常緩慢的升降速，步進電動機自然不會產(chǎn)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響了執(zhí)行機構(gòu)的工作效率。如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率輸入，步進電動機要發(fā)生失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動。對于自己搭建（環(huán)形分配器）的脈沖分配方式，可以控制步進脈沖的頻率來實現(xiàn)調(diào)速。 步進電動機的特性 步進電動機的速度及其加減速控制 步進電動機的速度控制步進電動機的速度控制通過控制單片機發(fā)出的步進脈沖頻率來實現(xiàn)。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。其基本原理作用如下： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。 步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。第二章 步進電動機原理及其控制技術(shù) 步進電動機的原理步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。由于單片機體積小，重量輕，抗干擾能力強，對環(huán)境要求不高，價格低廉，指令功能強，運行速度快，可靠性高及靈活性好，開發(fā)也較為容易，所以國內(nèi)近些年來已將其廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控、機電設(shè)備、儀器儀表、軍事設(shè)置、家用電器等方面的自動化、智能化[1]。并且不論被控量的大或小，都可以保證足夠的控制精度。控制精度高。如果須要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路、只須修改程序即可。其特點如下：。單片機在一個集成芯片中，集成有微處理器（CPU）、存儲器（RAM和ROM）、基本的I/O接口以及定時/計數(shù)部件，即在一個芯片上實現(xiàn)一臺微型計算機的基本功能。它有輸入脈沖與電機軸轉(zhuǎn)角成比例的特征。由于步進電動機的轉(zhuǎn)速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調(diào)速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現(xiàn)同步控制，所以廣泛地使用在開環(huán)系統(tǒng)中，也還可用在一般通用機床上，提高進給機構(gòu)的自動化水平?，F(xiàn)在，步進電動機的發(fā)展已歸結(jié)為單段式結(jié)構(gòu)的磁阻式、混合式和爪極結(jié)構(gòu)的永磁式三類。另一方面，微型計算機和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，又將作為數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行部件的步進電動機推廣應(yīng)用到其他領(lǐng)域，如電加工機床、小功率機械加工機床、測量儀器、光學(xué)和醫(yī)療儀器以及包裝機械等。步進電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)密切相關(guān)?？墒窃谌祟惿鐣M入自動化時代的今天，傳統(tǒng)電動機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。步進電動機已成為除直流電動機和交流電動機以外的第三類電動機。到上世紀(jì)七十年代，步進電動機的生產(chǎn)進入了全盛時期，其產(chǎn)量每年都已11%的指數(shù)遞增。 課題的意義我國對步進電動機的研制及應(yīng)用起步不算太晚，早在1958年，我國的一些科研院所就研制成功了反應(yīng)式步進電動機，并開始應(yīng)用到數(shù)控機床中。1952年，美國麻省理工學(xué)院首先研制成三坐標(biāo)數(shù)控銑床。后來，由于無觸點式電子開關(guān)元器件的出現(xiàn)，解決了步進電動機勵磁繞組快速換向的問題。直到上世紀(jì)三十年代初這些理論才被真正用于指導(dǎo)步進電動機的設(shè)計與生產(chǎn)。到上世紀(jì)初，由于戰(zhàn)爭的需要，造船工業(yè)發(fā)展迅猛。為實現(xiàn)單片機控制步進電動機系統(tǒng)在數(shù)控機床上的特殊應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計了兩個外部中斷，以實現(xiàn)步進電動機在某段時間內(nèi)的反復(fù)正反轉(zhuǎn)功能，也即數(shù)控機床的刀架自動進給運動?？刂葡到y(tǒng)通過單片機存儲器、I/O口、中斷、鍵盤、LED顯示器的擴展，步進電動機的環(huán)形分配器、驅(qū)動及保護電路、人機接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動電路等的設(shè)計。摘 要步進電機是一種進行精確步進運動的機電執(zhí)行元件，它廣泛地用于工業(yè)機械的數(shù)字控制。為使系統(tǒng)的可靠性，通用性，可維護性以及性價比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求及步進電動機應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實現(xiàn)了基于8051單片機的四相步進電動機的開環(huán)控制系統(tǒng)。實現(xiàn)了四相步進電動機的正反轉(zhuǎn)、急停等功能。關(guān)鍵詞：8051單片機，四相步進電動機，控制 ABSTRACTThe stepping motor is a precision electromechanical incremental widely uses the digital approach for control of industrial dependable,in general use that make system,can support sex an sex price ratio superior,divide the line according to control system funcion request and a function for entering electric motor applying environment,making sure designing system hardware with softwares, from but realizes to base on single chip microputer 8051 of four mutually the step enters the dynamoelectric opening the wreath the control the control system passes the single saving maching,I/O in a machine, break off,the keyboard, the display of LED expands, a wreah for entering elecreic motor form assigns the machine,drive and the design of its protection electric circuit, manmachine connection electric circuit, interrupt system and reset circuit, singlevoltage driver circuit and so on,realizes four mutually the step enters the electric motor positive and negative to turn, nasty stop to wait the realizing single chip microputer control a special application for entering electric motor system in severalth contorling machine bed, the system designed two exteriors breaks off,toing realize a the step enters electric motor is in a certain time of again and again positive and negative turn the function, also count namely the knife that control the machine bed is automatic to enter to the sport.KEYWORD：single chip microputer 8051；fourphase stepper motor ；control目 錄摘要Abstract第一章 引言…………………………………………………………1 課題的來源與意義…………………………………………………1 課題的意義……………………………………………………2第二章 步進電動機原理及其控制技術(shù)……………………………5 步進電動機的原理…………………………………………………5 步進電動機的速度及其加減速控制…………………………………6 步進電動機的速度控制…………………………………………6 步進電動機的加、減速控制…………………………………… 6 步進電動機的驅(qū)動系統(tǒng)…………………………………………… 7第三章 系統(tǒng)總體設(shè)計簡介………………………………………… 8 系統(tǒng)功能………………………………………………………… 8 系統(tǒng)組成及其器件選擇…………………………………………… 9 系統(tǒng)組成……………………………………………………… 9 器件選擇……………………………………………………… 9 系統(tǒng)的可靠性及抗干擾設(shè)計……………………………………… 10 軟件的可靠性設(shè)計………………………………………………10 硬件抗干擾措施……………………………………………… 10 軟件抗干擾措施……………………………………………… 11第四章 硬件的設(shè)計…………………………………………………12 單片機控制步進機系統(tǒng)原理圖及說明………………………………12 系統(tǒng)模塊之一—四相混合式步進電動機環(huán)形分配器……………12 系統(tǒng)模塊之二—四相步進電動機驅(qū)動及保護電路………………14 系統(tǒng)模塊之三—人機接口電路…………………………………14 系統(tǒng)模塊之四—中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路………………………… 14 系統(tǒng)模塊之五—各檔直流電源…………………………………15 單片機原理……………………………………………………… 16 MCS—51單片機……………………………………………… 16 MCS—51單片機引腳功能……………………………………… 17 MCS—51單片機的存儲器結(jié)構(gòu)………………………………… 20 并行輸入及輸出端口結(jié)構(gòu)………………………………………21 單片機的片外總線結(jié)構(gòu)…………………………………………… 25 單片機的片外總線結(jié)構(gòu)…………………………………………25 系統(tǒng)外設(shè)接口………………………………………………………27 鍵盤接口原理………………………………………………… 27 鍵盤的控制要求……………………………………………… 29 譯碼器及地址鎖存器………………………………………………30 3—8譯碼器：74LS138………………………………………… 30 地址鎖存器：74LS373………………………………………… 30第五章 軟件的設(shè)計………………………………………………… 32 軟件設(shè)計流程圖……………………………………………………32 設(shè)計相關(guān)程序…………………………………………………… 34結(jié)論………………………………………………………………… 44參考文獻……………………………………………………………45致謝…………………………………………………………………47附錄…………………………………………………………………48第一章 引言 課題的來源與意義早在十九世紀(jì)三十年代就出現(xiàn)了步進電動機，那時候的步進電動機實際上是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，工作原理同今天的反應(yīng)式步進電動機沒有什么區(qū)別。在上世紀(jì)二十年代到三十年代間，一些雜志先后刊登了一些步進電動機在航海技術(shù)方面應(yīng)用的文章，介紹了步進電動機的設(shè)計和計算方法。但由于其性能不能滿足速度不斷提高的艦船的要求，使得這項技術(shù)徘徊了數(shù)十年之久，一度幾乎被廢棄。所以，在上世紀(jì)中期，步進電動機又重新崛起。數(shù)控機床的出現(xiàn)提高了生產(chǎn)效率，推動了機械制造業(yè)的發(fā)展，對于采用哪種類型的電機作為進給機構(gòu)的驅(qū)動元件一直是爭論的焦點，經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場試驗，發(fā)現(xiàn)使用步進電動機作為進給機構(gòu)的驅(qū)動元件是較理想的選擇，這一應(yīng)用使得步進電動機的使用范圍更加廣泛。進入上世紀(jì)六十年代中期，結(jié)構(gòu)新穎的步進電動機相繼問世，為了降低電機功耗以及提高效率，人們發(fā)明了永磁式和混合式步進電動機。到目前為止，步進電動機已被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、自動生產(chǎn)線、自動化儀表、計算機外圍設(shè)備、繪圖儀、電子手表等多方面。傳統(tǒng)電動機作為機電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進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系統(tǒng)，其中較有自己特點，且應(yīng)用十分廣泛的一類便是步進電動機。自從步進電動機在計算機外圍設(shè)備中取代小型直流電動機以后，使其設(shè)備的性能提高，很快地促進了步進電動機的