【正文】 ................................14 The step operation of the principle of stepping motor on .......15 Chapter 3 ste ppe r motor control syste m ove rview ......................... 17 stepper motor control syste m...................................................17 The characteristics and function of the system........................20 Characteristics of the system .........................................20 system functions ............................................................21 Chapte r 4 hardware syste m design.................................................... 22 system ......................................................................................22 systemAT89C51MCU core ......................................................22 The main characteristics of............................................23 The pin...........................................................................23 Oscillator characteristics ...............................................25 chip erase .......................................................................25 minimum system ............................................................26 The peripheral circuit design ...................................................27 display circuit LCD1602 .............................................27 VI keyboard circuit .............................................................34 w atchdog reset circuit....................................................36 The drive circuit of L298N...........................................38 pow er supply circuit ......................................................41 Chapte r5 syste m software design ...................................................... 43 system software flow chart of ...................................................43 system initialization process in Figure ....................................44 The step motor running module flowchart ...............................45 system shows the process in Figure .........................................46 standby keyboard operation process ..............................47 continuous operation mode the keyboard operation process 49 Chapte r6 summa rizes ......................................................................... 52 conclusions ..............................................................................52 Refere nce ............................................................................................. 54 Thanks ................................................................................................. 56 Appe ndix 1:syste m program in listing .............................................. 57 Appe ndix 2:syste m diagram ...............................................................59 1 第 1 章 緒論 前言 步進電機在工業(yè)自動化裝備、辦公自動化設備中有著廣泛的應用。 步進電機的控制系統(tǒng)多種多樣，但究其控制手段而言，主要可以分為以下幾種 : 基于電子電路 控制手段 在一些控制應用不高的場合，采用簡單數(shù)字定時集成芯片為步進電機提供脈沖控制信號， 步進電機受電脈沖信號控制，電脈沖信號的產生、分配、放大全靠電子元器件的動作來實現(xiàn)。步進電機與控制電路、功率放大驅動電路組成一體，構成步進電機驅動系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由三部分組成 :脈沖信號產生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅動電路。開環(huán)時，其平穩(wěn)性好，成本低，設計簡單，但未能實現(xiàn)高精度細分。閉環(huán)控制是不斷直接或間接地檢測轉子的位置和速度，然后通過反饋和適當?shù)奶幚?，自動給出脈沖鏈，使步進電機每一步響應控制信號的命令，從而只要控制策略正確電機不可能輕易失步。 圖 11 基于電子電路控制 步進電機系統(tǒng) 基于 PLC/變頻器控制手段 脈沖控制器 環(huán)形分配器 驅動電路 步進電機 2 在一些要求實現(xiàn)精確控制的場合，采用 PLC 或者變頻器對步進電機進行控制是一個很好的選擇。 PLC 作為新一代的工業(yè)控制器，由于具有通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程簡單易學和可靠性高等優(yōu)點而廣泛應用于各行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)采用 PLC 來產生控制脈沖。環(huán)形脈沖分配器將 PLC 輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。采用軟件環(huán)形分配器占用 PLC資源較多，特別是步進電機繞組相數(shù)大于 4 時，對于大型生產線應該予以考慮。步進電機功率驅動電路將 PLC輸出的控制脈沖放大，達到比較大的驅動能力。但由于PLC 的掃描周期一般為但由于 PLC 的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應的頻率只能達到幾百赫茲，因此，受到 PLC 工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作，無法實現(xiàn)高速控制 。 [3] 控制版面 輸入\輸出 驅動電路 步進電機 負載 3 圖 13 基于單片機控制步進電機系統(tǒng)圖 采用單片機來控制步進電機，實現(xiàn)了軟件與硬件相結合的控制方法。系統(tǒng)中采用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅動線路。環(huán)形分配器其功能由單片機系統(tǒng)實現(xiàn)，采用軟件編程的辦法實現(xiàn)脈沖的分配 。 用軟件代替環(huán)形分配器，通過對單片機的設定，用同一種電路實現(xiàn)了多相步進電機的控制和驅動，大大提高了接口電路的靈活性和通用性 。 本課題的研究思路即為 :采用單片機作為控制核心，實現(xiàn)對步進電機的控制。在其發(fā)展歷程中，出現(xiàn)了多種類型步進電機，按照基本的構造和工作原理可分為三大類型即磁阻式、永磁式和混合式。永磁式步進電機則由于轉子永磁體加工方面的限制步距角一般較大，相應的轉動分辨率比較受限，但是由于采用了低成本的爪極式結構使得其制造工藝簡單、價格較低，容易快速批量生產，因而廣泛應用于對單片機系統(tǒng) 驅動電路 步進電機 機械裝置 外圍電路 4 性能要求不高的場合 。在步進電機幾十年的發(fā)展過程中，按照相數(shù)、步距角以及機座等劃分，可以說出現(xiàn)過的步進電機的規(guī)格品種極其繁多，然而這種狀態(tài)不利于步進電機產業(yè)的 發(fā)展，隨著時間的推移目前逐步形成了相應的主流產品，在西方可以明顯看出最大量應用的是定子 8 極轉子 50 齒的二相混合式步進電動機，其次是定子 10 極轉子 50 齒的五相混合式步進電動機。 60 年代受蘇聯(lián)的影響，主要以三相磁阻式步進電機為主。當時受到蘇聯(lián)、日本等工業(yè)較發(fā)達國家的影響，國內開始自行研制磁阻式步進電機的系列產品 。但是由于我國工業(yè)起步較晚且發(fā)展之初廣泛采用了磁阻式步進電機，產品更新?lián)Q代沒那么快，同時磁阻式步進電機雖然效率低、振動和噪音大但是由于堅固耐用、驅動控制技術成熟、價格較低，仍然很受國內中小企業(yè)的歡迎，因此我國步進電機的生產與國外不同仍然以反應式步進電機為主。以下是這幾種驅動方式的 比較。如圖 14 所示， L 為電機繞組， VCC 為電源。當 In 為低電平時，三極管截止，繞組無電流通過。 單電壓功率驅動電路的優(yōu)點是電路結構簡單、元件少、成本低、可靠性高 。 高低壓驅動 為了使通電時繞組能迅速到達設定電流，關斷時繞組電流迅速衰減為零，同時又具有較高的效率，出現(xiàn)了高低壓驅動方式。在導通前沿用高電壓供電來提高電流的前沿上升率，而在前沿過后用低電壓來維持繞組的電流。可通過改變其高壓管導通時間來解決低頻振蕩問題，然而其控制電路較單電壓復雜，可靠性降低，一旦高壓管失控，將會因電流太大損壞電機。從理論上講，自激式恒電流斬波驅動可以將電機繞組的電流控制在某一恒定值。 [8] D/A輸出預設值 比較器 D觸發(fā)器 功率放大器 步進電機 電流檢測 7 它激式恒電流斬波驅動 為了解決自激式斬波頻率可變引起的浪涌電壓問題，可在 D 觸發(fā)器加一個固定頻率的時鐘。比如：當比較器輸出的導通脈沖剛好介于 D 觸發(fā)器的 2 個時鐘上升沿之間時，該控制信號將丟失，一般可通過加大 D 觸發(fā)器時鐘頻率解決。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機給出的值為 176。 （表示半步工作時為 176。 ），這個步距角可以稱之為 ‘ 電機固有步距角 ’ ，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關，參見下表（還以型 86BYG250A 電機為例）： 表 細分驅動步距角 電機固有步距角 所用驅動器類型及工作狀態(tài) 電機運行時的真正步距角 176。 驅動器工作在半步狀態(tài) 176。 /176。 176。 細分驅動器工作在 10細分狀態(tài) 176。 /176。 從上表可以看出：步進電機通過細分驅動器的驅動，其步距角變小了，如驅動器工作在 10 細分狀態(tài)時，其步距角只為 ‘ 電機固有步距角 ’ 的十分之一，也就是說： ‘ 當驅動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉動 176。 ，這就是細分的基本概念 ’ 。驅動器細分后的主要優(yōu)點為： 完全消除了電機的低頻振蕩 低頻振蕩是步進電機（尤其是反應式電機）的固有特性，而細分是消除它的唯一途徑，如果步進電機有時要在共振區(qū)工作（如走圓?。?，選擇細分驅動器是唯一的選擇。 提高了電機的分辨率 由于減小了步距角、提高了步距的均勻度， ‘ 提高電機的分辨率 ’ 是不言而喻的。 研究的目的和意義 本課題研究的目的是綜合運用所學的《單片機原理及其接口技術》理論知識，加強對所學知識的理解，鍛煉設計單片機應用系統(tǒng)能力，以單片機為核心設計一個簡單