【正文】 是的文章已經(jīng)詳細(xì)的介紹了不進(jìn)電機(jī)電的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算等。 到了二十世紀(jì)八十年代后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式開(kāi)始變得更加多樣化，主要原因是多用途模式的步進(jìn)電機(jī)的產(chǎn)生。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的控制元件，它突出的優(yōu)點(diǎn)是自身構(gòu)造簡(jiǎn)單，具有快 速的啟動(dòng)、停止和反轉(zhuǎn)響應(yīng)，運(yùn)行安全可靠。 步進(jìn)電機(jī)大量使用在各類產(chǎn)品中，其中消費(fèi)類產(chǎn)品包括打印機(jī)和照相機(jī)等；工業(yè)產(chǎn)品包括機(jī)器人、數(shù)字控制體系和紙帶傳送機(jī)構(gòu)等。本文設(shè)計(jì)了一種以 STC89C52 單片機(jī)為核心元件的控制系統(tǒng)。以前的步進(jìn) 電機(jī)的控制精度和控制效果已無(wú)法達(dá)到當(dāng)今社會(huì)生產(chǎn)力的要求，因此如何更好的發(fā)展和應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)是非常值得思考的。 在微電子個(gè)計(jì)算機(jī)技術(shù)高速發(fā)展的情況下，步進(jìn)電機(jī)也朝著小型化矩形化發(fā)展以適應(yīng)當(dāng)前各種設(shè)備的需要，所以本課題對(duì)于步進(jìn)電機(jī)控制的研究具有十分重要的意義。 3 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)與分析 本設(shè)計(jì)是使用 STC89C52 為控制元件，設(shè)計(jì)出一種基于單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。下圖是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。 （ 1）中央處理器模塊主要由振蕩電路和復(fù)位電路構(gòu)成。復(fù)位電路就是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)在受到外部干擾，內(nèi)部程序運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)，通過(guò)按下復(fù)位按鈕可以讓原程序重新開(kāi)始運(yùn)行，保證了單片機(jī)的正常啟動(dòng) [6]。 （ 3）本世紀(jì)的進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選用驅(qū)動(dòng)器 ULN2022 為步進(jìn)電機(jī)提 供電脈沖 4 信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。 （ 4）電源模塊是通過(guò)整流橋?qū)⒆儔浩鹘祲哼^(guò)來(lái)的交流電壓轉(zhuǎn)化為直流 5V供給其他四個(gè)模塊 。 本章首先簡(jiǎn)單的說(shuō)明了該設(shè)計(jì)的思想，在控制低成本，且能完 成該設(shè)計(jì)的情況下，通過(guò) 綜合考慮 用了以 STC89C52 單片機(jī)作為本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制核心元件。中央處理器模塊電路圖如下： 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 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .0 /T 21P 1 .1 /T 2 E X2P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 2C11 0 u Fs w1G NDX1CR Y S T A LC23 0 p FC33 0 p F+ 5 VR11 0 k 圖 2中央處理器模塊電路圖 （ 1）概述 單片機(jī)也就是微型處理器，世界上第一個(gè)位微處理器是因特爾公司研制出來(lái)的?；谶@種單片機(jī)的操作系統(tǒng)在當(dāng)代仍有使用。其中運(yùn)算器的功能是執(zhí)行各種算術(shù)的運(yùn)算和邏輯比較；控制器的功能是指令的存取以及控制 CPU與和輸入輸出設(shè)備的數(shù) 據(jù)交換。 單片機(jī)具有一些明顯的有點(diǎn)，體積小、重量輕而且價(jià)格便宜，為學(xué)生的學(xué)習(xí)和研發(fā)人員提供了便利的條件。單片機(jī)的出現(xiàn)首先應(yīng)用在工 業(yè)領(lǐng)域。 8051 是一款飽受好評(píng)的單片機(jī)，它生產(chǎn)出來(lái)之后就被大量使用。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的發(fā)展， 6 2022 年 ARM 退出了 32 位的高端單片機(jī)，但是其價(jià)格比較昂貴，沒(méi)有 8051 性價(jià)比高。 在二十一世紀(jì)，單片機(jī)存在在各種電子器件產(chǎn)品中，最典型的我們周中使用的手機(jī)，電話，游戲機(jī)等，家庭的家用電器，筆記本電腦內(nèi)部都有單片機(jī)。單片機(jī)是世界上使用數(shù)量最多的處理器。 STC89C52 的運(yùn)算速度是早期 8051 的 10 倍左右。 [9] （ 3）引腳功能說(shuō)明 圖 3 單片機(jī)引腳功能圖 VCC：電源電壓。 P0口（ 32腳～ 39腳）：通常被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位，適用于外部數(shù)據(jù)寄存器。 7 P1口（ 1腳～ 8 腳）：是一個(gè)輸入輸出的端口，每個(gè)端口可以獨(dú)立控制。 P3 口（ 10 腳～ 17 腳）：可以作為一個(gè)輸入輸出端 口，也可以充當(dāng)單片機(jī)的一個(gè)特殊功能端口。復(fù)位電路一般包括上電復(fù)位和按鍵復(fù)位，本設(shè)計(jì)采用的按鍵復(fù)位，通過(guò)一個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)手動(dòng)控制電路的復(fù)位。單片機(jī)的晶振的實(shí)質(zhì)作用是給中央處理器提供時(shí)鐘電路，單片機(jī)工作運(yùn)行的速度與晶振提供的頻率有關(guān)。振蕩電路圖如下： C23 0 p FC23 0 p FX1 CR Y S T A LX T A L 1X T A L 2 圖 5 振蕩電路圖 本設(shè)計(jì)顯示部分采用 12864 液晶顯示器，通過(guò)各個(gè)端口的定義，在 12864上動(dòng)態(tài)的顯示步進(jìn)電機(jī)的速度和方向。 12864液晶顯示器是一種內(nèi)部含有簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊。其串口借口引腳信號(hào)表如下 [11] ： 表 引腳號(hào) 引腳名稱 引腳功能 1 VSS 電源地 2 VDD 電源正 3 V0 對(duì)比度 （亮度）調(diào)整 4 RS 低電平時(shí)，數(shù)據(jù)顯示 高電平時(shí)，指令數(shù)據(jù)顯示 5 R/W 高電平時(shí)，數(shù)據(jù)讀 低電平時(shí)，數(shù)據(jù)寫(xiě) 6 E 使能信號(hào) 714 DB0DB7 八位數(shù)據(jù)三態(tài)線 15 PSB 高電平時(shí)，并口方式 低電平時(shí)，串口方式 16 NC 空腳 17 /RESET 復(fù)位端，低電平有效 18 VR LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸出端 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要目的是為了有效的控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)方向，所以我們要把單片機(jī)的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步距角，本設(shè)計(jì)中我采用了驅(qū)動(dòng)器 ULN2022 作為脈沖信號(hào)的提供原。轉(zhuǎn)子在該磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，從而讓轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向保持一致。每接收一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度。我們只需要改變繞組的通電順序就能夠改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 [12] （ 2）步進(jìn)電機(jī)的分類 步進(jìn)電機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)的差異通常分為以下三類： 表 類別 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) 結(jié)構(gòu) 有軟磁材料組成定子繞組和轉(zhuǎn)子 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成 定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料 力矩 小 大 大 步距角 小（ ） 大（ 15o） 小 精度 差 差 好 動(dòng)態(tài)性能 差 好 好 （ 3）步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)和特性 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的前提是必須添加驅(qū)動(dòng)，脈沖信號(hào)時(shí)唯一能驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，也就是沒(méi)有脈沖信號(hào)電機(jī)就不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。能夠瞬間啟動(dòng)和快速停止時(shí)步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)優(yōu)越特性。步進(jìn)電機(jī)主要具有以下有點(diǎn) [13]： 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度 與 脈沖數(shù) 成正比； 最大的轉(zhuǎn)矩 出現(xiàn)在電機(jī)停止的位置上 ； 11 每一步的 精度 在 3%～ 5%，而且誤差不會(huì) 長(zhǎng)期積累，上一步的誤差不會(huì)疊加到下一 步，因而具有良好的位置精度； 電機(jī)具有快速 的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)； 步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有電刷，運(yùn)行可靠，因此電機(jī)自身的軸承壽命決定了電機(jī)的壽命； 因?yàn)闆](méi)有反饋環(huán)節(jié)，故控制簡(jiǎn)單； 脈沖信號(hào)的頻率決定了轉(zhuǎn)速，故電機(jī)有較寬的調(diào)速范圍。 （ 4）本設(shè)計(jì)采用了 28BYJ48型進(jìn)電機(jī)。 圖 圖 9 是 ULN2022 的芯片引腳圖和外形圖： 圖 8 ULN2022芯片引腳圖 12 圖 9 ULN2022外形圖 下圖是電源模塊圖，有兩套電源電路，其中一個(gè)是備用電路。其最大平均工作電流 2A，最大反向電壓時(shí) 1000V[15]。控制不進(jìn)電機(jī)電的轉(zhuǎn)速只需要按下加速或者減速按鈕；對(duì)步進(jìn)電機(jī)的方向進(jìn)行控制我們只需要按下正或反轉(zhuǎn)按鈕；停止按鈕可以隨時(shí)讓步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。另外，還對(duì)步進(jìn)電機(jī)和單片機(jī)的原理等知識(shí)作了說(shuō)明。第二步：通過(guò) ULN2022 產(chǎn)生的脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示在 12864上，在通過(guò)鍵盤(pán)掃描得到設(shè)定的信息；第三步：通過(guò)鍵盤(pán)按鈕里控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，并顯示在顯示器上 。 15 然后通過(guò)按鍵掃描得出設(shè)定速度并進(jìn)行顯示。然后返回按鍵掃描，構(gòu)成循環(huán)。第二步寫(xiě)指令，寫(xiě)入控制指令，選擇寫(xiě)入 12864 的顯示位置。第四步， 12864 內(nèi)部寫(xiě)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器為 0時(shí)，顯示結(jié)束，完成一次顯示過(guò)程。然后設(shè)定一個(gè)正反轉(zhuǎn) FLAG 標(biāo)志，判斷當(dāng)FLAG 標(biāo)志位 ’ 1’ 為時(shí)選擇正轉(zhuǎn)，反之， FLSF 標(biāo)志位位‘ 0’時(shí)選擇反轉(zhuǎn)。具體是：通過(guò)一個(gè)獨(dú)立按鍵作為外部中斷0的輸入，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，邊沿觸發(fā)，然后申請(qǐng)中斷，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。這樣每按一次按鍵正反轉(zhuǎn) 改變一次實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。首先設(shè)置按鍵對(duì)應(yīng)單片機(jī)端口部分，然后檢測(cè)是否有低電平，當(dāng)檢測(cè)到有低電平時(shí)，延時(shí) 10ms 去抖動(dòng)，再次判斷是否有低電平，仍然是低電平時(shí)判斷按鍵是否釋放，當(dāng)按鍵釋放時(shí)才執(zhí)行下一部程序，針對(duì)本程序，當(dāng)加按鍵按下后增加轉(zhuǎn)速NUM值就可以加速，反之，減按鍵按下后減小 NUM值從而減小速度。 18 第五章 系統(tǒng)的測(cè)試與結(jié)果分析 KEIL 是常用的開(kāi)發(fā)軟件，適應(yīng)于包括大部分的單片機(jī)系統(tǒng)和部分嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。工程文件一旦生成操作者就不再需要進(jìn)行文件的初始化操作，而且可以直接將程序代碼放進(jìn)工程中。 表示啟動(dòng)和停止調(diào)試模式； 表示打 開(kāi)和關(guān)閉項(xiàng)目窗口； 表示打開(kāi)和關(guān)閉輸出窗口； 表示設(shè)置程序斷點(diǎn)等等可以幫助操作者進(jìn)行程序的分析、差錯(cuò)以及時(shí)序的確定。該 測(cè)試 平臺(tái)的實(shí)物圖 如下 ： 圖 19 測(cè)試平臺(tái)實(shí)物圖 首先在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)開(kāi)始計(jì)數(shù)，直到步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，記錄電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)了多少圈。進(jìn)而說(shuō)明轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)沒(méi)有誤差。然后將其實(shí)際轉(zhuǎn)速與 先前設(shè)定的速度進(jìn)行比較，下面是電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)試的速度數(shù)據(jù) 20 表 ： 表 7 電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)試速度數(shù)據(jù) 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)定值（ r/min） 70 80 90 100 90 80 70 實(shí)測(cè)值（ r/min） 67 77 86 96 86 77 67 表 8 電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)試速度數(shù)據(jù) 測(cè)試次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 設(shè)定值（ r/min） 70 80 90 100 90 80 70 實(shí)測(cè)值（ r/min） 68 77 87 97 87 77 68 為了更加 直觀的反應(yīng)實(shí)際測(cè)量速度與設(shè)定速度的誤差，我們用折線圖展現(xiàn)出來(lái)。 圖 20實(shí)測(cè)速度與設(shè)定速度折線圖 從上圖可以看出步進(jìn)電機(jī)實(shí)測(cè)速度與設(shè)定速度的誤差始終保持在一定范圍，誤差沒(méi)有因?yàn)闇y(cè)量次數(shù)的增加而積累，所以可以認(rèn)為其誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。 第一次測(cè)量誤差： %%10067 7067 ???? 第二次測(cè)量誤差： %%10077 8077 ???? 21 第三次測(cè)量誤差： %%10086 9086 ???? … 第七次測(cè)量誤差： %%10067 7067 ???? 通過(guò)數(shù)據(jù)分析可以得到步進(jìn)電機(jī)的誤差始終在一定范圍內(nèi)，誤差不會(huì)積累。 證明了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)沒(méi)有誤 ， 轉(zhuǎn)速的誤差在一定范圍內(nèi)，且不會(huì)長(zhǎng)期積累。 22 第六章 畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié) 通過(guò)近期的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)順利的完成了。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)單片機(jī)的調(diào)試、 ULN2022 的工作原理和 12864 顯示器等都有了一些新的認(rèn)識(shí)和了解。 在本設(shè)計(jì)的軟件編程方面，為了能把各個(gè)模塊的程序良好的組合在一起并能夠順利的實(shí)現(xiàn)運(yùn)作，進(jìn)行了大量的程序調(diào)試，需要經(jīng)幾個(gè)模塊程序一起調(diào)試，在這個(gè)過(guò)程中話費(fèi)了大量的時(shí)間。 23 參考文獻(xiàn) [1] 坂本正文 . 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用可以 [M].北京 :科學(xué)出版社， 2022:2345. 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