【正文】 其執(zhí)行步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)其，從而使步進(jìn)電機(jī)向前“走”一步。只要能正確控制輸入的電脈沖數(shù)、頻率以及電機(jī)各相繞組通電的相序，即可得到所需要的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向，通過單片機(jī)很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過脈沖分配器后分解出對(duì)應(yīng)的四相脈沖，分解出的四相脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。40河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文 2 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，從廣義上講，步進(jìn)電機(jī)的類型分為機(jī)械式、電磁式和組合式三大類型。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，步距角可以做得很小，但動(dòng)態(tài)性能較差。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。這種電動(dòng)機(jī)最初是作為一種低速驅(qū)動(dòng)用的交流同步機(jī)設(shè)計(jì)的，后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動(dòng)機(jī)也能做步進(jìn)增量運(yùn)動(dòng)。由于本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的更注重整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，所以只采用反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)電流流過定子繞組時(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。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱為一步。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。通過電磁感應(yīng)定律我們很容易知道激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。兩相電機(jī)的單相通電步進(jìn)順序。當(dāng)A相關(guān)閉、B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90176。在第4步中，A相關(guān)閉、B相通電，極性與第2步相反。的步距角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。更常用的步進(jìn)方法是“雙相激勵(lì)”，其中電機(jī)的兩相一直通電。在第1步中，兩相定子的A相和B相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step1位置,。在第3步中，兩相定子的a相和b相同時(shí)通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關(guān)系，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示step3位置。按照這樣的通電方式電機(jī)就轉(zhuǎn)過了一周。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”%的力矩，但輸入功率卻為2倍。這將步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角一分為二。的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng)45176。在每交換半步的過程中，由于其中一個(gè)繞組沒有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。兩相步進(jìn)電機(jī)的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。(3) 改變驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖的順序，可以方便的改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。(5) 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候具有自鎖功能。在小步距情況下，通?？梢栽谠降退傧乱愿咿D(zhuǎn)矩運(yùn)行，因而可以不經(jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。(8) 一般步進(jìn)電機(jī)的精度是步進(jìn)角的3%~5%，且步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。本章分別從步進(jìn)電機(jī)的分類和步進(jìn)電機(jī)的工作原理以及步進(jìn)電機(jī)的工作特點(diǎn)等方面詳細(xì)的介紹了步進(jìn)電機(jī)?？偟膩碚f通過這一章的介紹，我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了一個(gè)總體的也比較全面的了解和掌握。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)AT89S51來作為整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)控制核心部件，采用了電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298及其外圍電路構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分，再加上作為執(zhí)行部件的步進(jìn)電機(jī)來構(gòu)成了一個(gè)基本的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的組成及其對(duì)應(yīng)功能簡(jiǎn)述整個(gè)系統(tǒng)的組成包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，串口下載模塊，數(shù)碼管顯示模塊，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊，獨(dú)立按鍵等模塊組成。同時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)還負(fù)責(zé)處理來自電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊檢測(cè)到的電流值。 計(jì)算機(jī) 獨(dú)立按鍵控制模塊 串口通信模塊 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 步進(jìn)電機(jī)數(shù)碼管顯示模塊 驅(qū)動(dòng)電流檢測(cè)模塊 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊負(fù)責(zé)將單片機(jī)發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)功率放大，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作。數(shù)碼管顯示模塊就主要是顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)向，和通過電機(jī)的電流等系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息。獨(dú)立按鍵作為一個(gè)外部中斷源，和單片機(jī)端口連接，通過它設(shè)置了電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，顯示電機(jī)電流等功能。本節(jié)主要是在第一章和第二章的基礎(chǔ)上引出了本論文將要采用的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)的清楚的一條條列出了設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)的基本設(shè)計(jì)要求。通過這一章的內(nèi)容，我們能對(duì)本設(shè)計(jì)有一個(gè)簡(jiǎn)單的總體的把握，既是能清楚的知道本題目的設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)方法，以及最終的預(yù)期目標(biāo)。它集Flash程序存儲(chǔ)器既可在線編程（ISP）也可用傳統(tǒng)方法進(jìn)行編程及通用8位微處理器于單片芯片中，功能強(qiáng)大。同時(shí)，AT89S52 可降至0Hz 的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電工作模式。掉電方式保存RAM的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位。（1）VCC：電源電壓； GND：地。作為輸出口用時(shí)，每位能驅(qū)動(dòng)8 個(gè)TTL邏輯門電路，對(duì)端口寫“l(fā)”可作為高阻抗輸入端用。在F1ash 編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。（3）P1 口：Pl 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I ／O 口，Pl 的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4 個(gè)TTL邏輯門電路。作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （IIL ）。對(duì)端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流 （IIL ）。在訪問8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVXRi 指令）時(shí)，P2 口線上的內(nèi)容 （也即特殊功能寄存器（SFR）區(qū) P2 寄存器的內(nèi)容），在整個(gè)訪問期間不改變。（5）P3 口：P3 口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I ／O口。對(duì)P3口寫入“l(fā)”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。P3口除了作為一般的I ／O口線外，更重要的用途是它的第二功能，如下表所示： P3 口還接收一些用于Flash 閃速存儲(chǔ)器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST 引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。DISRT0 位缺為RESET 輸出高電平打開狀態(tài)。即使不訪問外部存儲(chǔ)器，ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6 輸出固定的正脈沖信號(hào)，因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的。對(duì)F1ash 存儲(chǔ)器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖（PROG）。該位置位后，只一條M0VX 和M0VC 指令A(yù)LE才會(huì)被激活。（8）PSEN：程序儲(chǔ)存允許（PSEN）輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)，當(dāng)AT89S51由外部程序存儲(chǔ)器取指令（或數(shù)據(jù)）時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN高電平有效，即輸出兩個(gè)脈沖。（9）EA/VPP：外部訪問允許。需注意的是：如果加密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA 端狀態(tài)。F1ash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V的編程電壓Vpp 。存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu) ：MCS51 單片機(jī)內(nèi)核采用程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間分開的結(jié)構(gòu)，均具64KB外部程序和數(shù)據(jù)的尋址空間。在AT89S51，假如EA 接至Vcc（電源+），程序首先執(zhí)行地址從0000H－0FFFH （4KB）內(nèi)部程序存儲(chǔ)器，再執(zhí)行地址為1000H－FFFFH （60KB）的外部程序存儲(chǔ)器。3. 晶體振蕩器特性 AT89S51一個(gè)用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1 和XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。外接石英晶體（或陶瓷諧振器）及電容Cl、C2 接在放大器的反饋回路 構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。如果使用石英晶體，我們推薦電容使用30pF177。10pF。這種情況下，外部時(shí)鐘脈沖接到XTAL1端，即內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端，XTAL2則懸空。 閃速存儲(chǔ)器的并行編程AT89S51單片機(jī)內(nèi)部4k字節(jié)的可快速編程的Flash存儲(chǔ)陣列。AT89S51的代碼是逐一字節(jié)進(jìn)行編程的。(2)在數(shù)據(jù)線上加上要寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)。(4)將EA/Vpp 端加上+12V 編程電壓。每個(gè)字節(jié)寫入周期是自身定時(shí)的，大多數(shù)約為50us。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用AT89S51單片機(jī)構(gòu)成了控制系統(tǒng)的核心，其基本模塊就主要包括復(fù)位電路和晶體震蕩電路。 單片機(jī)最小系統(tǒng)圖 單片機(jī)端口分配及功能 0口：用于控制數(shù)碼管的具體顯示功能，既是數(shù)碼管的段選。 2口：主要用于控制數(shù)碼管的公共端，既是數(shù)碼管的位選。 3口主要用于負(fù)責(zé)處理ADC0804的模數(shù)轉(zhuǎn)化芯片的工作。 串口通信模塊 數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的顯示部分可以用液晶顯示的方案可供選擇，液晶顯示和數(shù)碼管顯示的區(qū)別主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：數(shù)碼管顯示內(nèi)容單一，而液晶顯示器顯示內(nèi)容豐富，因?yàn)橐壕б话愣际瞧叨伟俗值闹荒茱@示單一的內(nèi)容，而液晶顯示的內(nèi)容就很豐富；數(shù)碼管還比液晶顯示耗電，而且使用液晶也比使用數(shù)碼管顯得美觀。 共陽數(shù)碼管簡(jiǎn)介： 四位共陽數(shù)碼管管腳定義數(shù)碼管的管腳排列：從數(shù)碼管的正面觀看，左下角的那個(gè)腳為1腳，從1腳開始，按照逆時(shí)針方向排列依次是1腳到12腳，其中16為公共角，為位選信號(hào)輸入端。只有詳細(xì)的了解了數(shù)碼管的管腳定義，以及段選位選情況，我們才能通過編程對(duì)其正常的顯示進(jìn)行很好的控制。數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示介面是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃a,b,c,d,e,f,g,dp 的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。在輪流顯示過程中，每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為1～2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。 數(shù)碼管顯示電路，考慮要硬件設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路的方法會(huì)電路復(fù)雜，調(diào)試不方便，而且采用多個(gè)元器件搭接，成本高。 L298簡(jiǎn)介L(zhǎng)298N為SGSTHOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4 信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè)HBridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)：TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機(jī)的IO端口來提供模擬時(shí)序信號(hào)。 L298管腳圖引腳功能介紹：（1）15腳（Sense A；S