【正文】 ：在智能儀表中的應(yīng)用在機(jī)電一體化中的應(yīng)用機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集成機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，具有智能化特征的機(jī)電產(chǎn)品，例如微機(jī)控制的車床、鉆床等。在實(shí)時控制中的應(yīng)用例如，在工業(yè)測控、航空航天、尖端武器、機(jī)器人等各種實(shí)時控制系統(tǒng)中，都可以用單片機(jī)作為控制器。在分布式多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用多機(jī)系統(tǒng)一般由若干臺功能各異的單片機(jī)組成，各自完成特定的任務(wù)，它們通過串行通信相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)工作。單片機(jī)的高可靠性和強(qiáng)抗干擾能力，使它可以置于惡劣環(huán)境的前端工作。（5）單片機(jī)將使人類生活更加方便、舒適、豐富多彩。綜合所述，單片機(jī)已成為計(jì)算機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方面。從前必須由模擬電路或數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的大部分功能，現(xiàn)在已能用單片機(jī)通過軟件方法來實(shí)現(xiàn)了。1986年在上海召開了全國首屆單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用交流會，有的地區(qū)還成立了單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用協(xié)會，那是全國形成的第一次高潮。與它相應(yīng)的專業(yè)雜志現(xiàn)在也有很多，比如由單片機(jī)界的權(quán)威何立民主編的《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》雜志現(xiàn)以風(fēng)靡電子界，在2003年7月，、廣州、北京等大城市所做的一次專業(yè)人才需求報告中，單片機(jī)人才的需求量位居第一。它是把中央處理器（CPU）、隨機(jī)存取存儲器（RAM）、只讀存儲器（ROM）、輸入/輸出端口 （I/0）等主要計(jì)算機(jī)功能部件都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。所以微計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）在這種情況下誕生了。以前沒有單片機(jī)時，這些東西也能做，但是只能使用復(fù)雜的模擬電路，然而這樣做出來的產(chǎn)品不僅體積大，而且成本高，并且由于長期使用，元器件不斷老化，控制的精度自然也會達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。這樣產(chǎn)品的體積變小了，成本也降低了，長期使用也不會擔(dān)心精度達(dá)不到了。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的單片機(jī)年容量已達(dá) 1——3 億片，且每年以大約16%的速度增長，但相對于世界市場我國的占有率還不到1%。所以，學(xué)習(xí)單片機(jī)在我國是有著廣闊前景的。下面是單片機(jī)的主要發(fā)展方向。 近年，由于CHMOS技術(shù)的進(jìn)小，大大地促進(jìn)了單片機(jī)的CMOS化。這也是今后以80C51取代8051為標(biāo)準(zhǔn)MCU芯片的原因。CMOS電路的特點(diǎn)是低功耗、高密度、低速度、低價格。隨著技術(shù)和工藝水平的提高，又出現(xiàn)了HMOS（高密度、高速度MOS）和CHMOS工藝。目前生產(chǎn)的CHMOS電路已達(dá)到LSTTL的速度，傳輸延遲時間小于2ns，它的綜合優(yōu)勢已在于TTL電路。低功耗化低功耗化的效應(yīng)不僅是功耗低，而且?guī)砹水a(chǎn)品的高可靠性、高抗干擾能力以及產(chǎn)品的便攜化。 幾乎所有的單片機(jī)都有WAIT、STOP等省電運(yùn)行方式。低電壓供電的單片機(jī)電源下限已可達(dá)1~2V。 為提高單片機(jī)的抗電磁干擾能力，使產(chǎn)品能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，滿足電磁兼容性方面更高標(biāo)準(zhǔn)的要求，各單片廠家在單片機(jī)內(nèi)部電路中都采用了新的技術(shù)措施。 以往單片機(jī)內(nèi)的ROM為1KB~4KB，RAM為64~128B。為了適應(yīng)這種領(lǐng)域的要求，須運(yùn)用新的工藝，使片內(nèi)存儲器大量化。高性能化采用精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)和流水線技術(shù)，可以大幅度提高運(yùn)行速度。這類單片機(jī)的運(yùn)算速度比標(biāo)準(zhǔn)的單片機(jī)高出10倍以上。小容量、低價格化這類單片機(jī)的用途是把以往用數(shù)字邏輯集成電路組成的控制電路單片化，可廣泛用于家電產(chǎn)品。 這也是單片機(jī)發(fā)展的主要方向。除了一般必須具有的CPU、ROM、RAM、定時器/計(jì)數(shù)器等以外，片內(nèi)集成的部件還有模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、DMA控制器、聲音發(fā)生器、監(jiān)視定時器、液晶顯示驅(qū)動器、彩色電視機(jī)和錄像機(jī)用的鎖相電路等。 在很長一段時間里，通用型單片機(jī)通過三總線結(jié)構(gòu)擴(kuò)展外圍器件成為單片機(jī)應(yīng)用的主流結(jié)構(gòu)。特別是I C、SPI等串行總線的引入，可以使單片機(jī)的引腳設(shè)計(jì)得更少，單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加簡化及規(guī)范化。在單片機(jī)家族中，80C51系列是其中的佼佼者，加之Intel公司將其MCS 51系列中的80C51內(nèi)核使用權(quán)以專利互換或出售形式轉(zhuǎn)讓給全世界許多著名IC制造廠商，如Philips、 NEC、Atmel、AMD、華邦等，這些公司都在保持與80C51單片機(jī)兼容的基礎(chǔ)上改善了80C51的許多特性。80C51單片機(jī)已成為單片機(jī)發(fā)展的主流。由此可見掌握步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的編程和調(diào)試都對生產(chǎn)生活有著十分重要的實(shí)際意義。同時培養(yǎng)針對課題的需要，選擇和查閱有關(guān)手冊、圖表及文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力，提高組成系統(tǒng)、編程、調(diào)試的動手能力。并與他人團(tuán)隊(duì)協(xié)作，增加關(guān)于軟硬件設(shè)計(jì)的方法、內(nèi)容及步驟的了解和認(rèn)識。實(shí)踐意義：通過理論和實(shí)踐相結(jié)合，使個人能力得到全面發(fā)展。目前，我國正處于工業(yè)飛速發(fā)展階段，而單片機(jī)在海洋開發(fā)、宇宙探索、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、社會服務(wù)、娛樂等各個領(lǐng)域等有著廣泛的應(yīng)用，并且正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展。在當(dāng)前單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)上，對于單片機(jī)在硬軟組態(tài)相結(jié)合；網(wǎng)絡(luò)鏈接的設(shè)置等不同情況下，正確選擇步進(jìn)電機(jī)種類和控制方式對實(shí)際生產(chǎn)生活都有著現(xiàn)實(shí)意義。本論文主要從四個部分闡述了單片機(jī)控制系統(tǒng)的過程。介紹了單片機(jī)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，以及步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)，確定本文的重難點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)的目的、意義和目標(biāo)；并由此確定了論文的設(shè)計(jì)方向和開展的主要工作。第三章：對步進(jìn)電機(jī)硬件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。第2章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件（1）進(jìn)電動機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。 （2）步進(jìn)電動機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽浚瑫r，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 （4）可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)距，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。（6）電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。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的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。 數(shù)控系統(tǒng)用戶接口單元MCS8031測速單元步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動總線A相驅(qū)動B相驅(qū)動E相驅(qū)動D相驅(qū)動C相驅(qū)動顯示單元故障檢測單元 圖1 MCS 8031 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的控制信號（方向、節(jié)拍、使能、脈沖等）通過用戶接口單元到達(dá)到8031處理器芯片，該芯片經(jīng)軟件編程實(shí)現(xiàn)脈沖的接收、環(huán)分和顯示，環(huán)分后的電脈沖通過總線到達(dá)功率驅(qū)動電路，再次放大后經(jīng)驅(qū)動總線到用戶接口和步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)按數(shù)控系統(tǒng)的要求運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)通過測速裝置測出并反饋到數(shù)控系統(tǒng)，與其給定狀態(tài)進(jìn)行對比后，決定發(fā)出怎樣的控制信息，以實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的精確控制。在整步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)一周，則需要200個脈沖，在半步方式下，步進(jìn)電機(jī)每接收一個脈沖，旋轉(zhuǎn)一周，則需要400個脈沖。時序A＋B－A－B＋1000120011300104011050100611007100081001 表1時序A＋B－A－B＋11001200113011041100 表2步進(jìn)電機(jī)原理圖如圖2所示： 圖2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動原理圖