【正文】 h the microcontroller, motor drive chip ULN2003A, the corresponding keys and the infrared remote controller to realize the above function, stepping motor positive and negative conversion of lightemitting diode display, its running speed to a certain level in the digital tube display. This paper describes the stepper motor, infrared control and microputer principle, system block diagram, hardware circuit, program flow, and the entire system in the debugging process of the problems encountered and their solutions. The design is simple and reliable, sophisticated design, high stability.Key words: stepping motor pulse，driving mechanism， single chip microputer，rotation第一章 緒 論 引言步進(jìn)電動機又稱脈沖電動機或階躍電動機，國外一般稱為Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其應(yīng)用發(fā)展已有約80年的歷史。步進(jìn)電機在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行高精度控制。因此，控制電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場。在非超載的情況下，電機的轉(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，同時步進(jìn)電機只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進(jìn)電動機可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動機最突出的優(yōu)點。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。因而，對于步進(jìn)電機控制的研究也就顯得尤為重要了?；谖⑿蛦纹瑱C的控制系統(tǒng)則通過軟件來控制步進(jìn)電機，能夠更好地發(fā)揮步進(jìn)電機的潛力。其中步進(jìn)電機的驅(qū)動，可以采用匯編語言或C語言進(jìn)行軟件開發(fā)，通過串行或并行通信的方式實現(xiàn)ｐｃ機與步進(jìn)電機控制器之間的數(shù)據(jù)通信，最終實現(xiàn)由PC機直接控制步進(jìn)電機的方法。本文正是采用紅外無線技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)10M左右的紅外控制步進(jìn)電機，非常方便實用。能夠通過相應(yīng)顏色的指示燈和數(shù)碼管來指示步進(jìn)電機運行狀態(tài)和運行速度級別。能夠?qū)崿F(xiàn)通過紅外發(fā)射裝置來實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。 設(shè)計內(nèi)容本論文采用的電動機是四相五線步進(jìn)電機，采用的方法是利用AT89S52單片機產(chǎn)生控制脈沖來控制步進(jìn)電機的運行轉(zhuǎn)態(tài)。步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。另外通過單片機實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。所以廣泛應(yīng)用于各種控制場合中，從工業(yè)控制到到玩具家用等等，或者說用到了精確轉(zhuǎn)動的地方，就用到了步進(jìn)電機?？傊?，步進(jìn)電機是一種非常實用和易控制的電機，研究其功能、控制特點非常有必要。 ULN2003A簡介ULN2003A概述與特點：ULN2003A是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并能夠在關(guān)態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運行。ULN2003A的輸出結(jié)構(gòu)是集電極開路的，所以要在輸出端接一個上拉電阻，在輸入低電平的時候輸出才是高電平。ULN2003A的應(yīng)用電路如圖2所示。電機共有四組線圈，四組線圈的一個端點連在一起引出，一根為電源引出線，這樣一共有5根引出線。圖3 步進(jìn)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 紅外遙控簡介紅外遙控系統(tǒng)由發(fā)射和接收兩大部份組成，應(yīng)用編/解碼專用集成電路芯片來進(jìn)行控制操作，如下圖4和圖5所示。由于采用不同芯片其發(fā)送和接受的過程是不一樣的，此次設(shè)計采用的是HT6221紅外編碼芯片，0038一體化紅外接收頭。在非超載的情況下，電機的轉(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，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機來控制變的非常的簡單。由于步進(jìn)電動機能直接接收數(shù)字量的輸入，所以特別適合于微機控制。常用m表示。AABBBCCCDDDAA。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。（二）步進(jìn)電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：步距角精度：步進(jìn)電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。稱之為失步失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。（三）步進(jìn)電機的特征如下：一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的3%5%，且不積累。一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機外表溫度在攝氏8090度完全正常。當(dāng)步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。步進(jìn)電機低速時可以正常轉(zhuǎn)動，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。步進(jìn)電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。 步進(jìn)電機的工作原理步進(jìn)電機的工作就是步進(jìn)轉(zhuǎn)動，其功能是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角位移或是直線位移，就是給一個脈沖信號，電動機轉(zhuǎn)動一個角度或是前進(jìn)一步。如下圖6所示的步進(jìn)電機為一四相步進(jìn)電機，采用單極性直流電源供電。圖6 四相步進(jìn)電機步進(jìn)示意圖開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖7所示： 圖7 步進(jìn)電機工作時序波形圖 步進(jìn)電機常見的控制方案與驅(qū)動技術(shù)簡介（一）常見的步進(jìn)電機控制方案基于電子電路的控制步進(jìn)電機受電脈沖信號控制，電脈沖信號的產(chǎn)生、分配、放大全靠電子元器件的動作來實現(xiàn)。步進(jìn)電機與控制電路、功率放大驅(qū)動電路組成一體，構(gòu)成步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)。這個系統(tǒng)由三部分組成：脈沖信號產(chǎn)生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅(qū)動電路。圖8 基于電子電路控制系統(tǒng)此種方案即可為開環(huán)控制，也可閉環(huán)控制。采用閉環(huán)控制，即能實現(xiàn)高精度細(xì)分，實現(xiàn)無級調(diào)速。該方案多通過一些大規(guī)模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數(shù)，功能相對較單一，如需改變控制方案，必須需重新設(shè)計，因此靈活性不高?？刂葡到y(tǒng)采用PLC來產(chǎn)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(jìn)電機的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。 采用軟件來產(chǎn)生控制步進(jìn)電機的環(huán)型脈沖信號，并用PLC中的定時器來產(chǎn)生速度脈沖信號，這樣就可以省掉專用的步進(jìn)電機驅(qū)動器，降低硬件成本。并且在速度較高時，由于受到掃描周期的影響，相應(yīng)的控制精度就降低了。用軟件代替環(huán)形分配器，達(dá)到了對步進(jìn)電機的最佳控制。由于單片機的強大功能，還可設(shè)計大量的外圍電路，鍵盤作為一個外部中斷源，設(shè)置了步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結(jié)合的方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序，完成對步進(jìn)電機的最佳控制，顯示器及時顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)。本方案有以下優(yōu)點：(1)單片機軟件編程可以使復(fù)雜的控制過程實現(xiàn)自動控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對控制精度的影響；(2)用軟件代替環(huán)形分配器，通過對單片機的設(shè)定，用同一種電路實現(xiàn)了多相步進(jìn)電機的控制和驅(qū)動，大大提高了接口電路的靈活性和通用性；(3)單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路等外圍電路有機的組合，大大提高系統(tǒng)的交互性。（二）步進(jìn)電機驅(qū)動技術(shù)步進(jìn)電動機上個世紀(jì)就出現(xiàn)了，它的組成、工作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動機沒有什么本質(zhì)區(qū)別，也是依靠氣隙間的磁導(dǎo)變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。到目前為止，步進(jìn)電機驅(qū)動技術(shù)通常分為單電壓驅(qū)動、單電壓串電阻驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波恒流驅(qū)動、升頻升壓驅(qū)動和細(xì)分驅(qū)動等。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低；缺點是串接電阻器的做法將產(chǎn)生大量的