【正文】 片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時，它就會驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動過去一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是通過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的速度的，并且通過數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級別。本設(shè)計(jì)的目的是以單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)出一個單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)。第二章　步進(jìn)電機(jī)控制總系統(tǒng)設(shè)計(jì)　系統(tǒng)框架 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的硬件主要以51單片機(jī)為核心，選用的步進(jìn)電機(jī)是四相步進(jìn)電機(jī)，通過軟件和硬件的相結(jié)合實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速功能，并且使步進(jìn)電機(jī)所處的狀態(tài)通過LED數(shù)碼管顯示出來。電源電源本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總框圖如圖1所示：步進(jìn)電機(jī)LED單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動復(fù)位電路按鍵圖1 系統(tǒng)總框圖　單片機(jī)的選擇單片微型計(jì)算機(jī)又被稱為單片機(jī)。單片機(jī)不僅是完成某一個邏輯功能的芯片,而是把一個計(jì)算機(jī)集成到了一個芯片上。簡單的來講：一塊芯片就構(gòu)成了一臺計(jì)算機(jī)。同時，學(xué)習(xí)和使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。足夠本設(shè)計(jì)運(yùn)行，且價格便宜，下載程序方便。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。 本系統(tǒng)是由單片機(jī)控制，整個設(shè)計(jì)的電壓是5v，所以電機(jī)的電壓也要選擇5v可以驅(qū)動的，所以本實(shí)驗(yàn)選擇28BYJ48步進(jìn)電機(jī)作為設(shè)計(jì)對象，步進(jìn)電機(jī)28BYJ48型四相八拍電機(jī)，電壓為DC5V—DC12V。每一個脈沖信號對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。　電機(jī)驅(qū)動的選擇本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的是為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)所需要的角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此我們在這里采用ULN2003為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。ULN2003的設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。五個按鍵輸入，對應(yīng)功能分別是：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復(fù)位、速度加、速度減；LED數(shù)碼管顯示電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，同時顯示電機(jī)運(yùn)行速度的檔數(shù)；一個小紅燈為電源指示，其余四個小紅燈指示電機(jī)轉(zhuǎn)速的擋數(shù)。步進(jìn)電機(jī)在不超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢以及步進(jìn)電機(jī)停止的位置只是取決于脈沖信號的頻率與脈沖數(shù)，并且不會因受到負(fù)載變化的而受到影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號的時候，步進(jìn)驅(qū)動器就會驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按照我們所設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動過去一個固定的角度，我們把這個角度稱之為“步距角”。我們可以通過控制脈沖的個數(shù)與頻率來控制這個步進(jìn)電機(jī)的角位移量，從而達(dá)到使步進(jìn)電機(jī)準(zhǔn)確定位的目標(biāo)；同時我們也可以通過控制脈沖的頻率與個數(shù)來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到我們所需要調(diào)速的目標(biāo)。這個磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過一定的角度，使得轉(zhuǎn)子的一對永久磁體的磁場方向與定子產(chǎn)生的磁場方向保持在一致。每當(dāng)輸入進(jìn)步進(jìn)電機(jī)一個電脈沖時，電動機(jī)就會隨著這個電脈沖轉(zhuǎn)動一個角度然后步進(jìn)電機(jī)就能前進(jìn)一步。我們通過使流過定子繞組的電流順序改變，電機(jī)就會發(fā)生反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1. 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的35%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。　　步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)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(jī)外表溫度在攝氏8090度完全正常。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)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。4. 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動較大，帶慣性負(fù)載的能力較差。同時，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)。7. 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。9. 步進(jìn)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)的措施。步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。 單片機(jī)系統(tǒng)本次設(shè)計(jì)選用STC89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片．STC89C51的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上．使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS5l系列單片機(jī)的所有功能。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。（2）VSS（20）：接地，也就是GND。單片機(jī)是一種時序電路，必須有脈沖信號才能工作，在它的內(nèi)部有一個時鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式，只要接上兩個電容和一個晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時，需在XTL2上加外部時鐘信號。（5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。（7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇端。（9）P1口（18）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。 主要特性與MCS51 兼容 4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時間：全靜態(tài)工作：0Hz24Hz三級程序存儲器鎖定、128*8位內(nèi)部RAM、32可編程I/O線、兩個16位定時器/計(jì)數(shù)器、5個中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi)振蕩器和時鐘電路 （當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示： P3口管腳備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時器0外部輸入） T1（記時器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。另外，該引腳被略微拉高。在由外部程序存儲器取指期間，每個機(jī)器周期兩次/PSEN有效。/EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。在MCS51系列單片機(jī)中，我們以8051為例，來介紹其結(jié)構(gòu)及功能。鍵盤實(shí)質(zhì)是一組按鍵開關(guān)的集合。一個電壓信號在機(jī)械觸點(diǎn)的斷開、閉合過程中，都會產(chǎn)生抖動，一般為5—10ms；兩次抖動之間為穩(wěn)定的閉合狀態(tài)，時間由按鍵動作所決定；第一次抖動前和第二次抖動后為斷開狀態(tài)。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認(rèn)按鍵按下與否。并且，為了能直觀形象的表示按鍵閉合與否，還為每個按鍵相應(yīng)增加了發(fā)光二極管，按鍵斷開時，發(fā)光二極管滅，當(dāng)有鍵閉合時，相應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。消除按鍵抖動通常采用硬件、軟件兩種方法。其原理是在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時10ms的子程序后在確認(rèn)該鍵電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平則確認(rèn)為真正有鍵按下，從而消除了抖動的影響。由于它的價格便宜使用簡單在電器特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。如圖5所示：圖5數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的為了高效控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動，因此需要將單片機(jī)發(fā)出的脈沖轉(zhuǎn)化為步進(jìn)角度，才能控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，我們在這里采用ULN2003為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號。所有器件有集電極開路輸出和用于瞬變抑制的續(xù)流箝位二極管。它的管腳連接圖如圖6所示:圖6 ULN2003管腳連接圖其主要特性為：如表1：極限值（若無其他規(guī)定，Tamb=25℃）