【正文】 .............................................................. 28 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................... 29 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 1 緒 論 引言 步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)發(fā)展 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與伺服系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān)。交流伺服電機(jī)系統(tǒng)由于沒(méi)有電刷磨損和換向火花，維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性高，高速性?xún)?yōu)越，在二十世紀(jì)八十年代開(kāi)始應(yīng)用至今，顯示出強(qiáng)大的生命力，但其伺服系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格較貴。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由于發(fā)展較早，電機(jī)成本低、可靠性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)電源成本不高，因而具有良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)電機(jī)控制的基本電路要以單片機(jī)為控制核心，組成數(shù)據(jù)處理電路，在檢測(cè)和控制軟件支持下，調(diào)整和 控制功率電路的工作狀態(tài)，同時(shí)檢測(cè)輸出電流大小，進(jìn)行電流的控制。用戶(hù)可根據(jù)需要通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定開(kāi)關(guān)電源輸出的電壓值及最大輸出電流值，單片機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)電源輸出電壓和電流進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，并與用戶(hù)給定數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后根據(jù)設(shè)置的調(diào)整算法控制開(kāi)關(guān)調(diào)整電路 ,使電源輸出電壓符合給定值。 【 5】 為了使智能開(kāi)關(guān)電源能可靠、安全地工作，本系統(tǒng)設(shè)置了多重監(jiān)測(cè)和保護(hù)系統(tǒng)，主要包括過(guò)流保護(hù)和短路保護(hù)。 國(guó)外對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究一直很活躍。一類(lèi)芯片的核心是用硬件和微程序來(lái)保證步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)合理的加減速過(guò)程，同時(shí)完成計(jì)長(zhǎng) 走步、正反轉(zhuǎn)等。例東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 2 如日本的 PPMC101B 便是這種芯片。另一類(lèi)芯片的核心是實(shí)現(xiàn)細(xì)分技術(shù)，例如日本東芝公司的 TA7774H 二相步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制芯片，其內(nèi)部集成了PWM 斬波控制和函數(shù)型雙極驅(qū)動(dòng)電路細(xì)分控制功能。采用 TA8435H 構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，利用 82C53 輸出步進(jìn)脈沖的設(shè)計(jì)方案具有占用 CPU時(shí)間短、編程容易、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可靠性好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此可在控制和測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。 [3] 近年來(lái)，國(guó)外許多廠商相繼推出了多種步進(jìn)電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)芯片和多種不同功率等級(jí)的功率模塊，僅由幾個(gè)專(zhuān)用芯片和一個(gè)功率模塊便可構(gòu)成一個(gè)功能齊全、性能優(yōu)異的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，例如意大利 SGS 公司的 L297 和 L298 構(gòu)成的四相定電流斬波驅(qū)動(dòng)器就 屬此類(lèi)。 常州寶來(lái)電器有限公司生產(chǎn)的 BL 系列步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為模塊式。 廣州數(shù)控 DY3系列三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全數(shù)字式電流環(huán)控制，三相正弦電流驅(qū)動(dòng)輸出，使三相混合式電機(jī)運(yùn) 行時(shí)低速無(wú)爬行，無(wú)共振區(qū)，噪音?。或?qū)動(dòng)器功放級(jí)的電壓達(dá)到 DC325 伏，步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)仍然有高轉(zhuǎn)矩輸出；具備短路、過(guò)壓、欠壓、過(guò)熱等完善保護(hù)功能，可靠性高；具有細(xì)分和半流功能。 常州德昌電子電器廠生產(chǎn)的 DCH30806 驅(qū)動(dòng)器是三相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。 [8] 上海市賽格電子生產(chǎn)以下型號(hào)的混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器： SM20 SM20 SM60、SM62 等各種型號(hào)的高細(xì)分高性能驅(qū)動(dòng)器。細(xì)分方式可以是 1 3 6 256，或者 40。 [11] 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件的發(fā)展?fàn)顩r 在微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，步進(jìn)電機(jī)的控制完全由硬件實(shí)現(xiàn)。隨著單片機(jī)的迅速普及，基于軟件為核心的通用環(huán)形分配器得到了廣泛的應(yīng)用，此類(lèi)環(huán)形分配器僅需更換不同的軟件即可適應(yīng)各種電機(jī)，無(wú)需變更硬件，具有極大的靈活性?，F(xiàn)在我們可以通過(guò)軟件編程來(lái)精確的模擬升降速曲 線(xiàn)，并且結(jié)合當(dāng)前微型計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的最優(yōu)化控制。 提出問(wèn)題 傳統(tǒng) 的 步進(jìn)電機(jī)控制 方法 是由觸發(fā)器產(chǎn)生控制脈沖 來(lái)進(jìn)行控制 的 ， 但 此種 控制 方法 工作方式單一 且 難于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互 ,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)發(fā)生變化時(shí) ,需要重新進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。 為了 克服傳統(tǒng)控制器的缺點(diǎn)， 滿(mǎn)足 工業(yè)生產(chǎn) 新 的控制 要求 ,在此設(shè)計(jì)一種 以 單片機(jī)為核心的新 型 控制器?；旌鲜讲竭M(jìn)是指混合了永磁式和東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 4 反應(yīng) 式的優(yōu)點(diǎn)。 方案一 ： 單片機(jī)對(duì)永磁式步進(jìn)電機(jī)的控制 其特點(diǎn)是： 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (PM).它的出力大 ,動(dòng)態(tài)性能好 。 (2)為 實(shí)現(xiàn)對(duì) 不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī) 進(jìn)行控制 而不 更 換控制器的要求 ,需要實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁方式的可控性。 (4)要求有足夠的 控制 精度。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 5 輸出量 : 步進(jìn)電機(jī)的 驅(qū)動(dòng) 信號(hào) 和 LED數(shù)碼管 顯示信號(hào) 。 (2)選擇 單片機(jī) ： 根據(jù) 控制系統(tǒng) 所要求的控制精度、響應(yīng)速度、開(kāi)發(fā)環(huán)境、 I/O 點(diǎn)數(shù)、輸入 /輸出通道數(shù)等情況選擇了 MCS51 系列的 8 位單片機(jī) 8051，其 具有 4KB ROM 和 256B RAM，因此不需要進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 本設(shè)計(jì)需要一個(gè) 8 2的鍵盤(pán)和一個(gè) 6 位的顯示器，它們的接口電路采用 8255A。電源電流最大值為 120mA，具 有 3個(gè) 8位的并行 I/O 口，有三種工作 方式，可通過(guò)編程改變其功能，使用靈活，通用性強(qiáng)。 (4)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng) 圖： 步進(jìn)電機(jī)接口電路與單片機(jī)連接時(shí)，為了可靠地實(shí)現(xiàn)信號(hào)隔離，減少輸入輸出設(shè)備對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的電信號(hào)干擾，需要用光電耦合器。 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng) 脈沖分配器 鍵盤(pán)輸 入 數(shù)碼管顯示 圖 11 單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 緒論 6 研究?jī)?nèi)容 (1)主要研究?jī)?nèi)容是通過(guò)單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速，步 距 角進(jìn)行 控制。 (3)用 8255A 作為鍵盤(pán)和顯示 電路 的接口芯片。 (5)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件電路。 研究方法 主要研究方法是：用單片機(jī)原理及其接口技術(shù)，通過(guò)軟硬件相結(jié)合 的方法 實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)和工作參數(shù)的控制。本設(shè)計(jì)采用的是串行控制方式，此方式下單片機(jī)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器之間只 有 兩條控制線(xiàn)。這兩個(gè)信號(hào)都是送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，驅(qū)動(dòng)器中含有環(huán)行分配器，對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方式的控制和控制脈沖的分配都是由環(huán)行分配器來(lái)完成的?？刂葡到y(tǒng)按速度控制的要求從時(shí)鐘脈沖控制線(xiàn)發(fā)出相應(yīng)的控制脈沖即可對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。因此，可以方便地對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 課 題研究的意義 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和電機(jī)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的要求在不斷提高。另外，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的普及發(fā)展趨勢(shì)，也要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)器具備更高的可靠性。 在本設(shè)計(jì)中 應(yīng)用單片機(jī)接口技術(shù)，使用大規(guī)模集成電路 PMM8713 設(shè)計(jì)了一種 新型 的步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng) ，這種 控制系統(tǒng) 具有集成度高 、電路簡(jiǎn)單、 成本低 、 控制精 度高、 調(diào)試和維護(hù)方便 等優(yōu)點(diǎn)。 通過(guò)本課題的研究，能 全面鞏固 單片機(jī) 及其 控制技術(shù)的 相關(guān) 知 識(shí)和技能；能掌握步進(jìn)電機(jī) 的 運(yùn)行 原理及控制方法 ；能了解 芯片的選擇 、 程序的編寫(xiě) 、 軟硬件的 配 合 、各種抗干擾措施的應(yīng)用等方面的知識(shí)。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)及硬件電路 8 第 2 章 三相反應(yīng)式 步進(jìn)電機(jī) 及硬件電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)概述 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線(xiàn)位移的機(jī)電元件 ， 通俗的講 ， 就外加一個(gè)脈沖信號(hào)于這種電動(dòng)機(jī)時(shí) ， 它就運(yùn)行一步 。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(hào)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(gè)脈沖信號(hào) ， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一 個(gè)步距角 。 [6] 雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又為磁阻式步進(jìn)電機(jī)，如圖214 所示，這是一臺(tái)三相電機(jī)，定子鐵心有硅鋼片疊成，定子上有 6 個(gè)磁極（大齒），共有 3 套控制繞組，繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上的一套繞組為一相。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的是利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。同理，當(dāng)斷開(kāi) A相 ,接通 B 相時(shí)，轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò) 30度，使轉(zhuǎn)子齒 2,4 的軸線(xiàn)與定子 B 軸線(xiàn)對(duì)齊。如此按 ABCA??順序不斷接通和斷開(kāi)控制繞組，轉(zhuǎn)子就會(huì)一步步地按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。若上述電機(jī)通電順序改為 ACBA??則電機(jī)轉(zhuǎn)向變?yōu)轫槙r(shí)針。所謂“三相”，指此步進(jìn)電機(jī)具有三相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“三拍”指三次換接為一個(gè)循環(huán)，第四次換接重復(fù)第一次的情況。三相六拍運(yùn)行的供電方式是 AABBBCCCAA??這時(shí)，每一循環(huán)換接 6 次，共有 6 種通電狀態(tài)。這時(shí)，與單三拍運(yùn)行時(shí)一樣，每一循環(huán)也是換接 3 次，共有 3種通電狀態(tài)，但不同的是每次換接都同時(shí)有兩相繞組通電。本設(shè)計(jì) 采用的是串行控制方式，此方式下單片機(jī)控制系統(tǒng)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間只 有 兩條控制線(xiàn)。這兩個(gè)信號(hào)都是送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，驅(qū)動(dòng)器中含有環(huán)行分配器，對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁方式的控制和控制脈沖的分配都是由環(huán)行分配器來(lái)完成的?？刂葡到y(tǒng)按速度控制的要求從時(shí)鐘脈沖控制線(xiàn)發(fā)出相應(yīng)的控制脈沖即可對(duì)步進(jìn)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。因此，可以方便地對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。 [12] 硬件電路的組成部分 本設(shè)計(jì)采用的是 8051 單片機(jī)，利用功率放大來(lái)控制三相反應(yīng)式 步進(jìn)電機(jī)。S。主要設(shè)計(jì)的子程序有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)子程序、正向運(yùn)行子程序、反向運(yùn)行子程序、定時(shí)器中斷服務(wù)子程序 等 。系統(tǒng)軟件編制采用定時(shí)中斷產(chǎn)生脈沖序列，不使用軟件延時(shí)，不占用 CPU。 三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作方式為三相單三拍，通電順序?yàn)椋?ABCA。 [10] 程序流程圖 正反轉(zhuǎn) 程序 流程圖 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 11 圖 31 主流程圖 加減速控制程序 流程圖 控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度，實(shí)際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時(shí)鐘脈沖的頻率或換相的周期，即在升速過(guò)程中，使脈沖的輸出頻率逐漸增加；在減速過(guò)程中，使脈沖的輸出頻=1？ 正轉(zhuǎn)？ 絕對(duì)位置加 1 步數(shù)減 1 越 界 ？ 步數(shù) =0 重裝定時(shí)常數(shù) 報(bào)警 停機(jī) 停機(jī) 絕對(duì)位置減 1 N N Y Y Y N Y N 改變 狀態(tài) 退出 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 12 率逐漸減小。當(dāng) D/ J = 1 時(shí)，連續(xù)給環(huán)形脈沖分配器時(shí)可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)運(yùn)行 。 圖 35 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)流程圖 入口 方向輸入D/J=0 是否結(jié)束？ 是否結(jié)束？ 給脈沖電機(jī)反轉(zhuǎn) 給脈沖電機(jī)正轉(zhuǎn) 返回 N N Y Y Y N 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 數(shù)碼管 顯示 程序 流程圖 ： 圖 36 數(shù)碼管顯 示流程圖 RC0,RC5,RC6 和 R8 口都設(shè)成高阻態(tài) RC0 口輸出高電平 LED1 顯示字符送 R8 口 延時(shí) 置 R8 口為高阻態(tài)，熄滅 LED3,再令 RC6 為高阻態(tài) LED3 顯示字符送 R8 口 RC6口輸出高電 平 置 R8 口為高阻態(tài)，熄滅LED2,再令 RC5 為高阻態(tài) 延時(shí) LED2 顯示字符送 R8 口 RC5 口輸出高電平 置 R8 口為高阻態(tài)，熄滅 LED1,再令 RC0 為高阻態(tài) 共陽(yáng)數(shù)碼管顯示程序