【正文】 夠簡單的做到 高精度的定位控制。 (全步級 )/176。 3 分 (177。 )以內(nèi)，且無累計誤差，故可達到高精度的定位控制。 ： 步進電機在停止狀態(tài)下 (無脈波信號輸入時 )，仍具有 激磁保持力，故即使不依靠機械式的剎車，也能做到停止位置的保持。 ： 步進電機因為加速性能優(yōu)越 ,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。 ： 使用步進電機裝置與使用離合器、減速機及極限開關等其它裝置相較，步進電機的故障及誤動作少，所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。 167。用百分比表示：誤差 /步距角 *100%。 （ 2） 失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。 （ 3） 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，采用細分驅(qū)動是不能解決的。 （ 5） 最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極 N、 S 磁場的激磁線圈對數(shù)。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即ABBCCDDAAB，四相八拍運行方式即 AABBBCCCDDDAA. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。四拍 運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） = 度（俗稱半步）。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關。 三、方案設計 單片機系統(tǒng)設計主要包括以下幾個方面的內(nèi)容：控制系統(tǒng)總體方案設計，包括系統(tǒng)的要求、控制方案的選擇，以及工藝參數(shù)的測量范圍等；選擇各參數(shù)檢測元件及變送器；建立數(shù)學模型及確定控制算法；選擇單片機，并決定是自行設計還是購買成套設備；系統(tǒng)硬件設計，包括接口電路，邏輯電路及操作面板；系統(tǒng)軟件設計，包括管理、監(jiān)控程序以及應用程序的設計，應用系統(tǒng)設計包含有硬件設計與軟件設計兩部分；系統(tǒng)的調(diào)試與試驗?？傮w方案的好壞，直接影響整 個控制系統(tǒng)的性能及實施細則。設計方法大致如下：根據(jù)系統(tǒng)的要求，首先確定出系統(tǒng)是采用開環(huán)系統(tǒng)還是閉環(huán)系統(tǒng)，或者是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。選擇執(zhí)行機構(gòu)，執(zhí)行機構(gòu)是微型機控制系統(tǒng)的重要組成部件之一。選擇輸入 /輸出通道及外圍設備。 167。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。其基本原理作用如下： (1)控制換相順序 通電換相這一過程稱為脈沖分配。 (2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向 步進電機的轉(zhuǎn)向由脈沖的分配順序決定，如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)，要想改變步進電機的轉(zhuǎn)向，只需將脈沖的分配次序顛倒即可實現(xiàn)。兩個脈沖的間隔越短 ,即通電一周的周期越短 ,驅(qū)動頻率越高 ,則電機轉(zhuǎn)速越快 ,因此步進電機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖的發(fā)送速度的快慢，脈沖速度快了不進電機的轉(zhuǎn)速也就會加快，反之則會變慢， 但步進電機的轉(zhuǎn)速也不可能太快 ,因為它每走一步需要一定的時間 ,若信號頻率過高 ,可能導致電機失步 ,甚至只在原步顫動 . 調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速，實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速控制。 驅(qū)動系統(tǒng)組成 對于一個步進電機驅(qū)動系統(tǒng)來說，應包括信號發(fā)生、信號分配、功率放大等幾個模塊 。 信號發(fā)生 通過對單片機的 IO口置高低點電平來產(chǎn)生脈沖信號 步進脈沖產(chǎn)生電路 ，在采用單片機的步進電機開環(huán)系統(tǒng)中 ,控制系統(tǒng)的 CP脈沖的頻率或換向周期實際上是控制步進電機的運行速度。 第 一 種方 案 是延時 延時方法是在每次換向之后調(diào)用一個延時子程序 ,待延時結(jié)束后再次執(zhí)行換向 ,這樣周而復始就可發(fā)出一定頻率的 CP 脈沖或換向周期。該方法簡單 ,占用資源少 ,全部由軟件實現(xiàn) ,調(diào)用不同的子程序可以實現(xiàn)不同速度的運行 。 第二 種 方案 是定時。當定時器起動后 ,定時器從裝載的初值開 始對系統(tǒng)及其周期進行加計數(shù) 。將電機換向子程序放在定時中斷服務程序中 ,定時中斷一次 ,電機換向一次 ,從而實現(xiàn)電機的速度控制。為了減少這種定時誤差 ,實現(xiàn)精確定時 ,要對重裝的計數(shù)初值作適當調(diào)整。二是重裝初值指令所占用的時間 ,包括在重裝初值前中斷服務程序中的其他指令因素。用定時中斷方式控制電動機變速時 ,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。為了減少每步計算裝載值的時間 ,系統(tǒng)設計時就把各離散點的速度所需的裝載值固化在系統(tǒng)的 ROM中 ,系統(tǒng)在運行中用查表法查出所需的裝載值 ,這樣可大幅減少占用 CPU 的時間 ,提高系統(tǒng)的響應速度。 這個時間不應采用延時來實現(xiàn)，因為會影響到其他功能的實現(xiàn)。 167。步進電機的驅(qū)動方式很多，有單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波驅(qū)動、細分驅(qū)動和集成電路驅(qū)動。 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。 功率放大方案選擇： 方案一： 使用多個功率放大器件驅(qū)動電機通過使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達到不同的放大的要求，放大后能夠得到較大的功率。 方案二： 使用 ULN2021 芯片驅(qū)動電機 ULN2021 芯片 每片封裝了 7 個達林頓管每個驅(qū)動管的輸出電流可達 500mA（峰值 600mA）對于較大的電流 ,可以將輸出并之直 接使 TTL/CMOS/PMOS/DTL 與兼容 可以驅(qū)動兩個二相電機（如圖 1－ 1），也可以驅(qū)動一個四相電機，輸出電壓最高可達 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的 IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。而使用 ULN2021 時，可以用 ULN2021 來提供時序信號，可以節(jié)省單片機 IO 口的使用；也可以直接用單片機模擬出時序信號，由于控制并不復雜，故選用后者。 脈沖分配 本設計使用的 步進電機四相步進電機，型號為 42D130 步距角為 度，繞組線圈的電阻為每相 歐姆，可有四相四拍，四相八拍兩種脈沖分配方式。其中四相四拍式分配方式比較方便，且程序較易實現(xiàn)，接線簡單，所以選擇此方式進行脈沖分配。 四、軟件 硬件設計 167。 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100 次。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51