【正文】 。（三）步進電機的啟?？刂撇竭M電機由于其電氣特性，運轉(zhuǎn)時會有步進感即振動感，為了使電機轉(zhuǎn)動平滑，減小振動，可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細分的梯形波；可以減小步進電機的步進角，提高電機運行的平穩(wěn)性。（四）步進電機的速度控制步進電動機運轉(zhuǎn)的速度是由輸入到A、B、C、D四相繞組的頻率所決定的。因而通過延時程序控制輸出脈沖的頻率，就可以實現(xiàn)對步進電機速度的控制。電機由靜止到達設(shè)定的最大的速度所需的時間是由調(diào)試決定的。加速度有兩中方案：線性加/減速度控制和等步距加/減速度控制。等步距加/減速度控制的優(yōu)點，在于加/減過程中電機走的步數(shù)可以非常精確的計算，這一點對于加/減的位置控制非常重要，但從電機要克服慣性力來看，線性加速方案好些。 線性加速控制曲線f=(f2f1)/n，其中n為加速過程的臺階數(shù)，減速控制也類似，只是△f為負值。以超過最高起動頻率的頻率直接起動，將出現(xiàn)“失步”現(xiàn)象，甚至無法起動。但實際應用對起動段的處理可采用直線擬合的方法，即“階梯升速法”。②未知突跳頻率，則按段擬合至給定的起動頻率，每段頻率的遞增量（后稱階梯頻率）△f=f/8，即采用8段擬合。 階梯升速起動三、步進電動機的驅(qū)動步進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備——步進電機驅(qū)動器，驅(qū)動器驅(qū)動電流流過電機內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機運轉(zhuǎn)。典型的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)是由步進電機控制器、步進電機驅(qū)動器和步進電機本體三部分組成。步進電機轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低。通常，步進電機驅(qū)動器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動電路、保護電路和電源組成?？刂齐娐份敵龅男盘柟β屎艿停荒芴峁┎竭M電機所需的輸出功率，必須進行功率放大，這就是步進電機驅(qū)動器的功率驅(qū)動部分。保護電路在出現(xiàn)短路、過載、過熱等故障時迅速停止驅(qū)動器和電機的運行。步進電機各相繞組都是在鐵心上的銅線圈，電阻和電感是電機相繞組的兩個固有屬性，電機的性能和這兩個因素密切相關(guān)。繞組線圈的電阻是電機溫升和電能損耗的主要因素。在t=0時刻，電壓V施加到該電路上時，電路中的電流變化規(guī)律為:I(t)=V(1eRt/L)/R通電瞬間繞組電流上升速率為：di(0)/dt=V/t經(jīng)過一段時間，電流達到最大值：Imax=V/RL/R定義為該電路的時間常數(shù)，是電路中的電流達到最大電流Imax的63%所需要的時間。低頻時電流能夠達到最大值(a)；當矩形波頻率上升達到某一臨界頻率，電流剛達到最大值就開始下降(b)；矩形波頻率超過此臨界值后，繞組中的電流不能達到最大值(c)。 不同頻率脈沖作用下電感電阻電路的電流波形，要改善電機高速運行時的性能，有兩種辦法:提高電流上升速度VA和減小時間常數(shù)L/R；可以通過加大繞組的電壓從而增加電流上升的速率得時間常數(shù)。第三節(jié) 單片機概述單片機（singlechip microputer）是把微型計算機主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計算機。單片機是通過內(nèi)部總線把計算機的各主要部件接為一體，其內(nèi)部總線包括地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。片內(nèi)總線時鐘時鐘程序儲存器數(shù)據(jù)儲存器I/O口定時/計數(shù)器單片機應用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入/輸出控制、時序控制等。單片機在進行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。單片機芯片與其它CPU比較，功能雖然要強得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)ROM、RAM、I/O口等不能很多，在構(gòu)成實際的應用系統(tǒng)時需要加以擴展，適應不同的工作情況。表21 AT89C51的主要參數(shù)型號存儲器定時器I/0串行口中斷速度（MH）其他特點E178。PROM電可編閃速存儲器。PROM中的程序被非法復制。程序存儲器E178。AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。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是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方。GND：接地。當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FIASH進行校驗時，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，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。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接收一些控制信號。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機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。/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。③I/O口引腳：a：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復用；b：P1口，8位準雙向I/O口；c：P2口，8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復用；d：P3口，8位準雙向I/O口，雙功能復用口。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應不接。⑤芯片擦除：整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。此外，AT89C52設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。第四節(jié) 電機驅(qū)動芯片介紹一、L297簡介L297是意大利SGS半導體公司生產(chǎn)的步進電機專用控制器，它能產(chǎn)生4相控制信號，可用于計算機控制的兩相雙極和四相單相步進電機，能夠用單四拍、雙四拍、四相八拍方式控制步進電機。該集成電路采用了SGS公司的模擬/數(shù)字兼容的I2L技術(shù)，使用5V的電源電壓，全部信號的連接都與TFL/CMOS或集電極開路的晶體管兼容。 L297引腳圖L297能產(chǎn)生單四拍、雙四拍和四相八拍工作所需的適當相序。 四項八拍模式波形圖通過交替跳過在八步順序中的狀態(tài)就可以得到全步工作方式，此時需在腳19接一低電平，、。但在本驅(qū)動電路中用L297來提供時序信號，節(jié)省了單片機I/O端口的使用。固本次設(shè)計應采用CPU間接驅(qū)動步進電機，采用L297和L298并用。；如與L293E配套使用，步進電機繞組電流。時鐘信號來調(diào)節(jié)步進脈沖信號CP，從而控制步進電機的位置與速度；也就是說：驅(qū)動器每接受一個CP脈沖就驅(qū)動步進電機一個旋轉(zhuǎn)的步距角，CP脈沖的頻率改變則會使步進電機的轉(zhuǎn)速改變，控制CP脈沖的個數(shù)，則可以使步進電機精確定位。L298芯片是一種高壓、大電流雙H橋式驅(qū)動器，來調(diào)節(jié)輸出電壓。根據(jù)檢測原理，編碼器可分為光學式、磁式、感應式和電容式。伺服系統(tǒng)中，由于光電碼盤與電動機同軸，電動機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤與電動機同速旋轉(zhuǎn)，再由發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出若干脈沖信號。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還可提供相位相差90176。 光電編碼器的原理圖二、LED數(shù)碼顯示發(fā)光二極管LED是一種通電后能發(fā)光的半導體器件，其導電性質(zhì)與普通二極管類似。在單片機系統(tǒng)中應用非常普遍。它使用了8個LED發(fā)光二極管，其中7個用于顯示字符，1個用于顯示小數(shù)點。把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)成公共陽極，使用時公共陽極接+5V，每個發(fā)光二極管的陰極通過電阻與輸入端相連。②共陰極接法。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。在本設(shè)計中所采用的是共陰極四位一體數(shù)碼管SM420361，用74LS244芯片來驅(qū)動顯示。選用四相步進電機，單片機選用AT89C52作為控制器。本系統(tǒng)采用外部中斷方式，p1口作為信號的輸入部分，p0口、p2口是數(shù)碼管顯示部分，p3口作為電機的驅(qū)動部分。78系列集成穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定，漂移小，精度也比較高。它有風部過流保護，保證輸出電流部會超出最大允許值；它有內(nèi)部熱保護電路，如果輸出管的結(jié)溫達到允許的最大值，它會知道減小輸出電流；它內(nèi)部還有工作區(qū)限制電路。因此，它的可靠性高。電源變壓器將220V的交流電壓變?yōu)樗璧慕涣麟妷褐怠Ｕ麟娐穼⒔涣麟妷鹤優(yōu)槊}沖的直流電壓，常用的整流電路有單相半波，全波，橋式和倍壓整流電路。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的波紋，一般由電抗元件組成。因為電容濾波電路簡單，負載直流電壓較高，波紋較小，所以我們采用的是電容式濾波。本設(shè)計采用三端集成穩(wěn)壓器，常用的是7800系列和7900系列。最常用的元件是電容。當整流輸出電壓開始下降時，電容向負載放電以維持輸出電壓，總的輸出電壓波形就平滑得多。大電流的輸出，散熱片的尺寸要足夠大，否則會導致高溫保護或熱擊穿；③輸入輸出壓差也不能太小，太小效率很差。 電源電路二、時鐘電路和復位電路設(shè)計時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏，可以通過提高時鐘頻率來提高CPU的速度，本次設(shè)計采用的晶振為12MHz。 驅(qū)動部分電路四、按鍵電路設(shè)計鍵盤在單片機應用系統(tǒng)中能實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令等功能，是人工干預單片機的主要手段。鍵盤所用開關(guān)為機械彈性開關(guān)，利用了機械觸點的合、斷作用。通過對輸出電平的高低狀態(tài)的檢測，便可確認按鍵按下與否。鍵盤按鍵電路如下圖所示本次設(shè)計選用的是單片機的P1口來控制信號的輸入，所以把按鍵開關(guān)和P1口連接起來，當按下開關(guān)K1時，數(shù)碼管LED1亮；當按下開關(guān)K2時，數(shù)碼管LED2亮；當按下開關(guān)K3時，數(shù)碼管LED3亮；當按下開關(guān)K4時，數(shù)碼管LED4亮；當按下開關(guān)K5時，；數(shù)碼管LED5亮；當按下開關(guān)K6時，；數(shù)碼管LED6亮。各個開關(guān)都接有數(shù)碼管，表示此操作正常，這樣更好的讓我們視角上能夠感受。假設(shè)電機的實際轉(zhuǎn)速為n分/轉(zhuǎn)，則光電碼盤上面返回的是10n/60每秒。通過用設(shè)定一個外部中斷1，接受光電開關(guān)采集的信號，通過設(shè)定計數(shù)器T1計數(shù)，記下中斷次數(shù)（即反饋的脈沖信號），然后通過設(shè)計算法計算出實際轉(zhuǎn)速。 顯示電路七、抗干擾設(shè)計由于系統(tǒng)中不可避免會從外界引入干擾，影響系統(tǒng)的控制精度，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，故采用了硬件和軟件抗干擾措施。②輸出系統(tǒng)：使各輸出信號混亂，不能反映微機系統(tǒng)的真實輸出量。③微機控制的內(nèi)核，使三總線上的數(shù)據(jù)信號混亂，CPU得到錯誤的數(shù)據(jù)信息，使運算操作數(shù)失真。這些直流穩(wěn)壓電源都是由220伏轉(zhuǎn)化而來，有可能產(chǎn)生波動現(xiàn)象。：①在電路排列方面，模擬電路和數(shù)字電路之間集中在一起，器件之間盡量縮短距離減小寄生電容。③電源系統(tǒng)的干擾大部分是高次諧波，然后接穩(wěn)壓器件，以保持電源穩(wěn)定。（電源部分）WATCHDOG本身能獨立工作，基本上不依賴于CPU，當電源受干擾而掉電時，WATCHDOG自動產(chǎn)生中斷。第四章 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計與其它的微處理器一樣，開發(fā)步進電機驅(qū)動系統(tǒng)控制程序也需要一套完整的軟件和硬件開發(fā)工具。想要把軟件設(shè)計得更加合理，先要了解軟件設(shè)計應該具備的基本要求（實時性、可靠性、可維護性）；然后才能根據(jù)系統(tǒng)的具體要進行軟件的設(shè)計。單片機接受鍵盤信息，改變系統(tǒng)內(nèi)部變量值，輸出脈沖信號，控制步進電機轉(zhuǎn)動，再根據(jù)步進電機實際轉(zhuǎn)動值，控制數(shù)碼管顯示。YN開始系統(tǒng)參數(shù)初始化相應按鍵子程序相應顯示子程序結(jié)束按鍵判斷 主程序流程圖第二節(jié) 鍵盤控制程序設(shè)計，電機正轉(zhuǎn)，電機反轉(zhuǎn)。電機反轉(zhuǎn)原理與正轉(zhuǎn)相似，此時P1口的值分別為09H，08H，0CH，04H，06H，02H，03H，01H。按下加速鍵，調(diào)用加速子程序，使電機每轉(zhuǎn)動一步的延時時間變短，從而實現(xiàn)電機的加速。開始保護現(xiàn)場輸出控制模塊指向下一個控制模塊方式取控制模塊關(guān)中斷恢復起始控制臺模塊是控制模塊結(jié)束標志否？是否恢復現(xiàn)場禁止定時中斷步數(shù)夠否？返回否是 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖第五節(jié) 顯示子程序設(shè)計顯示器件用以顯示系統(tǒng)的整個運行狀態(tài)。設(shè)置顯示數(shù)據(jù)區(qū)首址74LS244初始化74LS244初始化設(shè)置位選字輸出位選字讀顯示數(shù)據(jù)查段選碼輸出段選碼延時1ms顯示完8位數(shù)據(jù)否？返回改變位選字是否開始 顯示程序流程圖第六節(jié) 定時中斷程序設(shè)計定時中斷初始時首先要對IF清零，禁止接受其它中斷的請求。開始關(guān)中斷計數(shù)單元加1重新加載數(shù)據(jù)觸發(fā)INTO開中斷8ms定時到否？