【正文】 能量損耗，尤其是在高頻工作時更加嚴(yán)重，因而它只適用于小功率或?qū)π阅苤笜?biāo)要求不高的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。高低壓驅(qū)動是指不論電動機(jī)的工作頻率是多少，在導(dǎo)通相的前沿用高電壓供電來提高電流的上升沿斜率，而在前沿過后采用低電壓來維持繞組的電流，即采用加大繞組電流的注入量以提高出力，而不是通過改善電路的時間常數(shù)來使矩頻性能得以提高。這種驅(qū)動方式目前在實際應(yīng)用中還比較常見。細(xì)分驅(qū)動時，繞組電流不是一個方波而是階梯波，額定電流是臺階式的投入或切除?？梢哉f細(xì)分驅(qū)動技術(shù)是步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動與控制技術(shù)的一個飛躍。 系統(tǒng)總體設(shè)計方案步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)的框圖如圖9所示：AT89S52鍵盤輸入數(shù)碼管顯示ULN2003A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)LED指示燈紅外接收頭電源電路振蕩電路復(fù)位電路圖9 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)設(shè)計方案與功能簡述本次設(shè)計采用AT89S52單片機(jī)作為控制器元件。其功能分別為：正轉(zhuǎn)（加速）、反轉(zhuǎn)（減速）、停止。在軟件中，采用循環(huán)掃描法來實現(xiàn)鍵盤的識別與處理。通過它來顯示步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行級別等級。(3) 步進(jìn)電機(jī)的勵磁控制步進(jìn)電動機(jī)的勵磁方式可以分為全步勵磁及半步勵磁。每輸出一個脈沖信號，步進(jìn)電動機(jī)只走一步。在本設(shè)計中，通過設(shè)置AT89S52的定時器的初始值來實現(xiàn)89C51的端口輸出相應(yīng)的相序脈沖，從而實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。經(jīng)常用在顯示驅(qū)動、繼電器驅(qū)動、照明燈驅(qū)動、電磁閥驅(qū)動、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動等電路中。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行穩(wěn)定的運(yùn)行。 小結(jié)本章主要介紹了此次設(shè)計中所用的各種器件以及整個系統(tǒng)設(shè)計的總體方案，包括AT89S52單片機(jī)介紹、基本器件四相五線永磁型步進(jìn)電機(jī)M35SP7NP簡介、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片ULN2003A簡介以及紅外遙控簡介等，并繪出了系統(tǒng)框圖，對各部分框圖的功能進(jìn)行了介紹。第三章 系統(tǒng)整體硬件設(shè)計 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路設(shè)計圖10所示的為AT89S52單片機(jī)的最小系統(tǒng)圖，它是單片機(jī)工作的基本保證，包括電源電路、振蕩電路和復(fù)位電路。按鍵復(fù)位，5V電源經(jīng)過220Ω限流電阻和按鍵直接接到RST引腳，當(dāng)按鍵按下RST直接被拉高實現(xiàn)復(fù)位操作。MCS51單片機(jī)的時鐘振蕩器是由單片機(jī)內(nèi)部反相器的外接晶振及微調(diào)電容組成的一個三點式振蕩器，將晶振和微調(diào)電容接到單片機(jī)的XTAL1和XTAL2引腳段即可產(chǎn)生自激振蕩，產(chǎn)生時鐘周期。RAM是單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲器，分為片內(nèi)和片外，AT89S52單片機(jī)內(nèi)部的有256B RAM，可尋址空間為64K，此處設(shè)計無外接擴(kuò)展。在圖10中下部分為電源接口電路，在此次設(shè)計中采用適配器，將5V電源通過電源座接口引進(jìn)，供整個系統(tǒng)工作。電源在引進(jìn)本系統(tǒng)后，有開關(guān)控制電源的接通，還有LED電源指示燈等。圖11所示的電路為指示等電路，其中紅色的LED表示步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，綠色的表示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，黃色的表示步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖12所示的電路是數(shù)碼管驅(qū)動電路用來指示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度的級別，采用共陽數(shù)碼管，用PNP三極管驅(qū)動。此種接法可使數(shù)碼管的亮度增加，顯示清晰。圖13是按鍵電路，S1按下表示步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，S2按下表示步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，S3按下步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。在程序中，單片機(jī)不停的掃描檢測對應(yīng)IO口電平的變化，來判斷是哪個鍵按下，從而在程序中去調(diào)用相應(yīng)的程序，執(zhí)行操作。 圖13 按鍵電路 圖14 紅外接口電路 ULN2003A步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊硬件電路設(shè)計此電路是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動部分，選用的是ULN2003A芯片來驅(qū)動的，ULN2003系列是一款高耐壓，大電流達(dá)林頓管驅(qū)動器，包含7個NPN達(dá)林頓管。~ 輸出脈沖到ULN2003A的IN1~IN4口，經(jīng)信號放大后從OUT1~OUT4 口分別輸出到電機(jī)的A、B、C、D相，這樣通過單片機(jī)的IO口輸出的脈沖信號經(jīng)過ULN2003A放大后，連接到步進(jìn)電機(jī)A、B、C、D四相后，可直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。圖16 程序下載接口電路 小結(jié)本節(jié)主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計中硬件電路的設(shè)計，包括單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，數(shù)碼管顯示與驅(qū)動電路，LED指示電路以及ULN2003步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路等。第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計思路在程序設(shè)設(shè)計中，首先是對系統(tǒng)進(jìn)行各種初始化處理，包括定時器，中斷以及其他寄存器和Ｉ/Ｏ口的處理等。同理，當(dāng)有反正或是停止按鍵按下時，單片機(jī)調(diào)用相應(yīng)的程序，使單片機(jī)的IO口輸出相應(yīng)的控制脈沖，從而控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。 系統(tǒng)設(shè)計主程序流程圖系統(tǒng)分為初始化程序、電機(jī)運(yùn)行子程序（包括電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加減速停止等）、按鍵及紅外掃描子程序等組成，其主程序框圖如下圖17所示。當(dāng)有按鍵按下時，單片機(jī)就會調(diào)用相關(guān)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行子程序。完成之后系統(tǒng)返回，開始下一次掃描，如此循環(huán)。定時器中斷允許開始外部中斷允許設(shè)置定時器工作方式裝初值開啟定時器0、TR0=1載入默認(rèn)工作參數(shù)各I/O端口初始化圖18 系統(tǒng)初始化程序流程圖 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行控制子程序流程圖步進(jìn)電機(jī)控制子程序流程圖說明，如圖19所示。若是紅外信號控制信號，處理之后調(diào)用，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行程序，輸出控制脈沖去控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)多次按下正轉(zhuǎn)鍵或是反轉(zhuǎn)鍵時，步進(jìn)電機(jī)開始加速或是減速，其速度值以09等級級別在數(shù)碼管上顯示。在主函數(shù)main中，初始化系統(tǒng)，開啟定時中斷與外部中斷。同時定時器不停的產(chǎn)生控制脈沖，控制步進(jìn)的運(yùn)行狀態(tài)，并進(jìn)行紅外脈沖的掃描。綜合各個模塊就可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。 Keil編程軟件簡介與使用Keil 是美國Keil公司的C51編譯器，它被嵌入到了Keil uVision集成開發(fā)環(huán)境中。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 Proteus軟件有十多年的歷史，在全球廣泛使用，除了其具有和其它EDA工具一樣的原理布圖、PCB自動或人工布線及電路仿真的功能外，其革命性的功能是，他的電路仿真是互動的，針對微處理器的應(yīng)用，還可以直接在基于原理圖的虛擬原型上編程，并實現(xiàn)軟件源碼級的實時調(diào)試。PROSPICE 仿真器的一個擴(kuò)展PROTEUS VSM:便于包括所有相關(guān)的器件的基于微處理器設(shè)計的協(xié)同仿真。PROTEUS的特點主要有：（1）支持許多通用的微控制器，如PIC,AVR,HC11以及8051； （2）交互的裝置模型包括：LED和LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤；（3）強(qiáng)大的調(diào)試工具；包括寄存器和存儲器,斷點和單步模式；（4）IAR CSPY 和Keil uVision3等開發(fā)工具的源層調(diào)試；（5）應(yīng)用特殊模型的DLL界面提供有關(guān)元件庫的全部文件。數(shù)碼管表示步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的速度級別09級。當(dāng)上電開始仿真時，紅燈亮，步進(jìn)電機(jī)停止，數(shù)碼管顯示為0，系統(tǒng)正常。同理，反轉(zhuǎn)鍵也是如此。（一）硬件調(diào)試的步驟仿真完全實現(xiàn)其所需的功能以后，并在接入電源之前，用萬用表對整個電路進(jìn)行檢查，查看是否在聯(lián)線過程中是否出現(xiàn)問題。檢查電路是否有沒接的線路。在接上電源以后看芯片是否都是在正常工作電壓下工作，其它器件是否正常工作等?？傻搅藢嵨锟倳龅揭恍﹩栴}。其次，在電路中由于電機(jī)是感性負(fù)載，會對電路產(chǎn)生一些干擾，可以在電路中多加一些104的此片電容，并且最好加一些100uF的電解電容在ＶＣＣ和ＧＮＤ之間，以增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。第六章 總結(jié)與展望（一）論文工作總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的啟動、正反轉(zhuǎn)、速度調(diào)節(jié)和停止等功能，通過本次畢業(yè)設(shè)計增強(qiáng)了我對軟件編程和硬件設(shè)計的掌握，并且熟悉了ULN2003A電機(jī)驅(qū)動芯片，對步進(jìn)電機(jī)的了解更是深了?？梢哉f步進(jìn)電機(jī)有著廣闊的市場和遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。此外，本設(shè)計過程考慮比較全面，特意加上了紅外遙控功能。本次設(shè)計采用的是通過單片機(jī)軟件產(chǎn)生脈沖來實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制，性能穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)效益高，使用方便靈活，具有很高的實用價值，值得我們研究。但是在芯片的發(fā)展，以及出現(xiàn)了更高級的芯片能夠很好的控制步進(jìn)電機(jī)，能夠很大程度上提高電機(jī)的精確性和穩(wěn)定性?；仡欉^去，展望未來，我們更應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)著，不斷的準(zhǔn)備著，把自己的知識更好的運(yùn)用與實踐中。陳老師的教誨與鞭策將激勵我在學(xué)習(xí)和生活的道路上勵精圖治，開拓創(chuàng)新。同時,也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、并且共同奮斗四年的大學(xué)同學(xué)們，能夠順利完成論文，離不開他們的幫助，在此表示最深的謝意。謝謝!附錄一：系統(tǒng)原理圖附