步進電機加減速定位控制系統(tǒng)課程設(shè)計說明書

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題描述 </p><p>　　隨著電子技術(shù)，特別是隨大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生而出現(xiàn)的微型計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，人類生活發(fā)生了根本性的改變。如果說微型計算機的出現(xiàn)使現(xiàn)代科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可以毫不夸張地說，單片機技術(shù)的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)測控領(lǐng)域帶來了一次新的技術(shù)革命。目前，單片機以其體

2、積小、重量輕、抗干擾能力強、對環(huán)境要求不高、高可靠性、高性能價格比、開發(fā)較為容易，在工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、智能化儀器儀表、辦公自動化等諸多領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用，并已走人家庭，從洗衣機、微波爐到音響、汽車，到處都可見到單片機的蹤影。因此，單片機技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。本課題研究的內(nèi)容就是以單片機為主要控制元件，通過控制脈沖信號來定位步進電機。</p><p>　　1.2

3、步進電機參數(shù)和特點 </p><p>　　1.2.1 基本參數(shù)</p><p>　　1.電機固有步距角[8]</p><p>　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機固

4、有步距角’，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。</p><p><b>　　2.步進電機的相數(shù)</b></p><p>　　是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的

5、為0.36°/0.72° 。</p><p>　　3. 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）</p><p>　　是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。</p><p>　　1.2.2 步進電機的特點</p><p>　　1．一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 </p><

6、p>　　2．步進電機外表允許的最高溫度。 </p><p>　　步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 </p><p>　　3．步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

7、 </p><p>　　當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機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。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。</p><p>　　4．步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。</p><p>　　步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟

8、動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。步進電機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。</p><p><b>

9、;　　2 總體方案設(shè)計</b></p><p>　　2.1 總體設(shè)計框圖</p><p>　　為了實現(xiàn)步進電機的加減速定位控制功能，設(shè)計采用的如圖2.1的設(shè)計框圖。</p><p>　　本設(shè)計系統(tǒng)采用開環(huán)控制，利用AT89C51單片機作為脈沖分配器，通過功率接口控制四相步進電機的加減速運行。</p><p>　　鍵盤模塊控制步進電

10、機的起動 、加速、停止、以及定位等各項功能的選擇。</p><p>　　LCD顯示器上實時的顯示步進電機的運行轉(zhuǎn)速和定位功能時候步進電機運行的轉(zhuǎn)速和總的轉(zhuǎn)數(shù)。</p><p>　　89C51單片機系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)的核心，控制系統(tǒng)的各個模塊協(xié)調(diào)工作并且充當(dāng)步進電機運轉(zhuǎn)時候的脈沖分配器。</p><p>　　圖2.1總體設(shè)計框圖</p><p>

11、;　　2.2 控制系統(tǒng)芯片的選取</p><p>　　2.2.1 單片機芯片的選取</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微型計算機技術(shù)日益發(fā)展，已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著集成電路工藝的發(fā)展，出現(xiàn)了單片機、DSP,ARM等多種單片機。</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱

12、單片機。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)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。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案[6]。51單片機雖然和DSP,ARM相比處理速度和運算速度上都比較慢，但它的體積小、質(zhì)量輕、價格便宜，它的速度可以滿足本次實驗的要求，所以我們采用AT89C51這款單片機。</

13、p><p>　　2.2.2 步進電機驅(qū)動芯片的原理及其引腳功能</p><p>　　對于設(shè)計中的步進電機驅(qū)動器采用L298N驅(qū)動器。L298N 為SGS-THOMSON Microelectronics 所生產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片( Dual Full-Bridge Driver ) ，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進電

14、機，內(nèi)含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標準TTL邏輯電位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進電機，且可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。L298N的內(nèi)部邏輯圖如2.3所示[1]。</p><p>　　圖2.3 L298 內(nèi)部邏輯圖[3]</p><p>　　雙列直插式封裝的L298N，共20個引腳，引腳圖及其引腳功能如

15、下圖2.4所示。</p><p>　　圖2.4 L298N引腳圖[2]</p><p>　　L298N驅(qū)動器的引腳功能如表2.1所示。</p><p>　　表 2.1 L298引腳功能</p><p>　　2.2.3 顯示芯片的選取及其引腳功能</p><p>　　對于顯示模塊選用LM016L液晶顯示器。LM016L液

16、晶顯示器（LCD）具有功耗低、體積小、質(zhì)量輕、顯示好的特點。點陣字符型液晶顯示器把LCD 控制器、點陣驅(qū)動器、字符存儲器集成在一塊印刷電路板上，構(gòu)成便于應(yīng)用的液晶模塊。這類液晶模塊不僅可以顯示數(shù)字、字符，還可以顯示各種圖形符號以及少量自定義符號，并且可以實現(xiàn)屏幕的上下左右滾動、文字的閃爍等功能。LM016L 液晶模塊采用HD44780 控制器。HD44780 具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動、閃爍等功能。</p>

17、<p>　　圖2.5 LM016L引腳圖</p><p>　　LM016L 與單片機MCU（Microcontroller Unit）通訊可采用8 位或者4 位并行傳輸兩種方式。LM016L 液晶模塊的引腳功能見表2.2。[6]</p><p>　　表2.2 LM016L引腳功能表</p><p>　　通過對HD44780 寫入控制指令，HD44780

18、 產(chǎn)生顯示驅(qū)動信號來驅(qū)動LM016L。HD44780的控制指令主要有：清除顯示（Clear Display）、地址歸位（Return Home）、輸入模式設(shè)定（Entry Mode Set）、顯示開/關(guān)控制（Display On/Off Control）、功能設(shè)定（Function Set）、設(shè)定 CGRAM 的地址（Set CGRAM Address）、設(shè)定DDRAM 的地址（Set DDRAM Address）、寫 DDRAM/CG

19、RAM（Write Date to DDRAM/CGRAM）、讀忙標志和地址（Read Busy Flagand Address）以及從DDRAM 和CGRAM 中讀數(shù)據(jù)（Read Date from DDRAM/CGRAM）。</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1 AT89C51單片機最小系統(tǒng)</p><

20、;p>　　3.1.1 AT89C51單片機主要特性和功能特性</p><p><b>　　主要特性：</b></p><p>　　與MCS-51 兼容</p><p>　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p><b>　　全靜態(tài)工作</b></p><p><

21、b>　　0Hz-24Hz</b></p><p><b>　　三級程序存儲器鎖定</b></p><p>　　128*8位內(nèi)部RAM</p><p><b>　　32可編程I/O線</b></p><p>　　兩個16位定時器/計數(shù)器</p><p><

22、;b>　　5個中斷源</b></p><p><b>　　可編程串行通道</b></p><p>　　低功耗的閑置和掉電模式</p><p>　　片內(nèi)振蕩器和時鐘電路</p><p>　　3.1.2 AT89C51引腳分布圖及管腳說明 </p><p>　　圖3.1 89

23、C51單片機引腳結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由上圖可知89C51單片機共有包括GND,VCC在內(nèi)的40個引腳下面著重介紹幾個重要的引腳。</p><p>　　P0口由一個輸出鎖存器，2個三態(tài)級輸入緩沖器和輸出驅(qū)動電路及控制電路組成。</p><p>　　P1口是一個準雙向口，用作I/O口。P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口P1口緩沖器能接收輸出4TTL門

24、電流。P2口比P1口多了一個MUX開關(guān)和轉(zhuǎn)換開關(guān)控制部分。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。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。P3口是一個多功能端口。P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O

25、口，可接收輸出4個TTL門電流。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。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口也可作為AT89C51的一些特殊功能口?？诠苣_ 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入

26、）P</p><p>　　3.1.3 單片機最小系統(tǒng)圖</p><p>　　AT89C51單片機在啟動時都需要復(fù)位，使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開始工作。單片機的最小系統(tǒng)如圖3.2所示。89系列單片機的復(fù)位信號是從RST引腳輸入到芯片內(nèi)部的斯密特觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時，且振蕩器穩(wěn)定后，如RST引腳上有一個高電平并維持2個機器周期（24個振蕩周期），則CP

27、U就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。上圖為手動復(fù)位電路，通過接通一個按鈕開關(guān)，使單片機進入復(fù)位狀態(tài)。</p><p>　　AT89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2,兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容器C1和C2通常取22pf左右，可穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率范圍為0~24MHz。[4]</p>&

28、lt;p>　　圖3.2 單片機最小系統(tǒng) </p><p>　　3.2 步進電機加減速定位控制電路的單片機原理圖</p><p>　　步進電機加減速定位控制系統(tǒng)的單片機原理圖如圖3.3所示。[5]</p><p>　　圖3.3 步進電機加減速定位系統(tǒng)的單片機原理圖</p><p>　　在圖3.3中，U1為單片機芯片AT89C51，工作于1

29、1.0592MHz的時鐘。單片機的P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.7引腳分別與輸入鍵盤的定位、啟動、加速、減速、停止、反轉(zhuǎn)端口相對應(yīng)。通過判斷上述端口來確定輸入,以便實現(xiàn)各種要求的控制功能。P3.0接LM016L的RS端，P3.1接RW端，P3.3接使能端EN。P0.0--P0.7通過排阻跟芯片LM016L的數(shù)據(jù)端連接。P3.3作為外部中斷0通過兩個反向非門與鍵盤電路相連接，提供鍵盤輸入的中斷信號。P2.0-P2

30、.3作為并行端口來模擬步進電機的控制脈沖，同時充當(dāng)脈沖分配器的功能，給步進電機提供四相八拍的步進控制脈沖。</p><p>　　3.3 步進電機系統(tǒng)原理圖</p><p>　　步進電機控制系統(tǒng)的驅(qū)動原理圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 電機控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　在電源引腳并聯(lián)一個0.1uf的小電容目的是1.濾波

31、，引入濾波電容的原因是要獲得平滑穩(wěn)定的電壓，因為電容兩端的電壓不能突變，所以它能抑制電壓的波動，使電壓變得平穩(wěn)光滑主要作用有兩個：1.去除器件之間的交流射頻耦合。它能將器件的電源端上瞬間的尖峰、毛刺對地短路掉。2.去耦：也叫退耦。</p><p>　　芯片L298N的IN1-IN4端跟單片機的P2.0-P2.3端口連接，作為步進電機的四相步進脈沖信號。感應(yīng)端SENSA和SENSB接地，ENA ENB 端口懸空。輸

32、出OUT1-OUT4跟步進電機的四角上的四個端口逆時針依次連接，步進電機的中間兩個端口直接接高電平。8個二極管D1-D8為電機繞組通電后續(xù)流作用。VCC接+5V的電源作為控制端的電源電壓，VSS接+12V的電壓，作為L298N高壓端電壓，作為步進電機的驅(qū)動電壓。</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 AT89C51單片機定時器/

33、控制器控制</p><p>　　定時器共有兩個控制字，有軟件寫入TMOD和TCON兩個8位寄存器，用來設(shè)置兩個T0或T1的操作模式和控制功能。當(dāng)AT89C51系統(tǒng)復(fù)位時，連個寄存器所有位都被清零[7]。</p><p>　　4.1.1 工作模式寄存器TOMD</p><p>　　TOMD用于控制T0和T1工作模式，其各位的定義格式如表4.1所示。</p>

34、<p>　　表 4.1 工作模式寄存器TMOD的位定義</p><p>　　定時器T1 定時器T0</p><p>　　其中，低四位用于T0，高4位用于T1。 </p><p>　　4.1.2 控制寄存器TCON</p><p>　　定時器控制寄存器TCON除可字節(jié)尋址外，各位還可

35、位尋址，各位定義及格式如表4.2所示。</p><p>　　表4.2 控制寄存器TCON的位定義</p><p>　　TCON各位的作用如下。</p><p>　　TF1(TCON.7): T1溢出標志位。</p><p>　　TF0(TCON.5): T0溢出標志位。其功能和操作情況同TF1。</p><p>　　T

36、R1(TCON.6): T1運行控制位。可通過軟件置1或清0來啟動或關(guān)閉T1.在程序中用指令“SETB TR1”使TR1位置1，定時器T1便開始計數(shù)。</p><p>　　TR0(TCON.4): T0運行控制位。其功能及操作情況同TR1。</p><p>　　TE1,IT1,IT0(TCON.3~TCON.0):外部中斷INT1和INT0請求及請求方式控制位。</p>&l

37、t;p>　　89C51復(fù)位時，TCON的所有位被清0[7]。 </p><p>　　4.2 控制過程軟件設(shè)計</p><p>　　4.2.1 脈沖分配 </p><p>　　實現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法。軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機的I/O向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖，設(shè)定四相八拍工作方式通電換相得

38、：正序為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA，反序為A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A</p><p>　　注：P2.0：A相驅(qū)動，P2.1：B相驅(qū)動，P2.2：C相驅(qū)動，P2.3: D相驅(qū)動。</p><p>　　四相八拍控制字如下表4.3所示。</p><p>　　表4.3 四相八拍工作方式的控制字</p><p>　　通過連續(xù)

39、的向P2.0-P2.3口輸出脈沖，來控制步進電機的連續(xù)不斷的運行。</p><p>　　4.2.2 加減速定位曲線設(shè)定</p><p>　　步進電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)從A點到B點移動的時，要經(jīng)歷升速，恒速，減速過程，如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率，步進電機就有失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動，如果到終點時突然停下來，由于慣性作用 ，步進電機會發(fā)生過沖現(xiàn)象，會造成位

40、置精度降低。如果升速非常緩慢的升降速，步進電機雖然不會發(fā)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響執(zhí)行機構(gòu)的工作效率，所以，對步進電機的加減速要有嚴格的要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度（或最短的時間）移動到有可能指定位置。為滿足加減速要求，步進電動機運行通常按照加減速曲線進行。如圖4.1是加減速運行曲線。加減速運行曲線沒有 一個固定的模式，一般根據(jù)經(jīng)驗和實驗得到的。最簡單的是勻加速和勻減速曲線。 </p><p&g

41、t;　　圖4.1 加減速曲線</p><p>　　用定時器中斷方式來控制電動機變速時,實際上是不斷改變定時器裝載值的大小。在控制過程中,為了減少每步計算裝載值的時間,系統(tǒng)設(shè)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,這樣可大幅度減少占用CPU 的時間,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。階梯模擬加減速曲線如圖4.2所示。</p><p>　　50r/s

42、 50 r/s</p><p>　　40r/s 40 r/s</p><p>　　30 r/s

43、 30 r/s</p><p>　　20r/s 20 r/s</p><p>　　10r/s 10 r/s</p><p>&l

44、t;b>　　T/S</b></p><p>　　02 4 6 8 10 20 22 24 26 28S</p><p>　　圖4.2 階梯模擬加減速曲線</p><p><b>　　4.3 程序流程圖</b></p>

45、<p>　　4.3.1 主程序流程圖 </p><p>　　主程序主要是實現(xiàn)對系統(tǒng)的資源進行全面的管理，協(xié)調(diào)的處理系統(tǒng)的顯示、鍵盤輸入、和步進電機的循環(huán)轉(zhuǎn)動。開定時器和外部中斷以及各個變量的初始化，最后循環(huán)的執(zhí)行電機旋轉(zhuǎn)過程并等待外部中斷。如圖4.3所示。[7]</p><p><b>　　Y</b></p><p><b&

46、gt;　　N</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.3 主程序流程圖</p><p>　　4.3.2 外部中斷0的中斷服務(wù)子程

47、序流程圖</p><p>　　外部中斷0服務(wù)程序功能通過中斷方式判斷端口INT0[9]，如果脈沖下降沿就開始檢測鍵盤輸入端口P1口，通過與程序中的設(shè)定值來進行比較確定是哪個功能鍵按下，然后再通過固化的各種情況執(zhí)行對應(yīng)的中斷程序，在啟動時候是檢測到啟動按鍵時候直接給主程序中循環(huán)執(zhí)行的標志變量賦1直接啟動正轉(zhuǎn)程序的執(zhí)行，啟動時候轉(zhuǎn)速設(shè)定為10r/s，并啟動顯示程序，顯示“0605044218 LXG Speed：1

48、0r/s”當(dāng)檢測到停止鍵按下時，直接將主程序中循環(huán)執(zhí)行的標志變量賦0，停止單片機向外發(fā)送脈沖，并啟動顯示,“Testing…”在加減速的時候是每檢測到一次按鍵按下時中斷程序便開始執(zhí)行，并與按下按鍵前的速度狀態(tài)進行比較確定下一檔給出的的速度值即給出主程序中P2口送出脈沖之間的延時時間，并在LCD上顯示執(zhí)行的結(jié)果，當(dāng)按下定位鍵后，鎖定其他的各個按鍵并且轉(zhuǎn)向定時器T0的中斷服務(wù)程序，來實現(xiàn)加減速定位的功能。實現(xiàn)鍵盤控制的各個功能。</p

49、><p><b>　　2</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　1</b></p><p><b>　　Y</b></p>

50、<p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　NY</b></p><p><b>　　Y</b></p>&l

51、t;p><b>　　4</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p&g

52、t;<b>　　3</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　3</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><

53、;b>　　YY</b></p><p><b>　　4</b></p><p><b>　　N</b></p><p><b>　　Y</b></p><p>　　圖4.4外部中斷0服務(wù)程序流程圖</p><p>　　4.3.3 定時

54、器T0的中斷服務(wù)程序</p><p>　　當(dāng)檢測到鍵盤中是定位鍵按下時，為了實現(xiàn)定位過程中的離散模擬加減速控制，就設(shè)置用定時器T0來控制定位過程中步進電機速度的變化，即給單片機P2口發(fā)送脈沖的頻率，通過設(shè)定變化過程中每個速度檔的運行時間來控制加減速過程中的加速度的變化，具體過程是步進電機從低速不失步地加速啟動，經(jīng)過5檔階梯加速過程0r/s-10r/s-20r/s-30r/s-40r/s -50r/s達到高速恒速運

55、行50r/s，并且在LCD液晶顯示屏幕上實時的顯示Locate 900r Speed: 50 r/s運行10s后在將達到目標位置時，步進電機減速運行，經(jīng)過5檔階梯減速50r/s-40r/s-30r/s-20r/s -10r/s-0r/s最后準確的停在目標位置上，而不會發(fā)生過沖現(xiàn)象。定位結(jié)束后在LCD液晶顯示屏幕上顯示 “Stopping…” 。并且通過計算定位過程中的各個速度段的時間累積和來確定總的定位步數(shù)，達到準確定位的目的，并且在

56、定位的執(zhí)行過程中鎖定了其他的加減速等按鍵，確保了定位過程的正確執(zhí)行。</p><p><b>　　5 仿真過程</b></p><p>　　KeilC與Proteus連接仿真調(diào)試[8]</p><p>　　Proteus里加載可執(zhí)行文件，左鍵雙擊AT89C52原理圖，點擊加載可執(zhí)行文件“步進電機.HEX”。</p><p&g

57、t;　　單擊仿真運行開始按鈕，我們能清楚地觀察到每一個引腳的電頻變化，紅色代表高電頻，藍色代表低電頻。其運行情況如圖5.1-5.4所示。</p><p>　　圖5.1 定位加速過程</p><p><b>　　圖5.2 正轉(zhuǎn)加速</b></p><p><b>　　圖5.3 反轉(zhuǎn)減速</b></p><

58、p>　　圖5.4 定位結(jié)束過程</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。由于其精確性以及其良好的性能在實際當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。本文介紹了以51系列單片機AT89C51為控制核心所設(shè)計的步進電機控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的硬件電路以及軟件的設(shè)計方面實現(xiàn)了對步進

59、電機的控制。</p><p>　　本文首先對步進電機進行了概述，然后就控制系統(tǒng)中芯片的選取做了詳細的說明，本設(shè)計選擇用L298N作為接口驅(qū)動芯片，用LM016L做顯示芯片，在Proteus上設(shè)計出控制系統(tǒng)的硬件連接電路，并根據(jù)實情況考慮了電磁隔離和繞組的導(dǎo)通續(xù)流等。在硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計了系統(tǒng)運行過程的程序流程圖并用C程序設(shè)計出控制系統(tǒng)的控制程序，并用Keil進行調(diào)試，然后在Proteus上進行仿真，實現(xiàn)了本次設(shè)

60、計所需的各種功能。系統(tǒng)中采用并行控制,用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅(qū)動線路。鍵盤作為一個外部中斷源,設(shè)置了步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加減速、停止等功能,采用中斷方法來調(diào)用中斷服務(wù)程序,完成對步進電機的最佳控制,顯示器及時顯示正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)速度等狀態(tài)，并且用定時器控制定位過程，在定位過程中簡單設(shè)置了加減速過程的模擬階梯曲線，來控制加減速的整個過程。</p><p>　　該設(shè)計的唯一不足是固化的加減速過程中的加減速時間

61、，不能通用于各種不同的加速度控制系統(tǒng)，且在定位過程中由于脈沖漏發(fā)等出現(xiàn)小偏差時候不能進行檢測，所以還有待進一步的將該系統(tǒng)完善成為具有傳感器位置檢測的閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p>　　用軟件代替環(huán)形分配器,通過對單片機的設(shè)定,用同一種電路實現(xiàn)了多相步進電機的控制和驅(qū)動,大大提高了接口電路的靈活性和通用性;本次設(shè)計雖然只是實現(xiàn)單一功能的應(yīng)用，但是它可以作為一種通用模塊應(yīng)用，通過改變并行輸出口可以滿足多種不同的相數(shù)的

62、步進電機控制，改變模擬階梯曲線的參數(shù)可以滿足多種不同應(yīng)用條件下的定位。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域中發(fā)揮這不可替代的作用。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多問題，在理解及設(shè)計課題過程中得到老師的細心指導(dǎo)，得到很多實用的知識，在此我表示感謝！同

63、時，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示衷心的感謝</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]吳顯鼎.模擬電子技術(shù)[M].南開大學(xué)出版社,2010年版</p><p>　　[2]蔣華勤.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗[M].北京：中國計量出版社,2009年版.</p><p>　　[3]宋家友,樂

64、麗琴.數(shù)字電子技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2011年版.</p><p>　　[4]王質(zhì)樸,呂云朋.MCS-51單片機原理接口及應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2009年版.</p><p>　　[5]邱關(guān)源,羅先覺.電路[M]第五版.北京市：高等教育出版社,2006年6月版.

65、 </p><p>　　[6]孫建明,楊清梅.傳感器技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2005年10月版</p><p>　　[7] 史敬灼.步進電動機伺服控制技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2006.7</p><p>　　[8] 林庭雙，柯常志. 等protel DXP 電子電路設(shè)計精彩范例[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.1</p&g