1、【畢業論文設計】基于單片機的步進電機控制器的設計論文專科生畢業設計（論文）（2011屆）課題名稱 基于單片機的步進電機控制器設計 系 別 機電工程系 專 業 應用電子技術 班 級 電子200805 姓 名 鄒義江 學 號 200803041319 指導教師 李敏、游佳 起訖時間： 2010年 6 月 30日 2010 年 12 月 20 日（共 20 周）基于單片機的步進電機控制系統設計目錄第1章緒論 31.1引言 31.2步進電機常見的控制方案與驅動技術簡介 50>.常見的步進電機控制方案 5.步進電機驅動技術 7第2章步進電機概述 102.1步進電機的分類 102.2步進電機的工作原

2、理 11.結構及基本原理 11.兩相電機的步進順序 112.3 步進電機的工作特點 14第3章系統的硬件設計 163.1系統設計方案 16.系統的方案簡述與設計要求 16. 系統的組成及其對應功能簡述 163.2單片機最小系統 18.AT89S51簡介 18.單片機最小系統設計 23.單片機端口分配及功能 243.3串口通信模塊 243.4數碼管顯示電路設計 25.共陽數碼管簡介 25.共陽數碼管電路圖 263.5電機驅動模塊設計 27.L298簡介 27.電機驅動電路設計 283.6驅動電流檢測模塊設計 30.OP07芯片簡介 30.ADC0804芯片簡介 32.電流檢測模塊電路圖 353.

3、7獨立按鍵電路設計 36第4章系統的軟件實現 374.1系統軟件主流程圖 374.2系統初始化流程圖 384.3按鍵子程序 39第五章 總結 43致謝 44參考文獻 45摘要：本文應用單片機、步進電機驅動芯片、字符型LCD和鍵盤陣列，構建了集步進電機控制器和驅動器為一體的步進電機控制系統。二維工作臺作為被控對象通過步進電機驅動滾珠絲桿在X/Y軸方向聯動。文中討論了一種以最少參數確定一條圓弧軌跡的插補方法和步進電機變頻調速的方法。步進電機控制系統的開發采用了軟硬件協同仿真的方法，可以有效地減少系統開發的周期和成本。最后給出了步進電機控制系統的應用實例。 In this paper, microc

4、ontroller, stepper motor driver chips, character LCD and keypad array, build a set of stepper motor controller and driver as one of the stepping motor control system. Two-dimensional table as a charged object by stepper motor drive ball screw in X / Y axis linkage. This paper discusses a minimum of

5、parameters to determine the trajectory of a circular interpolation method and the method of frequency control stepper motor. Stepper motor control system has been developed using the software and hardware co-simulation method, can effectively reduce the system development cycle and cost. Finally, th

6、e stepper motor control system application examples.關鍵詞: 步進電機控制系統，插補算法，變頻調速，軟硬件協同仿真1章緒論1.1引言步進電動機又稱脈沖電動機或階躍電動機，國外一般稱為Steppingmotor、 Pulse motor或Stepper servo，其應用發展已有約80年的歷史。步進電機是一種把電脈沖信號變成直線位移或角位移的控制電機，其位移速度與脈沖頻率成正比，位移量與脈沖數成正比。步進電機在結構上也是由定子和轉子組成，可以對旋轉角度和轉動速度進行高精度控制。當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場，該矢量場會帶動轉子旋轉

7、一角度，使得轉子的一對磁極磁場方向與定子的磁場方向一著該磁場旋轉一個角度。因此，控制電機轉子旋轉實際上就是以一定的規律控制定子繞組的電流來產生旋轉的磁場。每來一個脈沖電壓，轉子就旋轉一個步距角，稱為一步。根據電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞組的電流輪流切換，在供給連續脈沖時，就能一步一步地連續轉動，從而使電機旋轉。步進電機每轉一周的步數相同，在不丟步的情況下運行，其步距誤差不會長期積累。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，同時步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進電動機可以在寬廣的頻率范圍內通過改變脈沖頻率來實現調速、快速

8、起停、正反轉控制等，這是步進電動機最突出的優點1。正是由于步進電機具有突出的優點，所以成了機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用2。比如在數控系統中就得到廣泛的應用。目前世界各國都在大力發展數控技術，我國的數控系統也取得了很大的發展，我國已經能夠自行研制開發適合我國數控機床發展需要的各種檔次的數控系統。雖然與發達國家相比，我們我國的數控技術方面整體發展水平還比較低，但已經在我國占有非常重要的地位，并起了很大的作用。除了在數控系統中得到廣泛的應用，近年來由于微型計算機方面的快速發展，使步進電機的

9、控制發生了革命性變革。優點明顯的步進電機被廣泛應用在電子計算機的許多外圍設備中，例如打印機，紙帶輸送機構，卡片閱讀機，主動輪驅動機構和存儲器存取機構等，步進電機也在軍用儀器，通信和雷達設備，攝影系統，光電組合裝置，閥門控制，數控機床，電子鐘，醫療設備及自動繪圖儀，數字控制系統，工具機控制，程序控制系統以及許多航天工業的系統中得到應用3。因而，對于步進電機控制的研究也就顯得尤為重要了。為了得到良好的控制性能，對步進電機的控制的研究就一直沒有停止過，許多重大的技術得以實現。上世紀80年代以后，由于微型計算機以多功能的姿態出現，步進電動機的控制方式變得更加靈活多樣。原來的步進電機控制系統采用分立元件

10、的控制回路，或者集成電路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路，不利于系統的改進升級?；谖⑿蛦纹瑱C的控制系統則通過軟件來控制步進電機，能夠更好地發揮步進電機的潛力。因此，用微型單片機控制步進電機己經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代發展要求。還比如為了適應一些領域中高精度定位和運行平穩性的要求，出現的步進電機細分驅動技術，就包括振蕩器、環行分配器控制的細分驅動、基于單片機斬波恒流驅動、基于單片機的直流電壓驅動三種常見驅動方式，除上述三種步進電機的驅動方案之外，目前報道的驅動方案還有根據匯編語言或C語言進行軟件開發，通過串行或并行通行的

11、方式實現機與步進電機控制器之間的數據通信，最終實現由PC機直接控制步進電機的方法。但是在有些應用場合，并不需要高精度的控制，而是需要在滿足一般工作要求的情況下，盡量使控制系統做到：系統硬件結構簡單，成本低；功能較為齊全；適應性強；電機各種運行狀態指示一目了然，操作方便；系統抗干擾能力強，可靠性高等要求。本論文就是采用這個思路進行設計。一般步進電機控制器都用硬件實現，雖然電路可以做到了高集成度，可價格較貴，功能相對較單一，并且設計要求有所改變，就得改變整個硬件電路，比較麻煩。而采用單片機的軟件和硬件結合進行控制，運用其強大的可編程和運算功能，充分利用單片機的各種資源，能靈活的對步進電機進行控制，

12、實現其不同模式、步數、正反轉、轉速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應新的環境，并且在本設計中利用動態掃描技術，把顯示電路和鍵盤電路有機的結合起來，能做到一定的人機交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應用價值。1.2步進電機常見的控制方案與驅動技術簡介.常見的步進電機控制方案 1、基于電子電路的控制步進電機受電脈沖信號控制，電脈沖信號的產生、分配、放大全靠電子元器件的動作來實現。由于脈沖控制信號的驅動能力一般都很弱，因此必須有功率放大驅動電路。步進電機與控制電路、功率放大驅動電路組成一體，構成步進電機驅動系統。此種控制電路設計簡單，功能強大，可實現一般步進電機的細分任務

13、。這個系統由三部分組成：脈沖信號產生電路、脈沖信號分配電路、功率放大驅動電路。系統組成如圖1.1所示。圖1.1基于電子電路控制系統此種方案即可為開環控制，也可閉環控制。開環時，其平穩性好，成本低，設計簡單，但未能實現高精度細分。采用閉環控制，即能實現高精度細分，實現無級調速。閉環控制是不斷直接或間接地檢測轉子的位置和速度，然后通過反饋和適當的處理，自動給出脈沖鏈，使步進電機每一步響應控制信號的命令，從而只要控制策略正確電機不可能輕易失步4。該方案多通過一些大規模集成電路來控制其脈沖輸出頻率和脈沖輸出數，功能相對較單一，如需改變控制方案，必須需重新設計，因此靈活性不高。2、基于PLC的控制PLC

14、也叫可編程控制器，是一種工業上用的計算機。PLC作為新一代的工業控制器，由于具有通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程簡單易學和可靠性高等優點而廣泛應用于各行業的自動控制系統中。步進電機控制系統有PLC、環形分配器和功率驅動電路組成?？刂葡到y采用PLC來產生控制脈沖。通過PLC編程輸出一定數量的方波脈沖，控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量，同時通過編程控制脈沖頻率來控制步進電機的轉動速度，進而控制伺服機構的進給速度。環形脈沖分配器將PLC輸出的控制脈沖按步進電機的通電順序分配到相應的繞組。PLC控制的步進電機可以采用軟件環形分配器，也可采用硬件環形分配器。采用軟件環形分配器占用PLC資

15、源較多，特別是步進電機繞組相數大于4時，對于大型生產線應該予以考慮。采用硬件環形分配器，雖然硬件結構稍微復雜些，但可以節省PLC資源，目前市場有多種專用芯片可以選用。步進電機功率驅動電路將PLC輸出的控制脈沖放大，達到比較大的驅動能力，來驅動步進電機。 采用軟件來產生控制步進電機的環型脈沖信號，并用PLC中的定時器來產生速度脈沖信號，這樣就可以省掉專用的步進電機驅動器，降低硬件成本。但由于PLC的掃描周期一般為但由于PLC的掃描周期一般為幾毫秒到幾十毫秒，相應的頻率只能達到幾百赫茲，因此，受到PLC工作方式的限制及其掃描周期的影響，步進電機不能在高頻下工作，無法實現高速控制。并且在速度較高時，

16、由于受到掃描周期的影響，相應的控制精度就降低了。3、基于單片機的控制采用單片機來控制步進電機，實現了軟件與硬件相結合的控制方法。用軟件代替環形分配器，達到了對步進電機的最佳控制。系統中采用單片機接口線直接去控制步進電機各相驅動線路。由于單片機的強大功能，還可設計大量的外圍電路，鍵盤作為一個外部中斷源，設置了步進電機正轉、反轉、檔次、停止等功能，采用中斷和查詢相結合的方法來調用中斷服務程序，完成對步進電機的最佳控制，顯示器及時顯示正轉、反轉速度等狀態。環形分配器其功能由單片機系統實現，采用軟件編程的辦法實現脈沖的分配。本方案有以下優點： 1 單片機軟件編程可以使復雜的控制過程實現自動控制和精確控

17、制，避免了失步、振蕩等對控制精度的影響； 2 用軟件代替環形分配器，通過對單片機的設定，用同一種電路實現了多相步進電機的控制和驅動，大大提高了接口電路的靈活性和通用性； 3 單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復位電路等外圍電路有機的組合，大大提高系統的交互性5。基于以上優點，本次設計采用基于單片機的控制方案。.步進電機驅動技術步進電動機上個世紀就出現了，它的組成、工作原理和今天的反應式步進電動機沒有什么本質區別，也是依靠氣隙間的磁導變化來產生電磁轉矩。上世紀80年代以后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態出現，步進電動機的控制方式變得更加靈活多樣。步進電機驅動技術指的是用步進電機驅動器的驅

18、動級來實現對步進電機各相繞組的通電和斷電，同時也是對繞組承受的電壓和電流進行控制的技術。到目前為止，步進電機驅動技術通常分為單電壓驅動、單電壓串電阻驅動、高低壓驅動、斬波恒流驅動、升頻升壓驅動和細分驅動等。單電壓驅動是通過改變電路的時間常數以提高電機的高頻特性。該驅動方式早在六十年代初期國外就已大量使用，它的優點是結構簡單、成本低；缺點是串接電阻器的做法將產生大量的能量損耗，尤其是在高頻工作時更加嚴重，因而它只適用于小功率或對性能指標要求不高的步進電機驅動。單電壓串電阻驅動是在單電壓驅動技術的基礎上為電樞繞組回路串入電阻，用以改善電路的時間常數以提高電機的高頻特性。它提高了步進電機的高頻響應、

19、減少了電動機的共振，也帶來了損耗大、效率低的缺點。這種驅動方式目前主要用于小功率或啟動、運行頻率要求不高的場合。高低壓驅動是指不論電動機的工作頻率是多少，在導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來使矩頻性能得以提高。但是使用這種驅動方式的電機，其繞組的電流波形在高壓工作結束和低壓工作開始的銜接處呈凹形，致使電機的輸出力矩有所下降。這種驅動方式目前在實際應用中還比較常見。為了彌補高低壓電路中電流波形的下凹，提高輸出轉矩，七十年代中期研制出斬波電路，該電路由于采用斬波技術，使繞組電流

20、在額定值上下成鋸齒形波動，流過繞組的有效電流相應增加，故電機的輸出轉矩增大，而且不需外接電阻，整個系統的功耗下降，效率較高，因而恒流斬波電路得到了廣泛應用，本文正是應用恒流斬波技術實現了驅動控制。為改善恒流驅動方式的低頻特性，設計一個低速時低電壓驅動，高速時高電壓驅動的電路，使其成為一個由脈沖頻率控制的可變輸出電壓的開關穩壓驅動電源。在低速運行時，電子控制器調節功率開關管的導通角，使線路輸出的平均電壓較低，電動機不會像在恒流斬波驅動下那樣在低速容易出現過沖或共振現象，從而避免產生明顯的振蕩。當運行速度逐漸變快時，平均電壓漸漸提高以提供給繞組足夠的電流。調頻調壓線路性能優于恒電壓和恒電流線路，但

21、實際運行中需要針對不同參數的電機，相應調整其輸出電壓與輸入頻率的特性。細分驅動是指在每次脈沖切換時，不是將繞組的全部電流通入或切除，而是只改變相應繞組中電流的一部分，電動機的合成磁勢也只旋轉步距角的一部分。細分驅動時，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。比如：電流分成n個臺階，轉子則需要n次才轉過一個步距角，即n細分細分驅動最主要的優點是步距角變小，分辨率提高，且提高了電機的定位精度、啟動性能和高頻輸出轉矩：其次，減弱或消除了步進電機的低頻振動，降低了步迸電機在共振區工作的幾率?？梢哉f細分驅動技術是步進電動機驅動與控制技術的一個飛躍6。1.3本文研究的內容在一般的步進

22、電機工作中，其電源均采用單極性直流電，通過對步進電機的各相繞組按恰當的時序方式通電，就可使其執行步進轉動。當某一相繞組通電時相應的兩個磁極就分別形成N-S極產生磁場，并與轉子形成磁路。在磁場的作用下，轉子將轉動一定的角度，使轉子齒與定子齒對其，從而使步進電機向前“走”一步。轉子的角位移大小及轉速分別與輸入的電脈沖數及頻率成正比，并在時間上與輸入的脈沖同步。只要能正確控制輸入的電脈沖數、頻率以及電機各相繞組通電的相序，即可得到所需要的轉角、轉速及轉向，通過單片機很容易實現對步進電機的數字控制。本設計采用AT89S51單片機實現對兩相步進電機的轉速控制。由單片機產生的脈沖信號經過脈沖分配器后分解出

23、對應的四相脈沖，分解出的四相脈沖經驅動電路功率放大后驅動步進電機的轉動。本課題的研究目的之一就是設計一套硬件系統較簡單、經濟，但功能較為齊全，適應性強，操作方便，交互性強，可靠性高的步進電機控制系統。第章17。 1 反應式步進電機 Variable Reluctance，簡稱VR 反應式步進電機的轉子是由軟磁材料制成的，轉子中沒有繞組。它的結構簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態性能較差。反應式步進電機有單段式和多段式兩種類型； 2 永磁式步進電機 Permanent Magnet，簡稱PM 永磁式步進電機的轉子是用永磁材料制成的，轉子本身就是一個磁源。轉子的極數和定子的極數相同，所以一般

24、步距角比較大。它輸出轉矩大，動態性能好，消耗功率小 相比反應式 ，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電； 3 混合式步進電機 Hybrid，簡稱HB 混合式步進電機綜合了反應式和永 磁式兩者的優點?；旌鲜脚c傳統的反應式相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩、噪聲低、低頻振動小。這種電動機最初是作為一種低速驅動用的交流同步機設計的，后來發現如果各相繞組通以脈沖電流，這種電動機也能做步進增量運動。由于能夠開

25、環運行以及控制系統比較簡單，因此這種電機在工業領域中得到廣泛應用。由于本設計的設計目的更注重整個系統的有機結合，所以只采用反應式步進電機7。2.2步進電機的工作原理 .圖.2.28 9。圖圖圖第章.1圖.13.2TTL邏輯門電路，對端口寫“l”可作為高阻抗輸入端用。在和數據總線復用，在訪問期間激活內部上拉電阻。在F1ash 編程時，P0口接收指令字節，而在程序校驗時，輸出指令字節，校驗時，要求外接上拉電阻。訪問外部數據存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉換地址（低8 位）。?P1 口：Pl 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I O 口，Pl 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門

26、電路。對端口寫“l”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 （IIL ）。?P2 口：P2 是一個帶內部上拉電阻的8 位雙向I O 口，P2 的輸出緩沖級可驅動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口，作輸入口使用時，因為內部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流 （IIL ）。在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數據存儲器（例如執行MOVXDPTR 指令）時，P2 口送出高8 位地址數據。在訪問8 位地址的外部數據存儲器

27、（如執行MOVXRi 指令）時，P2 口線上的內容 （也即特殊功能寄存器（SFR）區 P2 寄存器的內容），在整個訪問期間不改變。Flash 編程或校驗時，P2 亦接收高位地址和其它控制信號。? P3 口：P3 口是一組帶有內部上拉電阻的8 位雙向I O口。P3口輸出緩沖級可驅動 （吸收或輸出電流）4 個TTL邏輯門電路。對P3口寫入“l”表.1P3口的引腳及功能5、Flash 閃速存儲器的并行編程AT89s51單片機內部4k字節的可快速編程的Flash存儲陣列。編程方法可通過傳統的EPROM編程器使用高電壓（+12V）和協調的控制信號進行編程。AT89S51的代碼是逐一字節進行編程的。 編程

28、方法：編程前，須設置好地址、數據及控制信號，AT89S51 編程方法如下： 1在地址線上加上要編程單元的地址信號。2在數據線上加上要寫入的數據字節。3激活相應的控制信號。4將EA Vpp 端加上+12V 編程電壓。5每對Flash 存儲陣列寫入一個字節或每寫入一個程序加密位，加上一個ALE PROG編程脈沖。每個字節寫入周期是自身定時的，大多數約為50us。改變編程單元的地址和寫入的數據，重復15 步驟，直到全部文件編程結束。.圖圖四位共陽數碼管的管腳分配如下圖3.5所示：圖數碼管動態顯示介面是單片機中應用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態驅動是將所有數碼管的8個顯示筆劃"a,b,c,

29、d,e,f,g,dp "的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極COM增加位元選通控制電路，位元選通由各自獨立的I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位元選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位元就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。過分時輪流控制各個LED數碼管的COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態驅動。在輪流顯示過程中，每位元數碼管的點亮時間為12ms，由于人的視覺暫留現象及發光二極體的余輝效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給

30、人的印象就是一組穩定的顯示資料，不會有閃爍感，動態顯示的效果和靜態顯示是一樣的，能夠節省大量的I/O，而且功耗更低。圖圖Sense A；Sense B）：電流檢測端，分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地；2、2；3腳（Output1；Output2）：1Y1、1Y2輸出端；3、4腳（VS）：功率電源電壓,此引腳與地必須連接 100nF電容器；4、5；7腳（Input 1； Input）：1A1、1A2輸入端，TTL 電平兼容；5、6；11腳（Enable A；Enable B）：TTL 電平兼容輸入 1EN、2EN 使能端，低電平禁止輸出；6、8腳（GND）：GND接地端；7、9腳（

31、VSS）：邏輯電源電壓。此引腳必須與地連接100nF電容器；8、10；12腳（Input3；Input4）：2A1，2A2輸入端，TTL電平兼容；9、13；14腳（Out3；Out4）：2Y1、2Y2 輸出端，監測引腳15；.圖圖Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩零的雙極性運算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓（對于OP07A最大為25V），所以OP07在很多應用場合不需要額外的調零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07A為±2nA）和開環增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調、高開環增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設備和放大

32、傳感器的微弱信號等方面。150V最大V/超穩定時間：2V/month最大高電源電壓范圍： ±3V至±22V圖圖8 . PIN9 VREF/2 :輔助參考電壓輸入端2、ADC0804工作原理ADC0804是屬于連續漸進式（Successive Approximation Method）的A/D轉換器，這類型的A/D轉換器除了轉換速度快（幾十至幾百us）、分辨率高外，還有價錢便宜的優點，普遍被應用于微電腦的接口設計上。以輸出8位的ADC0804動作來說明“連續漸進式A/D轉換器”的轉換原理，動作步驟如下表示（原則上先從左側最高位尋找起）。第一次尋找結果：10000000 （若假

33、設值輸入值，則尋找位假設位1）第二次尋找結果：11000000 （若假設值輸入值，則尋找位假設位1）第三次尋找結果：11000000 （若假設值 輸入值，則尋找位該假設位0）第四次尋找結果：11010000 （若假設值輸入值，則尋找位假設位1）第五次尋找結果：11010000 （若假設值 輸入值，則尋找位該假設位0）第六次尋找結果：11010100 （若假設值輸入值，則尋找位假設位1）第七次尋找結果：11010110 （若假設值輸入值，則尋找位假設位1）第八次尋找結果：11010110 （若假設值 輸入值，則尋找位該假設位0）這樣使用二分法的尋找方式，8位的A/D轉換器只要8次尋找，12位的A

34、/D轉換器只要12次尋找，就能完成轉換的動作，其中的輸入值代表圖4.10的模擬輸入電壓Vin。對8位ADC0804而言，它的輸出準位共有28256種，即它的分辨率是1/256，假設輸入信號Vin為05V電壓范圍，則它最小輸出電壓是5V/2560.01953V，這代表ADC0804所能轉換的最小電壓值。4、分辨率與內部轉換頻率的計算對8位ADC0804而言，它的輸出準位共有28256種，即它的分辨率是1/256，假設輸入信號Vin為05V電壓范圍，則它最小輸出電壓是5V/2560.01953V，這代表ADC0804所能轉換的最小電壓值。表3.2列出的是812位A/D轉換器的分辨率和最小電壓轉換值

35、。表.2A/D轉換器的分辨率和最小電壓值圖圖第章本系統的軟件設計主要分為系統初始化、延時子程序、按鍵響應程序，數碼管顯示程序，讀ADC0804子程序及控制脈沖輸出幾部分，事實上每一部分都是緊密相關的，每個功能模塊對于整體設計都是非常重要，單片機AT89S51通過軟件編程才能使系統真正的運行起來，軟件設計的好壞也直接決定了系統的運行質量。程序流程圖的設計遵循自頂向下的原則，即從主體遂逐步細分到每一個模塊的流程。在流程圖中把設計者的控制過程梳理清楚。具體程序的講解將在本章各節做詳細講解。4.14.1.2圖.3圖圖aBabAbAB反轉：ABAbabaBAB兩相八拍通電方式：正轉：ABBaBaabbA

36、bAAB反轉：ABAAbbabaaBBAB以兩相四拍正轉為例其程序代碼如下： if i 1 AL 1; BL 1; aL 0; bL 0; else if i 2 AL 0; BL 1; aL 1; bL 0; else if i 3 AL 0; BL 0; aL 1; bL 1; else if i 4 AL 1; BL 0; 二、系統組成.計如圖是機械手微機控制系統硬件電路。本系統選用MCS-51系列中的8031芯片，擴展了一片2732，以存放用戶程序。由于隨機存儲的數據不多，只利用片內RAM。采用兩位LED顯示器和2×8鍵盤，P35、P36和P37分別輸出X、Y、和Z方向的控制

37、脈沖，P16和P1.7分別用來控制步進電機的正/反轉和產生復位信號。 機械手動作 機械手裝升降盤上，如圖所示。圖中A點固定，步進電機MZ帶動B點，改變A、B間的較小距離，使得機械手移動較大距離。 貨架 貨架分三層，每層有4個包位，共計12個包位。 圖中數字為包位編碼，編碼的個位數表示X位置，十位數表示Y位置（層數），以供計算機查訊、判斷之用。本例采用SB-2A型步進電機，它工作于三相六拍的工作方式。 電機按順時針方向旋轉（即正轉）時，各相脈沖順序為：A 1A 1，B 1B 1B，C 1C 1C 1，A 1 電機按逆時針方向旋轉（即反轉）時，各相脈沖順序為：A 1A 1，C 1C 1C 1，B

38、1B 1B 1，A 1 系統軟件包括：主程序、取包程序、存包程序、貨位判斷程序、X、Y方向運動和機械手動作子程序等。 （1）程序流程圖 限于篇幅，只給出主要流程圖。2、脈沖序列的生成程序 對于步進電機的控制，實際上是控制步進脈沖的個數和步進脈沖的間隔，而步進電機的間隔又可轉化為某基準延時子程序的循環次數。因此，可以很方便地用軟件來控制步進電機的運行，達到各種控制目的。主程序功能：管理鍵盤和顯示以及有關控制。 無鍵按下或執行有關命令后，顯示提示符“-” （2）程序清單 ORG 0000H AJMP MAIN MAIN: MOV SP, #60H MOV R0, #40H MOV A, #12H；

39、字符“-” ML0: MOV R0, A ;的編碼 INC R0 CJNE R0, #42H, ML0SETB P1.7 ；復位信號 ;鍵輸入/顯示/鍵判斷 F6H-特殊數據 R3-鍵號暫存器ML1:ACALL DIR ACALL KEY ADD A， 0F6H ；鍵號+F6 用于數字/功能鍵的判斷 JC SUN1 ；功能鍵轉移至SUN1 MOV 41H，40H ；數字鍵號送顯示緩沖區 MOV R0， 40H MOV R3 ， A ANL A， 0FH ；保留低四位 MOV R0，A AJMP ML1功能鍵處理程序（A、B、C鍵） SUN1： MOV A， R3 ； CJNE A， 0AH，S

40、UN2 AJMP QBCX SUN2： CJNE A， 0BH，SUN3 AJMP CBCX SUN3： CJNE A， 0CH，ML1 AJMP SUN鍵盤子程序 KEY：ACALL KS1 JNZ LK1 NI：ACALL DIR AJMP KEY LK1：ACALL DIR ACALL DIR ACALL KS1 JNZ LK2 AJMP NI LK2: MOV P1， 00HMOV R6， 05H ；延時等待發送 DK6： DJNZ R6， DK6 JB P33 LONE MOV A， 00H AJMP LKP LONE：JB P34， NEXT MOV A， 08HLKP： ADD

41、A， R4 PUSH ACC LK3： ACALL DIR ；僅做一次處理 ACALL KS1 JNZ LK3 POP ACC ；取鍵值于ACC RET MOV R3， 0FEH MOV R4， 00H LK4：MOV SBUF，R3 NEXT： INC R4 MOV A， R3 JNB ACC.7，KED RL A MOV R3， A AJMP LK4 KED：AJMP KEY 判斷鍵盤有無鍵按下子程序無鍵按下A 00H KS1： MOV SBUF，00H MOV R6， 05H DS6： DJNZ R6， DS6 MOV A， P3 CPL A ANL A， 18H RET顯示子程序P1口

42、-LED位掃描輸出口 R2-位掃描寄存器 初值為01H SBUF-LED段碼發送緩沖器 DIR： PUSH PSW SETB PSW，4 MOV R0，40H MOV R2，01H D1： MOV P1，R2 MOV A，R0 ADD A，14H MOVC A，A+PC MOV SBUF，A MOV R7，02H D2： MOV R6，0FFH D3： DJNZ R6，D3 DJNZ R7，D2INC R0 MOV A，R2 RL A MOV R2，A JNB ACC.2，D1 POP PSW RET DB 3FH，06H，5BH，4FH延時子程序YSH： PUSH PSW MOV R0，0FFH SH： MOV R1，0FFH SH0： DJNZ R1，#H0 DJNZ R0, SH POP PSW RETDB 66H，60H，70H，07HDB 7FH，6rH，77H，7CHDB 39H，5EH，79H，71HDB 31H，6EH，40H，23HDB 00H延時子程序YSH： PUSH PSW MOV R0，0FFH SH： MOV R1，0FFH SH0： DJNZ R1，#H0 DJNZ R0, SH POP PSW RET機械手控制示意圖取包子程序 P1.6-正/反轉控制 30H、31H步進脈沖暫存器（X方向）QBCX: SETB P1.6 ；正轉 MOV 30H，0