1、題 目：單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 摘 要 專門多工業(yè)操縱設(shè)備對(duì)位移和角度的操縱精度要求較高, 一般電機(jī)專門難實(shí)現(xiàn), 而步進(jìn)電機(jī)可精確實(shí)現(xiàn)所設(shè)定的角度和轉(zhuǎn)數(shù)。本設(shè)計(jì)要緊是運(yùn)用51 單片機(jī)操縱六線4 相步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng), 由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào), 操縱步進(jìn)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速向某一方向產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。同時(shí)能夠利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)及速度操縱，并能在數(shù)碼管上顯示出相應(yīng)的速度。本文中給出了該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬件電路，軟件設(shè)計(jì)，人機(jī)交互等。并對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行了詳細(xì)的講明。要緊內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)的一般原理。電機(jī)驅(qū)動(dòng)及操縱的實(shí)現(xiàn)。操縱系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)以及模塊劃分講明。原理圖。代碼。關(guān)鍵詞：單

2、片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)AbstractMany Industrial control equipment have a highly requirement in displacement and angle with control accuracy, the most motor cant carry out .but the step motor can carry out the displacement and angle that you enactmented in accuracy. This design mainly used SCM to control step m

3、otor system.The step motor is formed six lines and four phasic.Through SCM generate the drive pulse signal.Control stepper motor through a certain speed in a direction to get a certain degree of rotation angle.At the same time, It can use SCM to realization of the motor is , reverse and speed contro

4、l. and showed the speed in the digital tube. In this paper, given the design of the system hardware circuit,software design, human-computer interaction and so on.and it given the details description of each functional module.the main contents include the following: (1) The general principles of sign

5、al_chip controlling step motor. (2) The realization of motor driving and controlling (3) Control system overall design and description module division (4) Schematic Diagram (5) CodeKey Words：SCM; stepper motor; system; drive目錄引言 41 單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)的一般原理 41.1 步進(jìn)電機(jī) 41.1.1 步進(jìn)電機(jī)介紹 41.1.2 步進(jìn)電機(jī)分類 51.1.3 技術(shù)指標(biāo) 51.

6、1.4 步進(jìn)電機(jī)工作原理 51.2 單片機(jī) 72 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 82.1簡介 82.2驅(qū)動(dòng)選擇 83 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 93. 1 單片機(jī)操縱電機(jī) 93.2 鍵盤 93.3 顯示部分 10程序流程圖 11總結(jié) 12致 謝 13參考文獻(xiàn) 13附錄 13C代碼 13引言目前，在工業(yè)操縱生產(chǎn)以及儀器上應(yīng)用十分廣泛。通常都要對(duì)一些機(jī)械部件平移和轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)移動(dòng)的位移和角度操縱要求較高，一般的電機(jī)專門難實(shí)現(xiàn)對(duì)位置和角度的精確操縱，在一些智能化要求較高的場合，用模擬芯片操縱器及信號(hào)發(fā)生器來操縱有一定局限性。而用單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)能夠改善性能，步進(jìn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)精確的角度和轉(zhuǎn)數(shù)，具有良好的步進(jìn)特性，最適合數(shù)字操縱。

7、在工控設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。而單片機(jī)具有芯片體積小，兼容性強(qiáng)，低電壓地，低功耗等特點(diǎn)，使單片機(jī)成為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的最佳空盒子單元。因此單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)操縱精度高，運(yùn)行穩(wěn)定，得以廣泛運(yùn)用。1 單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)的一般原理1.1 步進(jìn)電機(jī)1.1.1 步進(jìn)電機(jī)介紹 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)操縱元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的阻礙，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等操縱領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來操縱變的特不的簡單。盡管步進(jìn)電

8、機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象一般的直流電機(jī)、交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成操縱系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。1.1.2 步進(jìn)電機(jī)分類永磁式（PM）。一般為二相，轉(zhuǎn)矩和體積都專門小，步距角一般為7.5或15反應(yīng)式（VR）。一般為三相，實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角為1.5。混合式（HB）。兼具永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分二相和五相，二相步距角為1.8五相步距角為0.72。1.1.3 技術(shù)指標(biāo) 靜態(tài)指標(biāo) 相數(shù) 步距角 拍數(shù) 定位轉(zhuǎn)矩 保持轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo) 步距角精度 失步 失調(diào)角 最大空載啟動(dòng)頻率 最大空

9、載運(yùn)行頻率 運(yùn)行頻距特性 電機(jī)共振點(diǎn)1.1.4 步進(jìn)電機(jī)工作原理分析（步進(jìn)電機(jī)展開圖）以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例,其典型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。這是一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī),當(dāng)相操縱繞組接通脈沖電流時(shí),在磁拉力作用下使相的定、轉(zhuǎn)子對(duì)齊,相鄰的B 相和D 相的定、轉(zhuǎn)子小齒錯(cuò)開。若換成B 相通電,則磁拉力使B 相定、轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊(轉(zhuǎn)過) ,而與B 相相鄰的C 相和A 相的定、轉(zhuǎn)子小齒又錯(cuò)開,即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。若按A B C D A 規(guī)律循環(huán)順序通電,則步進(jìn)電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。若改變通電順序?yàn)锳 D C B A ,則電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。這種操縱方式稱為四相單四拍。若按AB BC CD DA AB或A AB B BC

10、C CD D DA A 順序通電則稱為四相雙拍或四相單、雙八拍。不管采納哪種操縱方式,在一個(gè)通電循環(huán)內(nèi),步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角恒為一個(gè)齒距角。因此,能夠通過改步進(jìn)電機(jī)通電循環(huán)次序來改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向,能夠通過改變通電頻率來改變其角頻率。運(yùn)用單片機(jī)的輸出功能,通過編程實(shí)現(xiàn)輸出四個(gè)信號(hào)分不給步進(jìn)電機(jī)的四相A、B、C、D ,并通過輸出時(shí)信號(hào)的循環(huán)次序,來設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向及輸出信號(hào)的頻率以便設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。圖1 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 實(shí)現(xiàn)原理采納單片機(jī)產(chǎn)生A、B、C、D 的四相信號(hào),當(dāng)采納單片機(jī)進(jìn)行操縱時(shí),需要在單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)中間設(shè)隔離電路以使強(qiáng)弱電分離。由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流相對(duì)較大,可增設(shè)放大電

11、路來提供步進(jìn)電機(jī)的工作電流。系統(tǒng)電路由五部分組成,即單片機(jī)、隔離、放大、電源及步進(jìn)電機(jī)。1.2 單片機(jī)功能特性描述 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微操縱器， 具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用Atmel 公 司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash同意程序存儲(chǔ) 器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上， 擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得 AT89S52為眾多嵌入式操縱應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超 有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字 節(jié)Flash，256字節(jié)RAM，32 位I/O

12、口線，看門狗定時(shí) 器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6 向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電 路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作， 同意RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷接著工作。掉 電愛護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單 片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)2.1簡介 步進(jìn)電機(jī)在單單僅給予電壓時(shí)，電機(jī)是可不能動(dòng)作的，必須由脈沖產(chǎn)生器提供位置(脈波數(shù))、速度的脈沖信號(hào)指令，以及驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電流流過電機(jī)內(nèi)部線圈、依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機(jī)運(yùn)

13、轉(zhuǎn)。因此欲使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的必要系統(tǒng)組成有： （1）脈沖產(chǎn)生器：給予角度(位置移動(dòng)量)、動(dòng)作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令。（2）步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：依操縱器所投入的脈沖信號(hào)指令，提供電流來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。（3）步進(jìn)電機(jī)：提供轉(zhuǎn)矩動(dòng)力輸出來帶動(dòng)負(fù)載。因此步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器、位置傳感器， 即能依照脈沖產(chǎn)生器所輸入的脈沖來做到速度及位置的操縱。2.2驅(qū)動(dòng)選擇步進(jìn)電機(jī)能夠選用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，也能夠自己構(gòu)建驅(qū)動(dòng)電路。一般有以下幾種選擇：專用驅(qū)動(dòng)模塊，如L298,FT5754等，這類驅(qū)動(dòng)接口簡單，這類能夠驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，直流電機(jī)等。達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器ULN2803，那個(gè)芯片能夠一次驅(qū)動(dòng)八

14、線步進(jìn)電機(jī)。自己構(gòu)建，通過三極管，74als04，等系列元件構(gòu)成。但如此系統(tǒng)可靠性會(huì)降低，會(huì)另外給系統(tǒng)帶來誤差。3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1 單片機(jī)操縱電機(jī) 如圖3講明：那個(gè)部分為單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)部分，80s52單片機(jī)通過達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器ULN2803來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，80s52的P1.0-P1.4發(fā)送操縱信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，然后驅(qū)動(dòng)器的四根線把信號(hào)傳遞給電機(jī)，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)等。電機(jī)部分接12V直流電源。3.2 鍵盤如圖4 講明： 本系統(tǒng)中采納了四個(gè)按鍵，分不與80s52的四個(gè)引腳相連，分不為LCDEN,RS,WR,RD;分不實(shí)現(xiàn)的功能是電機(jī)加速，減速，正反轉(zhuǎn)。鍵盤一旦按下則表示向單片機(jī)發(fā)送了有效信號(hào)，單片機(jī)就

15、相應(yīng)的進(jìn)行調(diào)節(jié)。關(guān)于鍵盤的鍵按下的時(shí)候分為幾個(gè)步驟，當(dāng)鍵盤按下的時(shí)候，接通電路，鍵盤掃描檢測低電平，但檢測到低電平之后不能夠推斷鍵是否被按下，因?yàn)槎秳?dòng)可能引起那個(gè)變化，所有大概延時(shí)510ms之后再進(jìn)行檢測。假如再次檢測到低電平之后講明鍵被按下。那個(gè)過程確實(shí)是所講的消除抖動(dòng)。3.3 顯示部分如圖5講明：關(guān)于顯示部分，因?yàn)槟莻€(gè)系統(tǒng)只是顯示轉(zhuǎn)速，因此采納了LED共陽極數(shù)碼管。同時(shí)用了74HC573鎖存器，74HC573鎖存器輸出電流大，接口電路簡單。本系統(tǒng)采納了兩個(gè)74HC573鎖存器，分不為段選和位選。段選為數(shù)碼管的顯示數(shù)字，位選為選中相應(yīng)的數(shù)碼管。程序流程圖總結(jié)通過本次的課程論文，讓我真實(shí)的感受

16、到一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程。這次的的論文從開始的整體布局，排版，到內(nèi)容中的系統(tǒng)設(shè)計(jì)直到最后完成。每個(gè)流程下來，都帶給了我專門多的新東西，特不在設(shè)計(jì)完系統(tǒng)之后做硬件部分中，先是用protel99se畫圖，好多圖在庫中找不到，找不到就自己畫，然后封裝，封裝的時(shí)候還要用游標(biāo)卡紙對(duì)買來的元件進(jìn)行精確的測量，然后才能在封裝的過程中保證精度。最后做完圖之后還要布線，布線完成后再發(fā)到廠家去做。事實(shí)上那個(gè)過程我用買好的空板做的，因?yàn)樵欢唷Ｒ虼司唾I了相應(yīng)的元件直接再PCB板上焊接好的。在焊接的過程中也會(huì)感受到專門多東西，因?yàn)閷ｉT多需要注意的。只是那個(gè)過程多多嘗試就會(huì)有進(jìn)步的。焊接完后確實(shí)是代碼調(diào)試時(shí)期。最后就

17、完成了那個(gè)小型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。致 謝在此，感謝我的老師以及周圍的同學(xué)。本次的論文得益于同學(xué)們的關(guān)心。最后還要感謝我的父母，是他們一直在背后支持著我。 謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給他們！ 參考文獻(xiàn) 1 張永楓，王靜霞，楊宏利. 單片機(jī)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)教程. 西安電子科技大學(xué)出版社,2005. 2 郭天祥. 51單片機(jī)C語言教程. 電子工業(yè)出版社 2008 附錄C代碼單片機(jī)操縱步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)功能: 定時(shí)器中斷：定時(shí)時(shí)刻設(shè)置為30秒，首先給的初值每次中斷為5ms，通過20次中斷為1秒，半分鐘三十秒則要中斷600次，所有到達(dá)六百次后就把計(jì)數(shù)n中的值讀取到數(shù)碼管中顯示出來。鍵盤檢測：進(jìn)行速度操縱的時(shí)候按下相應(yīng)的鍵則會(huì)對(duì)應(yīng)的進(jìn)行速度調(diào)

18、節(jié)。數(shù)碼管顯示：驅(qū)動(dòng)部分：#include #define uchar unsigned charsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit jia_key=P36;sbit jian_key=P37;sbit zf_key=P35;sbit stop_key=P34;bit flag=0;uchar num1,n;uchar num=0,show_num=2,maichong=4,table_begin=0;uchar code table1=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x08,0 x02,0 x01;uchar code table=0 x3f

19、,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;/ 延時(shí)部分void delay(uchar i) uchar j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); / 顯示部分void display() dula=0; P0=tableshow_num; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0 xfe; wela=1; wela=0; delay(5); P0=table0; dula=1; dula=0; P0

20、=0 xfd; wela=1; wela=0; delay(5); / 鍵盤檢測部分void key() if(jia_key=0) delay(5); if(jia_key=0) num+; if(num=4) num=3; while(jia_key=0) if(jian_key=0) delay(5); if(jian_key=0) if(num!=0) num-; else num=0; while(jian_key=0); if(zf_key=0) delay(5); if(zf_key=0) flag=flag; while(zf_key=0); if(stop_key=0) delay(4); if(stop_key=0) sho