基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子

2、版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交

3、論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程

4、序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3

5、）其它基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要步進電機是機電設(shè)備中廣泛使用的一種電機，經(jīng)過長期的發(fā)展，步進電機的應(yīng)用已滲透到數(shù)字控制的各個領(lǐng)域，尤其在數(shù)控機械中廣泛利用了其開環(huán)控制的特點。近年來，隨著微電子技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)的進步，步進電機在工業(yè)機械等領(lǐng)域作為控制用電機和驅(qū)動用電機被廣泛使用。傳統(tǒng)上由純電路設(shè)計的步進電機的控制和驅(qū)動電路一般較復(fù)雜，成本又高，而且一旦成型就難于修改,可移植性差，難以適應(yīng)一些智能化要求較高的場合。本文介紹一種利用at89s52單片機作為控制器，l298n作為電機驅(qū)動芯片來實現(xiàn)對步進電機的簡易控制。該控制系統(tǒng)具有電路簡單可靠，通用性強，成本低廉，靈活方

6、便等特點。關(guān)鍵詞：單片機；步進電機；l298n based on scm stepper motor controlabstractstepper motor is widely used in electrical and mechanical equipment,through a long period of development, the application of stepper motor has penetrated into all fields of digital control,especially making useful of cnc machinery in

7、the open-loop control characteristics.in recent years,with the improvent of micro-electronic technology,high-power power electronics and driving chnology,stepper motor as a controlling and driving electric motor is widely used in the fields of industrial machinery.traditionally that it is provided b

8、y the pure circuit design stepper motor control and drive circuit is more complex and more expensive.once the molding on the difficult and revised poor portability,it is difficult to adapt to a number of occasional demanding intelligent.this paper presents a single-chip microcomputer with the contro

9、ller at89s52 and l298n as a motor driver chip to achieve a simple stepper motor controlling.the control system is simple,reliable,high universality,low-cost, flexible and convenient. key words:scm;stepping motor;l298n目錄摘 要iabstractii第一章 引 言11.1 步進電機概述11.2 步進電機的特點與應(yīng)用21.2.1 步進電機的特點21.2.2 步進電機的應(yīng)用21.3 研

10、究背景31.4 本課題研究的主要內(nèi)容5第二章 步進電機工作原理72.1 步進電機分類72.2 步進電機工作原理82.2.1 反應(yīng)式步進電機82.2.2 永磁式步進電機92.2.3 混合式步進電機92.3步進電機的參數(shù)102.4 步進電機步距角和旋轉(zhuǎn)角度的計算102.5 步進電機的速度控制112.5.1 控制步進電機速度的方法112.5.2 步進電機步數(shù)的計算12第三章 硬件設(shè)計133.1 單片機模塊133.2 鍵盤顯示模塊143.3 驅(qū)動電機模塊15第四章 軟件設(shè)計184.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計概述184.2 系統(tǒng)軟件主程序及子程序流程圖184.2.1 主程序184.2.2 l298n控制程序194

11、.2.3 鍵盤處理程序204.2.4 電機正反轉(zhuǎn)顯示程序214.3 c51編程語言及其總結(jié)22第五章 系統(tǒng)調(diào)試245.1 硬件調(diào)試245.2 軟件調(diào)試255.3 整機調(diào)試25第六章 總結(jié)26參考文獻28附錄a：硬件電路圖30附錄b：源程序31致謝：39 第一章 引 言1.1 步進電機概述步進電機又稱脈沖電機或階躍電機，國外一般稱為stepper motor、steppingmotor或stepper等。它是一種用電脈沖信號進行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機。它可以看作是一種特殊運行方式的同步電動機，由專用電源供給電脈沖，每輸入一個脈沖，步進電機就移動一步。這種電動機的

12、運動形式與普通迅速旋轉(zhuǎn)的電動機有一定的差別，它是步進式運動的，所以稱為步進電動機。又因其繞組上所加的電源式脈沖電壓，有時也稱它為脈沖電動機。步進電機受脈沖信號控制，它的直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比，所以電機的線速度或轉(zhuǎn)速也與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低就可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并能快速起動、制動和反轉(zhuǎn)。所以，電機步距角和轉(zhuǎn)速大小都不受電壓波動和負載變化的影響，也不受環(huán)境條件如溫度、氣壓、沖擊和振動等影響。它每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)，在不丟步的情況下運行，其步距誤差不會長期積累。這些特點使它廣泛使用于數(shù)字控制的開環(huán)系統(tǒng)中，并使整個系統(tǒng)大為簡化而又運行可靠。步進電機有多種

13、不同的結(jié)構(gòu)，主要類型可分為反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。近20多年來，步進電機驅(qū)動技術(shù)和電機結(jié)構(gòu)都得到了很大的發(fā)展，逐漸形成以混合式及反應(yīng)式為主的產(chǎn)品格局。混合式步進電動機是在同步電動機或者說是在永磁感應(yīng)子式同步電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其綜合了該兩類步進電機的特點，因而性能更好。國外步進電機研究較早，步進電機驅(qū)動技術(shù)的研究成果也很多，如今正在研究開發(fā)以步進電動機為執(zhí)行機構(gòu)的高性能伺服系統(tǒng)。我國步進電機的研究及制造始于上世紀50年代后期，對步進電機精確模型也做了大量研究工作，如今，各種步進電機及其驅(qū)動器作為產(chǎn)品被廣泛利用。1.2 步進電機的特點與應(yīng)用1.2.1 步進電機的特點

14、步進電機具有自身的特點，歸納起來有：1)高精度的定位：步進電機最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制；2)位置及速度控制：步進電機在停止狀態(tài)下（無電脈沖信號輸入時），仍具有激磁保持力，故即使不依靠機械式的剎車，也能做到停止位置的保持；3)動作靈敏：步進電機因為加速性能優(yōu)越，所以在做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作；4)開回路控制：步進電機的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需要速度感應(yīng)器及位置傳感器，按輸入的脈沖來對轉(zhuǎn)子的速度及位置進行控制；5)中低速時具備高轉(zhuǎn)矩：步進電機在中低速是具有較大的轉(zhuǎn)矩，能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出；6)小型、高功率：步進電機體積小、扭力大、盡管于狹窄的

15、空間內(nèi)，仍可順利做安裝并提供高轉(zhuǎn)矩輸出；步進電動機的主要缺點是效率較低，并且需要配上適當?shù)尿?qū)動電源；帶負載慣量的能力不強；此外在應(yīng)用中，步進電機運轉(zhuǎn)也可能出現(xiàn)低頻振蕩，而使用細分驅(qū)動技術(shù)可以有效克服低頻共振的危害。1.2.2 步進電機的應(yīng)用通常選擇步進電機我們希望步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩大、啟動頻率和運行頻率高、步距誤差小等等。首先應(yīng)考慮的是系統(tǒng)的精度和速度的要求。為了提高精度，希望脈沖當量（每輸入一個脈沖使被控制對象產(chǎn)生的位移）小。但脈沖當量太小，要求的減速比大，而最高速度將受到步進電機的最高運行頻率限制。故應(yīng)兼顧精度與速度。經(jīng)過長期的發(fā)展，步進電機的應(yīng)用已滲透到數(shù)字控制的各個領(lǐng)域，尤其在數(shù)控機械

16、中廣泛利用了其開環(huán)控制的特點。近年來，隨著微電子技術(shù)、大功率電力電子技術(shù)及驅(qū)動技術(shù)的進步，步進電機在辦公自動化機器、工業(yè)機械和計算機外設(shè)等領(lǐng)域作為控制用電機和驅(qū)動用電機被廣泛使用。1.3 研究背景數(shù)控機床最早生產(chǎn)于美國，是軍備競賽的產(chǎn)物，為解決航天與航空方面的大型和復(fù)雜零件的單件、小批量生產(chǎn)而發(fā)展起來的。1952年美國試制了世界上第一臺三坐標數(shù)控立體銑床。此后數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了二個階段和六代產(chǎn)品的發(fā)展。這主要是指電子管數(shù)控系統(tǒng)、晶體管數(shù)控系統(tǒng)、集成電路數(shù)控系統(tǒng)、小型計算機數(shù)控系統(tǒng)、微處理器數(shù)控系統(tǒng)和基于工業(yè)pc的通用cnc系統(tǒng)。前三代為第一階段，數(shù)控系統(tǒng)主要是由硬件連接構(gòu)成，稱為硬件數(shù)控；后三代稱

17、為計算機數(shù)控，其主要功能有軟件完成，又稱味軟件數(shù)控。我國1958年研制出第一臺數(shù)控機床，同樣經(jīng)歷了留待發(fā)展史。近20年來，隨著微電子技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，特別是微處理器技術(shù)的應(yīng)用，使數(shù)控機床的性能價格比有了極大的提高，實際應(yīng)用普及率越來越高，使得數(shù)控機床已成為現(xiàn)代機械制造技術(shù)的基礎(chǔ)。戰(zhàn)后全球社會經(jīng)濟發(fā)展的歷史經(jīng)驗證明，一個國家的實力及其繁榮，主要取決于其制造業(yè)所能提供的產(chǎn)品與勞務(wù)的競爭力。我國與工業(yè)化國家的技術(shù)差距主要是制造技術(shù)方面的差距。制造是人類最古老的生產(chǎn)活動之一，18世紀中葉的工業(yè)革命促進了現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的出現(xiàn)，19世紀電氣技術(shù)的發(fā)展和20世紀初內(nèi)燃機的發(fā)明，引發(fā)了制造業(yè)的革命，流水線

18、生產(chǎn)和泰勒式工作制得到廣泛的應(yīng)用，二戰(zhàn)期間，大批大量的制造技術(shù)有了很大的發(fā)展。二戰(zhàn)后50年來，計算機、微電子、信息和自動化技術(shù)有了迅速的發(fā)展，并在制造業(yè)中得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用，先后出現(xiàn)了數(shù)控(nc)、計算機數(shù)控(cnc)、柔性制造單元(fmc)、柔性制造系統(tǒng)(fms)、計算機輔助設(shè)計與制造(cad/cam)、計算機集成制造系統(tǒng)(cims)等多項先進制造技術(shù)與制造模式。制造業(yè)正經(jīng)歷著一場新的技術(shù)革命。而作為機械制造技術(shù)中主要發(fā)展方向的精密加工技術(shù)是集測量學(xué)、微電子學(xué)、近代光學(xué)、控制論信息論等先進技術(shù)與機械制造技術(shù)相融合的一門交叉學(xué)科，是現(xiàn)代許多尖端技術(shù)和國防技術(shù)賴以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，代表了一個

19、國家科技發(fā)展的水平。因而許多國家競相發(fā)展精密加工及超精密加工技術(shù)，可以說，精密機械制造技術(shù)的水平在很大程度上將成為衡量一個國家科技水平的標志?，F(xiàn)代機械制造技術(shù)是一個多技術(shù)緊密耦合的技術(shù)族，其中數(shù)控技術(shù)是實現(xiàn)其最終目標的基礎(chǔ)，它的發(fā)展和運用開創(chuàng)了制造業(yè)的新時代，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。目前世界各國都在大力發(fā)展數(shù)控技術(shù)，而且國外的數(shù)控加工系統(tǒng)在精度和自動化的程度上都達到了很高的水平。經(jīng)歷了幾個五年計劃的努力，我國的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，六五期間的技術(shù)引進，七五期間的消化吸收，到八五末，我國已經(jīng)自行研制開發(fā)了適合我國數(shù)控機床發(fā)展需要的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。但是，由于我國許多因素的影

20、響，我國的數(shù)控技術(shù)方面整體發(fā)展水平還比較低，利用率也不高。經(jīng)濟型數(shù)控在我國占有比較重要的地位，并起了很大的作用，它以單板機或單片機為數(shù)控核心，以步進電機為執(zhí)行元件，由于其結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，只需一萬元左右就可以裝備一臺經(jīng)濟型數(shù)控機床，很適合我國中小型企業(yè)使用。統(tǒng)計表明：八五期間，國內(nèi)采用交、直流伺服驅(qū)動系統(tǒng)的第一章緒論數(shù)控機床僅占數(shù)控機床總數(shù)的15%左右，其余80%以上的數(shù)控機床則是采用步進電機作為執(zhí)行元件。采用步進電機作為伺服執(zhí)行元件，不僅可以應(yīng)用于經(jīng)濟型數(shù)控伺服系統(tǒng)，而且也可以輔以先進的檢測和反饋元件，組成高精度全閉環(huán)數(shù)控系列，從而達到很高的加工精度。在經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)中，有南京微分電機廠、

21、南京大方股份有限公司生產(chǎn)的jwk系列、常州寶馬集團公司生產(chǎn)的bk系統(tǒng)、上海開通機電科技公司開發(fā)的kt-400-7等，這些企業(yè)除了進一步提高系統(tǒng)的可靠性外，還在步進電動機的驅(qū)動電源控制技術(shù)、半閉環(huán)或閉環(huán)控制技術(shù)、各種專用的機械控制系統(tǒng)等方面進行研究開發(fā)，具有較好的市場前景。步進電機今后的發(fā)展，依賴于新材料的應(yīng)用，設(shè)計手段的，以及與驅(qū)動技術(shù)的最佳匹配。首先，精確的分析和設(shè)計，模型的建立和完善，是一項重要的基礎(chǔ)研究，至今還有許多工作要做，它可以為各類問題的深入分析提供基礎(chǔ)，為優(yōu)化設(shè)計指出方向。其次，隨著自動控制技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在眾多領(lǐng)域中的進一步應(yīng)用與發(fā)展以及數(shù)字化、智能化技術(shù)的日益發(fā)展，步

22、進電機將會在更加深入廣泛的領(lǐng)域中得以應(yīng)用，尤其是智能化應(yīng)用技術(shù)方向的發(fā)展將會成為步進電機下一階段的發(fā)展趨勢。最后，電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，高性能永磁材料的應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計技術(shù)對步進電機的發(fā)展起到重要作用，同時驅(qū)動技術(shù)改進的作用也不容忽視，特別是微步驅(qū)動技術(shù)的應(yīng)用和成熟，對步進電機的設(shè)計和發(fā)展產(chǎn)生了很多的影響，也提出了一系列研究的新課題和新方向。1.4 本課題研究的主要內(nèi)容圖1.1 系統(tǒng)組成框圖本設(shè)計系統(tǒng)組成框圖如圖1.1所示。主要采用at89s52單片機做為控制核心,并由at89s52單片機產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖信號，通過i/o端口輸出，送到驅(qū)動芯片l298n對脈沖信號進行處理，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動

23、。系統(tǒng)設(shè)有鍵盤和顯示電路，鍵盤可完成啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速功能，點擊的啟動與停止、正反裝可以通過led顯示。此設(shè)計主要由3個模塊組成：鍵盤、led人機對話模塊;單片機模塊；單片機驅(qū)動步進電機模塊?？蓪崿F(xiàn)如下功能：(1)通過鍵盤可設(shè)定步進電機轉(zhuǎn)速；(2)通過“啟動/暫?！辨I設(shè)定電機啟停；(3)通過“正向”和“反向”按鍵改變電機的轉(zhuǎn)向。整個系統(tǒng)簡單、可靠、顯示穩(wěn)定、易于編程。第二章 步進電機工作原理2.1 步進電機分類步進電機的品種規(guī)格很多，按結(jié)構(gòu)特點可分為反應(yīng)式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機。步進電機主要結(jié)構(gòu)類型如表1所列，圖2.1為它們的結(jié)構(gòu)示意圖：旋轉(zhuǎn)電機反應(yīng)式步進電動機永磁

24、式步進電動機混合式步進電動機直線電機vr型pm型hb型表1 步進電機結(jié)構(gòu)類型圖2.1 三種類型步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)式步進電動機在結(jié)構(gòu)上來說，定子上由多相繞組，定子磁極和轉(zhuǎn)子上開有小齒。其主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用；齒距角可以做得很小，起動和運行頻率較高；斷電時無定位力矩，需用帶電定位，消耗功率大，效率較低。永磁式步進電動機轉(zhuǎn)子為永磁體，要想減小步距角，可增加轉(zhuǎn)子的磁極數(shù)及定子的齒數(shù)。但轉(zhuǎn)子要制成n-s相間的多對磁極較為困難，而且定子的極數(shù)也必須增加，線圈數(shù)也相應(yīng)增加，這將受到定子空間的限制。所以，永磁式步進電動機步距角都比較大。同時，其起動和運行頻率較低，斷電時有定位力矩，消耗功率小?；?/p>

25、合式步進電動機轉(zhuǎn)子采用永磁體，是一種永磁式步進電動機，而同時定轉(zhuǎn)子的鐵芯均為齒狀結(jié)構(gòu)，具有小的步距角，故又同反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)相似，所以混合式步進電動機可以看作是vr和pm兩種步進電動機的組合。從轉(zhuǎn)矩作用原理來看，混合式步進電動機可看作是定子磁勢與轉(zhuǎn)子永磁體相互作用的結(jié)果。因而，混合式步進電機具有反應(yīng)式步進電機和永磁式步進電機的雙重優(yōu)點。同反應(yīng)式步進電動機相比，相同的電動機體積，混合式步進電動機具有輸出轉(zhuǎn)矩大、步距角小、分辨率高等優(yōu)點，因而其應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，形成了二相和五相混合式步進電動機兩個主要系列產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)格局。五相混合式步進電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但其分辨率高，運行性能好，主

26、要應(yīng)用在對性能指標要求較高的場合。二相混合式步進電動機結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電機本身的分辨率不是很高。但是，隨著驅(qū)動極數(shù)的發(fā)展和在步進電動機系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得步進電動機系統(tǒng)的分辨率可以在不增加相數(shù)的情況下得以提高。這為二相混合式步進電動機系統(tǒng)運行性能的提高提供了廣闊的前景。2.2 步進電機工作原理2.2.1 反應(yīng)式步進電機反應(yīng)式步進電機的典型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。反應(yīng)式步進電機的工作原理：利用凹極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動的。下面以一個簡單的三相反應(yīng)式步進電機為例。圖2.2所示為一臺三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理因。它的定子上有六個極，每極上都裝有控制繞組，每個相對兩極組成一

27、相。轉(zhuǎn)子只有四個齒，上面沒有繞組。輸入a相控制繞組通電時，因磁通要沿著磁阻最小的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極a、a對齊，圖2.2（a）所示。a相斷電、b相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子將在空間轉(zhuǎn)過30。即步距角t=30。使轉(zhuǎn)子齒2、4與定子極b、b對齊，如圖2.2（b）所示。如再使b相斷電。c相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又在空間轉(zhuǎn)過t=30，使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極c、c對齊，如圖2.2（c）所示。如此循環(huán)往復(fù)，并按順序通電，電動機便按一定的方向轉(zhuǎn)動。電動機的轉(zhuǎn)速取決于控制繞組與電源接通或斷開的變化頻率。控制繞組與電源的接通或斷開，通常是由電源邏輯線路來控制的。圖2.2 三相反應(yīng)式步進電機2.2.2 永磁式

28、步進電機永磁式步進電機是轉(zhuǎn)子上安裝了永久磁鋼的步進電機，它的工作原理是轉(zhuǎn)子上的永磁體建立的磁場，與定子繞組電流建立的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。2.2.3 混合式步進電機混合式步進電機既有反應(yīng)式步進電機的高分辨率，每轉(zhuǎn)步數(shù)比較多的特點；又有永磁式步進電機的高效率，繞組電感比較小的特點。從結(jié)構(gòu)上看，它通常有多相繞組，它的定轉(zhuǎn)子上開有很多齒槽，類似反應(yīng)式步進電機。轉(zhuǎn)子上有永久磁鐵產(chǎn)生單向的軸向磁場，這與永磁式步進電機相似。如圖2.3所示，每相繞組繞在8個定子磁極中的4個極上，如：繞組a繞在1、3、5、7磁極上，則繞組b繞在2、4、6、8磁極上；而且每個相鄰的磁極以相反方向繞，這樣就使得相鄰兩個磁極

29、的磁場徑向相反。在繞組通電以后，定子和轉(zhuǎn)子上分別形成對應(yīng)的s極或n極，通過磁場產(chǎn)生的作用力驅(qū)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)電機運行。圖2.3 混合式電機垂直軸剖面圖混合式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。該電機效率高，電流小，發(fā)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(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小?；旌鲜讲竭M電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機則不能如此。例如：四相八拍運行（a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a）完全可以采用二相八拍運行方式.不難

30、發(fā)現(xiàn)其條件為c=/a,d=/b。一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。2.3步進電機的參數(shù)步進電機的基本參數(shù)有：(1)步進電機的相數(shù)；是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，常用的有二相、三相、四相、五相步進電機；(2)保持轉(zhuǎn)矩：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。通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進

31、電機的最重要的參數(shù)之一；(3)最大靜轉(zhuǎn)矩：步進電機在規(guī)定的通電相序下，距角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。繞組電流越大，最大靜轉(zhuǎn)矩也就越大。按最大靜轉(zhuǎn)矩的值可以把步進電機分為伺服步進電機和功率步進電機；(4)步距角：每輸入一個電脈沖信號時電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度；(5)起動頻率和起動矩頻特性：指步進電機能夠不失步起動的最高脈沖頻率。在一定的負載慣性下，啟動頻率隨負載轉(zhuǎn)矩變化的特性稱為起動矩頻特性；(6)運行頻率和運行矩頻特性：步進電機啟動后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而維持不失步的最高頻率。在負載慣量不變時，運行頻率與負載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為運行矩頻特性。2.4 步進電機步距角和旋轉(zhuǎn)角度的計算由于選擇的是二相步進電機，

32、它的工作方式是二相四拍，所以根據(jù)公式可以計算出電機的步距角= 。步距角的計算公式為： (2.1)式中，n=mcc為運行拍數(shù)，n=4，為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，=50。由于輸入一個cp脈沖會使步進電機繞組的狀態(tài)變化一次，并相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)一個角度，因此步進電機旋轉(zhuǎn)的角度可由輸入的cp脈沖數(shù)確定。其計算公式為： (2.2)式中，為旋轉(zhuǎn)角度，s為步距角，n為脈沖個數(shù)。例如，讓步進電機運行100s，在延時1的狀態(tài)下，也就單片機每隔4s發(fā)一個脈沖，那么單片機會發(fā)出25個脈沖，從而步進電機旋轉(zhuǎn)；同樣，在延時2的狀態(tài)下，也就單片機每隔1s發(fā)一個脈沖，那么單片機會發(fā)出100個脈沖，從而步進電機旋轉(zhuǎn)。2.5 步進電機的速度控制2.

33、5.1 控制步進電機速度的方法在此，介紹控制步進電機的三種方法。在本設(shè)計中，考慮到編程時的難易程度，最后選擇了第二種方法來實現(xiàn)步進電機的速度控制。1、改變控制方式的變速控制最簡單的變速控制可利用改變步進電機的控制方式實現(xiàn)。例如，在三相步進電機中，啟動或停止，用三相六拍，大約0.1s以后，改用三相三拍的分配方式；在快達到終點時，再度采用三相六拍的控制方式，以達到減速的目的。2、均勻地改變脈沖時間間隔的變速控制步進電機的加速（或減速）控制，可以用均勻地改變脈沖時間間隔來實現(xiàn)。例如，在加速控制中，可以均勻地減少時間間隔；在減速控制時，則可均勻地增加演示時間間隔。具體的說，就是均勻地減少（或增加）延時

34、一程序中的延時時間常數(shù)。由此可見，所謂步進電機控制程序，實際是那個就是按一定時間間隔輸入不同的控制字。所以，改變傳送控制字的時間間隔（亦即改變延時時間），即可以改變步進電機的控制頻率。這種方法的優(yōu)點是，由于延時的長短不受限制，因此，使步進電機的工作頻率變化范圍較寬。另外，這種方法咋編程上也容易實現(xiàn)。 3、采用定時器的變速控制在單片機控制系統(tǒng)中，也可以使用單片機內(nèi)部的定時器來提供延時時間。其方法是將定時器初始化后，每隔一定的時間，由定時器向cpu申請一次中斷。cpu響應(yīng)中斷后，便可以發(fā)出一次控制脈沖。此時，只要均勻地改變定時器時間常數(shù)，即可達到均勻加速（或減速）的目的。這種方法可以提高控制系統(tǒng)的

35、效率。2.5.2 步進電機速度與步數(shù)的計算步進電機的運轉(zhuǎn)速度會與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系，所以在脈沖的速度愈快時，步進電機的轉(zhuǎn)速也會跟著加快；脈沖速度愈慢時，電機的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。電機的運轉(zhuǎn)速度(rpm)與脈沖速度(pps)間的關(guān)系式如下：電機的運轉(zhuǎn)速度(rpm)脈沖速度(pps)60步進電機分割數(shù)/圈 說明：（1）rpm 為一般電機的速度單位，即每分鐘電機所沖轉(zhuǎn)的圈數(shù)；pps為脈沖的速度單位，即每秒所送出的脈沖數(shù)；（2）由于rpm與 pps 的單位不同，所以在轉(zhuǎn)換的過程中要先將 pps 的秒鐘乘以 60變?yōu)榉昼?；?）步進電機分割數(shù)/圈，又代表要讓電機轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)；（4）

36、上述公式拆解后之單位表示為rpm=pps601/分割數(shù)。假如還讓步進電機運行100s，那么在延時1時，脈沖速度為25 pps；在延時2時，脈沖速度為100 pps。因此，可得在延時1時，步進電機的運轉(zhuǎn)速度為37.5 rpm；在延時2時，步進電機的運轉(zhuǎn)速度為150 rpm。另外，單片機送一個脈沖，步進電機就會走一步，所以單片機送多少個脈沖，步進電機就會走多少步。因此可以根據(jù)脈沖個數(shù)來確定步進電機的步數(shù)。另外還可以根據(jù)步進電機旋轉(zhuǎn)的角度來確定步進電機走的步數(shù)，用公式表示為： (2.3)式中，m為步進電機走的步數(shù)，為步進電機的步距角，為步進電機旋轉(zhuǎn)過的角度。假如還讓步進電機運行100s，那么在延時1

37、時，步進電機就會走25步；在延時2時，步進電機就會走100步。第三章 硬件設(shè)計3.1 單片機模塊本設(shè)計使用的是at89s52單片機作為核心。在本控制系統(tǒng)中，利用它的可編程性來分別實現(xiàn)a與b步進電機的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)功能，從而初步模擬出數(shù)控機床的基本功能。并且還實現(xiàn)了人機對話功能。單片機主要完成脈沖的分配，使步進電機按照設(shè)定的方式運轉(zhuǎn)，通過程序設(shè)定，從單片機的i/o口輸出一系列有規(guī)律的脈沖信號；由于直接輸出的脈沖信號驅(qū)動功率有限，很難直接驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，所以必須經(jīng)過驅(qū)動器進行脈沖放大，本設(shè)計采用的l298n芯片能解決這個問題。at89s52是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，具有8

38、k在系統(tǒng)可編程flash存儲器。使用atmel公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80c51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上flash允許程序存儲器在系統(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為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。引腳圖如圖3.1所示：圖3.1 at89s52引腳圖at89s52單片機的主要性能：（1）與mcs-51單片機產(chǎn)品兼容；（2）8k字節(jié)在系統(tǒng)可編程flash存儲器；（3）32個可編程i/o端口；（4）三個16位定時器/計數(shù)器；（5）八個中斷源；（6）全雙工uart串行通道；（7）低功耗空閑

39、和掉電模式；（8）看門狗定時器。3.2 鍵盤顯示模塊鍵盤是最常用也是最主要的輸入設(shè)備，在單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)中主要用它來設(shè)定a、b電機的啟動與正反轉(zhuǎn)，在控制過程中可以利用這四個鍵來分別控制a、b電機的工作狀態(tài)。本設(shè)計采用的2*2鍵盤， 2*2鍵盤掃描連線圖如圖3.2所示：圖 3.2 2*2矩陣式鍵盤上圖為2*2矩陣式鍵盤，它由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交叉點上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端，與微型計算機的連接采用i/o接口直接接入p1口。在這種鍵盤中，每個按鍵的狀態(tài)同樣需變成數(shù)字量“0”和“1”，在軟件編程上也容易實現(xiàn)。設(shè)計采用單片機對鍵盤進行行掃描實現(xiàn)設(shè)定，在程序上易于理

40、解，易于調(diào)試和修改。此外，本設(shè)計還設(shè)了一個獨立鍵，用來調(diào)控步進電機的轉(zhuǎn)速。它是直接和單片機的i/o端口相連。當本按鍵按下時，步進電機在高速檔運轉(zhuǎn)；當沒按時，步進電機在低速檔運轉(zhuǎn)。另外，本設(shè)計使用了四塊共陽極結(jié)構(gòu)的led，它是直接由三極管驅(qū)動的。led顯示方法有倆種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。靜態(tài)顯示就是由單片機一次輸出顯示信息后，保持到下次送新的顯示信息為止，各個led數(shù)碼管的信息同時傳送，這種方法占用cpu資源少、無位選信號、顯示可靠，但線路復(fù)雜、成本高。動態(tài)顯示就是單片機定時對led掃描，使其逐個輸出顯示，利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象，仍感覺所有的數(shù)碼管同時顯示，該方法使用硬件掃描，成本低，但占用cp

41、u資源多，亮度也不如靜態(tài)顯示。本設(shè)計采用的顯示方法為動態(tài)顯示。其中的倆快分別用來顯示a、b步進電機的正反轉(zhuǎn)，這樣使得單片機控制步進電機的結(jié)果更加的直觀。例如，設(shè)定按鍵使a步進電機正轉(zhuǎn)，那么相應(yīng)的一塊led的六個筆斷碼會被按照順時針的方向依次點亮；若反轉(zhuǎn)，則相應(yīng)的一塊led的六個筆斷碼會被按照逆時針的方向依次點亮。另外的倆快是分別用來作為倆個步進電機的啟動標示，當電機啟動時就會顯示1。3.3 驅(qū)動電機模塊圖3.3 l298n引腳圖l298n是sgs公司的產(chǎn)品，比較常見的是15腳multiwatt封裝的l298n,如圖3.3所示。l298n芯片可以方便的驅(qū)動兩個二相直流電機，也可以驅(qū)動一個二相步進

42、電機，輸出電壓最高可達50v，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，可以直接用單片機的i/o口提供信號，而且電路簡單，使用比較方便。l298n可接受標準ttl邏輯電平信號vss，vss可接457 v電壓。4腳vs接電源電壓，vs電壓范圍為2546 v。輸出電流可達25 a，可驅(qū)動電感性負載。l298n可驅(qū)動一臺二相步進電機，out1，out2和out3，out4之間可分別接二相步進電機的倆個繞組，本設(shè)計選用驅(qū)動二臺二相步進電機。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。ena，enb接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。下表是l298n的真值表：表2 l298n真值表enaenbin1in2in

43、3in4運轉(zhuǎn)狀態(tài)00停止11依次給in1-in4送低電平正轉(zhuǎn)11依次給in4-in1送低電平反轉(zhuǎn)圖3.4是單片機與一片l298n的連接線路圖，其中ena和enb分別與單片機的p1.2口和p1.3口相連，用于控制二相步進電機的運轉(zhuǎn)和停止，相當于始能端。由表2 可知，當ena和enb為低電平時，步進電機處于停止狀態(tài)；當ena和enb為高電平時，步進電機處于啟動狀態(tài)；當ena和enb為高電平時，依次給in1-in4送低電平，則步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當ena和enb為高電平時，依次給in4-in1送低電平，則步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)。這四個端口分別與p2口的p2.7、p2.6、p2.7、p2.8端口相連。sens

44、e a與sense b腳是輸出電流反饋引腳，在通常使用中這兩個引腳可以直接接地。out1、out2、out3、out4是電機驅(qū)動芯片l298n的輸出端，它們可以接一個二相步進電機，其中out1和out2是接步進電機的一相繞組，out3和out4接另外一相繞組。圖3.4 單片機與l298n連接圖步進電機的驅(qū)動芯片l298n根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生。其基本原理作用如下：(1)控制換相順序：通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為a-b-c-a,控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制a,b,c,a相的通斷。在本設(shè)計中，采用的是二相四拍的工作方式，其

45、各相通電順序為ab-/ab-/a/b-a/b。(2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向：如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。具體正反轉(zhuǎn)的控制字可見表3和表4。(3)控制步進電機的速度：如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。由于電機在工作時對電源的干擾很大，所以在控制部分和電機驅(qū)動部分之間用了八個續(xù)流二極管（如圖3.5所示），以免影響其它部分的正常工作。續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈的兩端，線圈在通過電流時，會在其兩端產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當電流消失時，其感應(yīng)電動

46、勢會對電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當反向電壓高于前端芯片的反向擊穿電壓時，會把芯片燒壞。續(xù)流二極管并聯(lián)在線圈兩端，當流過線圈中的電流消失時，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過二極管和線圈構(gòu)成的回路做功而消耗掉。叢而保護了電路中的其它原件的安全。圖3.5 續(xù)流二極管第四章 軟件設(shè)計4.1 系統(tǒng)軟件設(shè)計概述在實際控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計外，還與功能完善的軟件設(shè)計是分不開的，基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要是基于結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的思想，采用模塊化設(shè)計，對系統(tǒng)每個子程序模塊單獨進行設(shè)計、編制和調(diào)試，使程序避免重復(fù)性且具有清晰的總體結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)控制功能。單片機控制步進電機的系

47、統(tǒng)軟件不是單一的控制程序，而是使系統(tǒng)正常運行必不可少的軟件系統(tǒng)，從而實現(xiàn)人機對話與系統(tǒng)資源的合理的有效使用。本系統(tǒng)采用c51語言編程，充分利用c51語言編程的優(yōu)點，使程序效率滿足實時性要求。4.2 系統(tǒng)軟件主程序及子程序流程圖4.2.1 主程序控制系統(tǒng)軟件模塊主要由主程序、l298n控制程序、鍵盤處理程序、電機正反轉(zhuǎn)顯示程序組成，主程序流程圖如圖4.1所示：圖4.1主程序流程圖（1）主程序主要完成控制系統(tǒng)的初始化、自診斷、顯示及鍵盤掃描等功能；（2）l298n控制程序主要完成對步進電機的控制功能；（3）鍵盤處理程序主要完成鍵盤信號的輸入，分別設(shè)定倆個步進電機的工作狀態(tài)的功能；（4）電機正反轉(zhuǎn)顯

48、示程序主要是用來更直觀的顯示步進電機的正反轉(zhuǎn)，使工作人員能直觀的看到電機的工作狀態(tài)。4.2.2 l298n控制程序此部分是整個控制系統(tǒng)的核心，是用了l298n電機驅(qū)動芯片來完成的，利用芯片本身的控制字（見表2）來實現(xiàn)了諸如電機的啟停、正反轉(zhuǎn)功能。當ena和enb為低電平時，電機停止；當ena和enb為高電平時，電機啟動。要實現(xiàn)步進電機的旋轉(zhuǎn)，輸入信號端in1，in2，in3，in4依次接入低電平。正轉(zhuǎn)接入低電平的順序是in1in2in3in4，如表3所示；反轉(zhuǎn)接入低電平的順序是in4in3in2in1，如表4所示。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機

49、的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。另外，如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它他就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖它就會再轉(zhuǎn)一步。倆個脈沖時間間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。在本設(shè)計中設(shè)定了高速、低速倆個速度檔位，當按鍵5被按下時，即選擇高速檔，也就是選擇延時時間為1s；當按鍵5被松開時，即選擇低速檔，也就是選擇延時時間為4s。因此，通過這種方式達到了控制倆個脈沖之間時間的長短，從而控制了步進電機連續(xù)走兩步之間的時間間隔。這個時間間隔越長，說明步進電機連續(xù)走兩步的用時也就越多，那么它的速度也就越慢；反之，它的速度就越快，既而完成了速度

50、控制。此外，通過編程還模擬的實現(xiàn)了數(shù)控機床中把工件切割成一個特定形狀（方波）的功能。在設(shè)計中，a電機模擬數(shù)控機床中x軸上的電機，b電機模擬數(shù)控機床中y軸上的電機。通過這倆個電機的正反轉(zhuǎn)和啟停的功能實現(xiàn)了把物體切割出一個方波形狀的功能。其程序流程圖見圖4.2所示。圖4.2 l298n控制程序流程圖表3 電機正轉(zhuǎn)控制字輸入端口in1in2in3in4第一步0111第二步1011第三步1101第四步1110表4 電機反轉(zhuǎn)控制字輸入端口in1in2in3in4第一步1110第二步1101第三步1011第四步01114.2.3 鍵盤處理程序圖4.3 鍵盤掃描流程圖系統(tǒng)采用2*2鍵盤實現(xiàn)步進電機工作狀態(tài)的

51、設(shè)定，它的掃描程序任務(wù)是：鍵盤初始化，確定有無鍵按下，判斷哪一個鍵按下，定義鍵的功能；還要消除按鍵在閉合或斷開時的抖動。兩個并行口中，一個輸出掃描碼，使按鍵逐行動態(tài)接地，另一個并行口輸入按鍵狀態(tài)，由行掃描值和回饋信號共同形成鍵編碼而識別按鍵，通過軟件查詢主函數(shù)定義的功能鍵，查出該鍵的功能，鍵盤掃描流程圖如圖4.3所示。鍵盤處理程序的關(guān)鍵是如何識別鍵碼。本設(shè)計系統(tǒng)中，微處理器對2*2鍵盤控制的辦法是“掃描”，它采用查詢掃描法對鍵盤進行掃描，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并做相應(yīng)的處理。當cpu 查詢到所按下的功能鍵，立刻執(zhí)行相應(yīng)的電機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，使系統(tǒng)實時控制電機運轉(zhuǎn)，并提高系統(tǒng)工作效率。4.2.4

52、電機正反轉(zhuǎn)顯示程序圖4.4 電機正轉(zhuǎn)流程圖這一部分是用來顯示電機的正反轉(zhuǎn)，通過整個系統(tǒng)相應(yīng)的要求來分別顯示每個電機的正反轉(zhuǎn)。電機正轉(zhuǎn)顯示程序的流程圖如圖4.4所示。電機反轉(zhuǎn)與其相類似，只是六個二極管的點亮順序不同，那么就會直觀的反映出這六個二極管是依次被順時針點亮還是被逆時針點亮。如果是被順時針點亮，就代表電機正轉(zhuǎn)；反之，電機反轉(zhuǎn)。4.3 c51編程語言及其總結(jié)隨著單片機的普及應(yīng)用，單片機控制系統(tǒng)的軟件開發(fā)語言也在不斷地發(fā)展更新。目前，開發(fā)單片機控制系統(tǒng)的軟件可以用匯編語言編程，也可以用pl/m-51單片機程序設(shè)計語言，還可以用c- 51編制控制軟件。c-51語言是一種結(jié)構(gòu)化語言，與標準c語言

53、完全兼容，具有代碼效率高、可移植性強、庫函數(shù)豐富、支持浮點運算、可直接操作硬件資源和實時性強等特點。根據(jù)本系統(tǒng)的控制任務(wù)，本設(shè)計中控制系統(tǒng)的軟件程序采用c-51語言編程。c語言具有很強的功能性和結(jié)構(gòu)性，可以縮短單片機控制系統(tǒng)的開發(fā)周期，而且易于調(diào)試和維護，已經(jīng)成為目前單片機語言中最流行的編程語言。本控制系統(tǒng)根據(jù)以下方法進行編寫：（1）對局部變量、函數(shù)參數(shù)和返回值使用 void 和 unsigned char 類型，避免在編程過程中類型轉(zhuǎn)換。（2）循環(huán)體形式采用for或while 循環(huán)體進行循環(huán)。（3）函數(shù)參數(shù)個數(shù)定義少，并利用全局變量傳遞參數(shù)，以此提高函數(shù)調(diào)用的效率。（4）使用各種邏輯操作替代

54、位操作運行，使用左移和右移的方法代替除法操作運行。（5）使用switch與break語句聯(lián)用構(gòu)成多分支選擇結(jié)構(gòu)的執(zhí)行流程，實現(xiàn)了系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定功能，并且減少了運行時間，加快了運行速度。第五章 系統(tǒng)調(diào)試完成一個設(shè)計系統(tǒng)需經(jīng)過硬件設(shè)計、硬件仿真、制板、軟件設(shè)計和系統(tǒng)調(diào)試等幾部分，缺少哪一部分都將不會實現(xiàn)系統(tǒng)功能，而本系統(tǒng)調(diào)試工作主要由硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，整機調(diào)試三部分來完成。系統(tǒng)調(diào)試方法介紹如下（1）本系統(tǒng)硬件調(diào)試主要是運用了以at89s52單片機搭建的硬件平臺，然后利用萬用表等工具對焊接電路板進行檢查，最后應(yīng)用程序進行功能調(diào)試。（2）硬件調(diào)試是基礎(chǔ)，軟件調(diào)試是檢測硬件電路和實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵。本設(shè)

55、計應(yīng)用keil編輯器或仿真軟件進行軟件調(diào)試，單片機c51編輯軟件keil軟件提供了一個集成開發(fā)環(huán)境uvision，它包括c編輯器、宏編輯器、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器。通過編譯、運行，可以檢測程序錯誤。在軟件調(diào)試過程中要仔細耐心，即使是多寫或少寫一兩個字符，都無法編譯成功。另外，程序在keil中編譯、運行無錯，有時燒錄到單片機中運行起來也會出錯，很可能是編程時管腳或時序編輯的不對。（3）系統(tǒng)除了進行軟硬件調(diào)試外，還得進行整機調(diào)試，這樣即能設(shè)計系統(tǒng)完善可靠工作，也能進一步對系統(tǒng)進行優(yōu)化。5.1 硬件調(diào)試單片機最小系統(tǒng)電路包括電源、單片機、外部時鐘震蕩電路、復(fù)位電路、max232串行

56、接口電路以及l(fā)ed顯示電路。調(diào)試過程中注意了以下幾點：（1）檢查電源是否完好；（2）單片機電源是否連接正確，并保證at89s52的31號引腳接高電平。at89s52的31號引腳是外部程序存儲器選擇信號端，當該引腳為高電平時，單片機會一直從片內(nèi)程序存儲器內(nèi)取指令；（3）使用p0口作顯示電路的i/o口，必須接上拉電阻；（4）使用萬用表排查電路中是否存在短路或者斷路情況。設(shè)計在制作最小系統(tǒng)時使用排針引出了單片機的40個引腳，焊接過程中容易出現(xiàn)管腳之間短路，所以在上電之前先排查了電路；(5) 設(shè)計顯示電路利用pnp三極管驅(qū)動共陽極動態(tài)led數(shù)碼管顯示電路。在連接顯示電路明確了共陽型8段led的各個管腳與各段發(fā)光二極管的對應(yīng)關(guān)系以及三極管的基極、發(fā)射極、集電極與動態(tài)led顯示數(shù)碼管引腳的對應(yīng)關(guān)系，并對pnp三極管的工作原理進行了分析，然后開始連接；（6）編輯了一個正確的