步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制

1、（學(xué)校名稱）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）( *屆 )題目：步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制 系 別 *分院 專業(yè)班級(jí) *班 學(xué)生姓名 * * * 學(xué) 號(hào) 導(dǎo)師姓名 成 績(jī) 年 月 日目錄摘要2一、引言3（一）論文的研究意義2（二）論文的主要內(nèi)容2（三）設(shè)計(jì)要求2（四）設(shè)計(jì)目的2二、步進(jìn)電機(jī)介紹4（一）種類4（二）工作原理4（三）驅(qū)動(dòng)方法51、單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 52、雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口 63、高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口 64、斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口75、升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口76、集成功率驅(qū)動(dòng)接口7（四）步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)9三、步進(jìn)電機(jī)的速度控制9（一）工作原理9（二）硬件原理框圖9（三）硬件原理圖（見(jiàn)附錄一）10（四）硬件原理介紹

2、10四、軟件設(shè)計(jì)流程和描述12（一）主程序流程圖12（二）延時(shí)程序流程圖14（三）源程序代碼（見(jiàn)附錄二）14五、總結(jié)15附錄17參考文獻(xiàn)23致謝24步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)及控制* *班 姓名指導(dǎo)教師：*摘要：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(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)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)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和

3、加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。關(guān)鍵詞:電機(jī) 脈沖 頻率 脈沖頻率一、 引言步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械角位移或者線位移的控制電機(jī), 它能夠在不涉及復(fù)雜反饋環(huán)路的情況下實(shí)現(xiàn)良好的定位精度，并由于具有價(jià)格低廉、易于控制、無(wú)積累誤差等優(yōu)點(diǎn),在民用、工業(yè)用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控定位系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用,具有較高的實(shí)用價(jià)值。為了強(qiáng)調(diào)本論文的實(shí)用性及可行性，說(shuō)明了步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造、工作原理及驅(qū)動(dòng)；回顧了步進(jìn)電機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展及應(yīng)用的概況；分析了本論文所要重點(diǎn)研究的SPWM(正弦脈沖寬度調(diào)制)細(xì)分驅(qū)動(dòng)、及升降頻運(yùn)動(dòng)控制等關(guān)鍵技術(shù)；最后，介紹了本論文的研究?jī)?nèi)容以及其它章節(jié)的結(jié)構(gòu)安排。（一）論文的研究意義步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)

4、控制中的主要控制元件之一，具有快速啟停、精確步進(jìn)及直接接收數(shù)字量的特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)脈沖/角度轉(zhuǎn)換器，在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，脈沖分配器產(chǎn)生周期性的脈沖序列，步進(jìn)電機(jī)每接受到一個(gè)脈沖，就沿規(guī)定方向走一步。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我能夠更加熟悉應(yīng)用可編程外圍接口芯片8255A、可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253、ADC0809。同時(shí)更加了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理、控制方法及其應(yīng)用。（二）論文的主要內(nèi)容以8088CPU為核心，擴(kuò)展8255A及相應(yīng)的接口電路。產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需的脈沖系列，該脈沖系列經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后,直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)及方向控制，進(jìn)行功能擴(kuò)展后我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能：通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)外接電

5、路的旋鈕來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度的調(diào)節(jié)，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)S1控制步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)啟，一個(gè)開(kāi)關(guān)S2控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，剩下的兩個(gè)開(kāi)關(guān)S2,S3的前三種組合00，01，10控制三種不能調(diào)的預(yù)先設(shè)定好的三個(gè)速度，第四種組合11，通過(guò)8255A和ADC0809將由外接電路的旋鈕控制的一個(gè)連續(xù)可調(diào)電壓信號(hào)采樣有這個(gè)數(shù)值的大小來(lái)控制延時(shí)的長(zhǎng)短從而控制步進(jìn)電機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)就是：可設(shè)定三個(gè)固定常用的速度，和一個(gè)可無(wú)極調(diào)速的速度，操作簡(jiǎn)單可靠。（三）設(shè)計(jì)要求在本次設(shè)計(jì)中,要求獨(dú)立完成設(shè)計(jì)，畫出電路原理圖，說(shuō)明工作原理，畫出電路板圖，編寫程序及程序流程圖。1. 畫出系統(tǒng)原理圖，并分析工作原理

6、及過(guò)程。 2. 掌握步進(jìn)電機(jī)工作原理。 3. 編制產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需脈沖序列的秩序，給出流程圖。 4. 設(shè)計(jì)電路板圖。5. 獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)果。（四）設(shè)計(jì)目的通過(guò)該次學(xué)習(xí)可以使我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)一個(gè)全面的理解，它將起到讓我學(xué)到新的知識(shí)、加強(qiáng)綜合能力、提高系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平、啟發(fā)創(chuàng)新思想的作用。通過(guò)本次設(shè)計(jì)可以提高學(xué)生在電機(jī)與電氣控制方面的實(shí)際工作能力。使學(xué)生學(xué)習(xí)的理論知識(shí)能應(yīng)用到實(shí)際問(wèn)題中，在實(shí)踐中，鞏固和加深對(duì)理論的認(rèn)識(shí)。更重要學(xué)會(huì)面對(duì)一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，如何自己去搜集資料，如何自己去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，如何自己去制定解決問(wèn)題的方案并通過(guò)實(shí)踐不斷的分析解決道路上的一切問(wèn)題，如此不斷提高自身的能力。這也是本次設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到的

7、目的。掌握8088CPU的最小工作模式的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用各管腳的含義，地址的分配、選擇。熟練掌握8255A的初始化控制字的寫入及更改，巧妙應(yīng)用A口、B口、C口的功能，是它與實(shí)驗(yàn)板上的其它芯片更好的配合應(yīng)用。熟練掌握可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器8253的六種工作方式，各種方式控制字的寫入，各種工作方式的特點(diǎn)，并能夠熟練的加以應(yīng)用。熟練掌握應(yīng)用8255A與ADC0809的配合使用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理，用程序?qū)崿F(xiàn)脈沖分配器，并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行順序控制。更加熟悉應(yīng)用匯編語(yǔ)言中的語(yǔ)句及用法，子程序的調(diào)用，模塊化編寫程序，和學(xué)會(huì)使用有關(guān)軟件的應(yīng)用編程、編譯、調(diào)試、發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤、修改錯(cuò)誤總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并且還要應(yīng)

8、用匯編語(yǔ)言編寫實(shí)用程序，控制一個(gè)實(shí)際的對(duì)象。二、 步進(jìn)電機(jī)介紹（一） 種類目前常用的有三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：1、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，步距角??；但動(dòng)態(tài)性能差。2、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出力大，動(dòng)態(tài)性能好；但步距角大。3、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，它的步距角小，出力大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。它有時(shí)也稱作永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（二）工作原理圖2.1 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1定子 2轉(zhuǎn)子 3定子繞組圖2.1是最常見(jiàn)的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的剖面示意圖。電機(jī)的定

9、子上有六個(gè)均布的磁極，其夾角是60。各磁極上套有線圈，按圖1連成A、B、C三相繞組。轉(zhuǎn)子上均布40個(gè)小齒。所以每個(gè)齒的齒距為E=360/40=9，而定子每個(gè)磁極的極弧上也有5個(gè)小齒，且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬均相同。由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯(cuò)位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對(duì)齊，如圖1，那么B相和C相磁極的齒就會(huì)分別和轉(zhuǎn)子齒相錯(cuò)三分之一的齒距，即3。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。若給B相通電，B相繞組產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，其磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動(dòng)，直到B磁極上的齒

10、與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)3；此時(shí)A、C磁極下的齒又分別與轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)三分之一齒距。接著停止對(duì)B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛟俎D(zhuǎn)過(guò)3。依次類推，當(dāng)三相繞組按ABCA順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)按順時(shí)針?lè)较?，以每個(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。若改變通電順序，按ACBA順序循環(huán)通電，則轉(zhuǎn)子就按逆時(shí)針?lè)较蛞悦總€(gè)通電脈沖轉(zhuǎn)動(dòng)3的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)槊恳凰查g只有一相繞組通電，并且按三種通電狀態(tài)循環(huán)通電，故稱為單三拍運(yùn)行方式。單三拍運(yùn)行時(shí)的步矩角b為30。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有兩種通電方式，它們分別是雙三拍運(yùn)行，即按ABBCCAAB順序循環(huán)通電的方式，以及單、雙六拍運(yùn)行，即

11、按AABBBCCCAA順序循環(huán)通電的方式。六拍運(yùn)行時(shí)的步矩角將減小一半。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角可按下式計(jì)算：b=360/NEr (1)式中 Er轉(zhuǎn)子齒數(shù)； N運(yùn)行拍數(shù)，N=km，m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。（三）驅(qū)動(dòng)方法步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖2.2所示，它由脈沖發(fā)生控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、保護(hù)單元等組成。圖中點(diǎn)劃線所包圍的二個(gè)單元可以用微機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直接耦合，也可理解成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微機(jī)控制器的功率接口，這里予以簡(jiǎn)單介紹。圖2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器1、單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口實(shí)用電路如圖2.3所示。在電

12、機(jī)繞組回路中串有電阻Rs，使電機(jī)回路時(shí)間常數(shù)減小，高頻時(shí)電機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機(jī)的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡(jiǎn)單單電壓驅(qū)動(dòng)線路中，Rs是不可缺少的。Rs對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單步響應(yīng)的改善如圖2.3(b)。圖2.3 單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口及單步響應(yīng)曲線圖2.4 雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口2、雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口雙電壓驅(qū)動(dòng)的功率接口如圖2.4所示。雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本思路是在較低（低頻段）用較低的電壓UL驅(qū)動(dòng)，而在高速（高頻段）時(shí)用較高的電壓UH驅(qū)動(dòng)。這種功率接口需要兩個(gè)控制信號(hào)，Uh為高壓有效控制信號(hào)，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。圖中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh低電平，

13、TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對(duì)繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對(duì)繞組供電。這種電路可使電機(jī)在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時(shí)功耗減小。3、高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口圖2.5 高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口如圖2.5所示。高低壓驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，不論電機(jī)工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來(lái)提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過(guò)后，用低電壓UL來(lái)維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動(dòng)器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動(dòng)功率接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時(shí)刻跳變，如圖5所示。圖中，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間tl不能太大

14、，也不能太小，太大時(shí)，電機(jī)電流過(guò)載；太小時(shí)，動(dòng)態(tài)性能改善不明顯。一般可取13ms。（當(dāng)這個(gè)數(shù)值與電機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)相當(dāng)時(shí)比較合適）。4、斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口恒流驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)思想是，設(shè)法使導(dǎo)通相繞組的電流不論在鎖定、低頻、高頻工作時(shí)均保持固定數(shù)值。使電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是目前使用較多、效果較好的一種功率接口。圖6是斬波恒流功率接口原理圖。圖中R是一個(gè)用于電流采樣的小阻值電阻，稱為采樣電阻。當(dāng)電流不大時(shí)，VT1和VT2同時(shí)受控于走步脈沖，當(dāng)電流超過(guò)恒流給定的數(shù)值，VT2被封鎖，電源U被切除。由于電機(jī)繞組具有較大電感，此時(shí)靠二極管VD續(xù)流，維持繞組電流，電機(jī)靠消耗電感中的磁場(chǎng)能量產(chǎn)生出力。此時(shí)電

15、流將按指數(shù)曲線衰減，同樣電流采樣值將減小。當(dāng)電流小于恒流給定的數(shù)值，VT2導(dǎo)通，電源再次接通。如此反復(fù)，電機(jī)繞組電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波，如圖2.6所示。圖2.6 斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口也有兩個(gè)輸入控制信號(hào)，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號(hào)。這種功率接口的特點(diǎn)是：高頻響應(yīng)大大提高，接近恒轉(zhuǎn)矩輸出特性，共振現(xiàn)象消除，但線路較復(fù)雜。目前已有相應(yīng)的集成功率模塊可供采用。5、升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口為了進(jìn)一步提高驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高頻響應(yīng)，可采用升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口。這種接口對(duì)繞組提供的電壓與電機(jī)的運(yùn)行頻率成線性關(guān)系。它的主回路實(shí)際上是一個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，利用頻率-

16、電壓變換器，將驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率轉(zhuǎn)換成直流電平，并用此電平去控制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的輸入，這就構(gòu)成了具有頻率反饋的功率驅(qū)動(dòng)接口。6、集成功率驅(qū)動(dòng)接口目前已有多種用于小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的集成功率驅(qū)動(dòng)接口電路可供選用。L298芯片是一種H橋式驅(qū)動(dòng)器，它設(shè)計(jì)成接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。H橋可承受46V電壓，相電流高達(dá)2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的邏輯電路使用5V電源，功放級(jí)使用546V電壓，下橋發(fā)射極均單獨(dú)引出，以便接入電流取樣電阻。L298(等)采用15腳雙列直插小瓦數(shù)式封裝，工業(yè)品等級(jí)。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。H橋驅(qū)動(dòng)的主要特點(diǎn)是能夠?qū)﹄姍C(jī)繞組進(jìn)行正、反兩個(gè)方

17、向通電。L298特別適用于對(duì)二相或四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。圖2.7 L298原理框圖與L298類似的電路還有TER公司的3717，它是單H橋電路。SGS公司的SG3635則是單橋臂電路，IR公司的IR2130則是三相橋電路，Allegro公司則有A2916、A3953等小功率驅(qū)動(dòng)模塊。圖2.8是使用L297(環(huán)形分配器專用芯片)和L298構(gòu)成的具有恒流斬波功能的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。圖2.8 專用芯片構(gòu)成的步進(jìn)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（四）步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)； 2、電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）； 3、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)將一步的誤差積累到下

18、一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性； 4、優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)； 5、由于沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命； 6、電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本 7、僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。 8、由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。缺點(diǎn)1、如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振； 2、難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。三、 步進(jìn)電機(jī)的速度控制（一） 工作原理以8088CPU為核心，擴(kuò)展8255A及相應(yīng)的接口電路，產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需的脈沖系列。該脈沖系列經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路后，直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)及方向控

19、制，進(jìn)行功能擴(kuò)展后我設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能：通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)外接電路的旋鈕來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及速度的調(diào)節(jié)，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)S1控制步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)啟，一個(gè)開(kāi)關(guān)S2控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，剩下的兩個(gè)開(kāi)關(guān)S2,S3的前三種組合00，01，10控制三種不能調(diào)的預(yù)先設(shè)定好的三個(gè)速度，第四種組合11，通過(guò)8255A和ADC0809將由外接電路的旋鈕控制的一個(gè)連續(xù)可調(diào)電壓信號(hào)采樣有這個(gè)數(shù)值的大小來(lái)控制延時(shí)的長(zhǎng)短從而控制步進(jìn)電機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)就是：可設(shè)定三個(gè)固定常用的速度和一個(gè)可無(wú)極調(diào)速的速度，操作簡(jiǎn)單可靠。（二） 硬件原理框圖1 IN7ADC08098253 OUT2IN7 D0D780

20、88控制機(jī) A口PB0PB18255APB6PB7 PB2PB3PB4 PB5A 12VB A 驅(qū)動(dòng)器ULN2803 B C C D D 步進(jìn)電機(jī)54S33S421S2S11圖3.1系統(tǒng)的硬件原理框圖（三）硬件原理圖（見(jiàn)附錄一）（四）硬件原理介紹1、8086CPU構(gòu)成的最小模式系統(tǒng)圖3.2 8086最小系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)使用目的的不同，8086/8088系統(tǒng)可以有最小模式和最大模式兩種系統(tǒng)配置，兩種方式的選擇主要取決于硬件，當(dāng)CPU引腳MN/MX端接高電平+5V時(shí)，構(gòu)成最小系統(tǒng)。圖3.3 總線結(jié)構(gòu)示意圖在最小模式系統(tǒng)中，除了8086CPU，存儲(chǔ)器及I/O接口芯片外，還加入了一片8284A作為時(shí)

21、鐘發(fā)生器，三片8282/8283或74LS373作為地址鎖存器，二片8286/8287或74LS245作為雙向數(shù)據(jù)總線收發(fā)器。數(shù)據(jù)總線和地址總線分時(shí)復(fù)用。存儲(chǔ)器用來(lái)存放程序與數(shù)據(jù)，通過(guò)譯碼器74LS138選擇出所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)單元。如選中2723(1-1)，要求A19-A14、A13、A0=0,即地址范圍為(00000H-01FFEH)，能存放4K的數(shù)據(jù)。其余各存儲(chǔ)器的地址范圍依此類推。2、外設(shè)接口電路部分本部分設(shè)計(jì)使用了ADC0809采樣電路,8255A接口芯片,譯碼器74LS138等構(gòu)成.ADC0809的數(shù)據(jù)輸出端口接在8255A的A口上。同時(shí)ADC0809采樣的啟動(dòng)信號(hào)由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器825

22、3提供和時(shí)鐘頻率CLOCK由系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)鐘頻率OPCLK提供。B口是分時(shí)復(fù)用的,有時(shí)輸出,有時(shí)輸入.輸入是控制信號(hào),輸出的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中8253，8255A的地址見(jiàn)系統(tǒng)編碼表輸入/輸出接口編碼電路名稱信號(hào)線寄存器編址8253IOY20#計(jì)數(shù)器40H1#計(jì)數(shù)器41H2#計(jì)數(shù)器42H控制寄存器43H8255AIOY3A口60HB口61HC口62H控制寄存器63H3、驅(qū)動(dòng)電路及步進(jìn)電機(jī)部分驅(qū)動(dòng)電路相當(dāng)于一個(gè)功率放大電路,是輸入的信號(hào)變換后能驅(qū)動(dòng)負(fù)載.但要求負(fù)載不超過(guò)額定值.本次設(shè)計(jì)使用的是ULN2803驅(qū)動(dòng)芯片.其引腳標(biāo)注如下.勵(lì)磁順序如表所示節(jié)拍項(xiàng)數(shù)123456785+4-3-2-1-參照步進(jìn)

23、電機(jī)的節(jié)拍表,8255A的B口輸出電平步序的對(duì)應(yīng)表如下所示:步序PB3PB2PB1PB0對(duì)應(yīng)B口輸出值1000101H2001103H3001002H4011006H5010004H611000CH7100008H8100109H四、 軟件設(shè)計(jì)流程和描述（一） 主程序流程圖（二） 延時(shí)程序流程圖（三） 源程序代碼（見(jiàn)附錄二）總結(jié)本次課程設(shè)計(jì)，進(jìn)一步促進(jìn)了我對(duì)電力拖動(dòng)的熱愛(ài)，不僅如此它還進(jìn)一步加深了我對(duì)以前知識(shí)的認(rèn)識(shí)和提高，書上對(duì)步進(jìn)電機(jī)只是簡(jiǎn)單的介紹并沒(méi)有很多關(guān)于應(yīng)用的說(shuō)明，這次設(shè)計(jì)我對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)和控制有了更多的了解，為以后的學(xué)習(xí)生活帶來(lái)了方便。此次課程設(shè)計(jì)是激發(fā)我們見(jiàn)理論與實(shí)際相結(jié)合的手

24、段，增強(qiáng)了我們動(dòng)手和動(dòng)腦的能力，是對(duì)思維能力的深度提高。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了很多知識(shí)，不僅對(duì)電拖方面知識(shí)，也對(duì)電腦的操作知識(shí)也得到了提高，特別是對(duì)辦公軟件office的基本操作有了很大的提高。附錄二 源程序代碼;- ;定義堆棧段;- STACK SEGMENT STACK DW 256 DUP(?) STACK ENDS;- ;定義數(shù)據(jù)段;- DATA SEGMENT TABLE1 DB 01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H ;順時(shí)針旋轉(zhuǎn)脈沖列表 TABLE2 DB 09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H ;逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)脈沖列表 RD DB

25、03H ;用以記錄是順時(shí)針轉(zhuǎn)，還是逆時(shí)針轉(zhuǎn) SD DB 08H ;用于記錄所輸入的開(kāi)關(guān)的速度 DATA ENDS;- ;代碼段;- CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA, ES:DATA START: MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV ES,AX MOV SI,OFFSET RD ;用SI指向存儲(chǔ)上次是正反轉(zhuǎn)的存儲(chǔ)單元 MOV DI,OFFSET SD ;用DI指向存儲(chǔ)速度信息的存儲(chǔ)單元 MOV AL,0A4H ;初始化8253芯片，送控制字，使用2號(hào)計(jì)數(shù)器 OUT 43H,AL ;并工作在方式2下，只讀寫高位字節(jié) MOV AL,17H ;

26、8253的2號(hào)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)初值，計(jì)數(shù)1毫秒 OUT 42H,AL JMP CHECK ;逃到檢查開(kāi)關(guān)的狀態(tài)程序處執(zhí)行;- MAIN: MOV AL,90H ;初始化8255芯片，A口為基本的輸入方式，B OUT 63H,AL ;口為基本輸出方式 MOV AL,SI ;SI的數(shù)為0正轉(zhuǎn)，SI為1則反轉(zhuǎn) CMP AL,00H JNE B0;- ;步進(jìn)電機(jī)正傳;- MOV AL,DH ;DH用于記錄上次的轉(zhuǎn)向和現(xiàn)在這次是否同向 CMP AL,00H ;若DH為0，則同向BX則繼續(xù)加一，否則BX JE XA ;指向表頭1重新開(kāi)始 A1: MOV BX,OFFSET TABLE1 ;BX指向順時(shí)針轉(zhuǎn)脈沖列

27、表的表頭 MOV CX,0008H ;步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)為八 A2: MOV AL,BX OUT 61H,AL MOV AL,DI ;檢測(cè)DI的值來(lái)確定速度大小 CMP AL,01H ;調(diào)用延時(shí)程序控制步進(jìn)電機(jī)速度一（開(kāi)關(guān)控制） JE Y1 CMP AL,02H ;調(diào)用延時(shí)程序控制步進(jìn)電機(jī)速度二（開(kāi)關(guān)控制） JE Y2 CMP AL,03H ;調(diào)用延時(shí)程序控制步進(jìn)電機(jī)速度三（開(kāi)關(guān)控制） JE Y3 CMP AL,04H ;控制步進(jìn)電機(jī)速度（通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值控制 JE Y4 ; 延時(shí)大小，來(lái)控制速度）,速度調(diào)節(jié)范圍廣 XA: INC BX LOOP A2 JMP A1;- ;步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn);- B

28、0: MOV AL,DH ;DH用于記錄上次的轉(zhuǎn)向和現(xiàn)在這次是否同向 CMP AL,03H ;若DH為3，則同向BX則繼續(xù)加一，否則BX JE XB ;指向表頭2重新開(kāi)始 B1: MOV BX,OFFSET TABLE2 ;BX指向逆時(shí)針轉(zhuǎn)脈沖列表的表頭 MOV CX,0008H ;步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)為八 B2: MOV AL,BX OUT 61H,AL MOV AL,DI ;檢測(cè)DI的值來(lái)確定速度大小 CMP AL,01H ;調(diào)用延時(shí)程序控制步進(jìn)電機(jī)速度一（開(kāi)關(guān)控制） JE Y1 CMP AL,02H ;調(diào)用延時(shí)程序控制步進(jìn)電機(jī)速度二（開(kāi)關(guān)控制） JE Y2 CMP AL,03H ;調(diào)用延時(shí)程序

29、控制步進(jìn)電機(jī)速度三（開(kāi)關(guān)控制） JE Y3 CMP AL,04H ;控制步進(jìn)電機(jī)速度（通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值控制 JE Y4 ; 延時(shí)大小，來(lái)控制速度）,速度調(diào)節(jié)范圍廣 XB: INC BX LOOP B2 JMP B1;- ; 調(diào)用延時(shí)程序中轉(zhuǎn)過(guò)程;- Y1: CALL DALLY ;速度一 JMP CHECK Y2: CALL DALLY ;速度二 CALL DALLY JMP CHECK Y3: CALL DALLY ;速度三 CALL DALLY CALL DALLY JMP CHECK Y4: CALL DALLY1 ;通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值大小控制延時(shí)，速度四 JMP CHECK;-

30、;檢測(cè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)程序;- CHECK: MOV AL,92H ;初始化8255芯片，B口基本輸入，初始化A OUT 63H,AL ;口基本輸入 IN AL,61H ;讀入B口數(shù)據(jù)，即開(kāi)關(guān)狀態(tài) AND AL,0F0H ;屏蔽低四位 TEST AL,10H ;檢測(cè)PB4是否為1 JZ CHECK ;如果為1則開(kāi)啟電機(jī)否則等待 TEST AL,20H ;檢測(cè)PB5是否為1，為1則正轉(zhuǎn)，為0則反轉(zhuǎn) JZ B;- ;步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn);- A: PUSH AX MOV AL,SI ;檢測(cè)SI為0則上次為正轉(zhuǎn)，DH賦值為0 CMP AL,00H ;否則上次為反轉(zhuǎn)，DH賦值為1 JE X1 JMP X2 X1: M

31、OV DH,00H JMP AA X2: MOV DH,01H AA: MOV DL,00H ;正轉(zhuǎn)SI賦值為0 MOV SI,DL POP AX CMP AL,30H ;檢測(cè)到PB6是0,PB7為0則為速度一 JZ SUDU1 CMP AL,70H ;檢測(cè)到PB6是1,PB7為0則為速度二 JZ SUDU2 CMP AL,0B0H ;檢測(cè)到PB7是1，PB6是0則為速度三 JZ SUDU3 CMP AL,0F0H ;檢測(cè)到PB7是1，PB6是1則為速度四 JZ SUDU4;- ;步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn);- B: PUSH AX MOV AL,SI ;檢測(cè)SI為1則上次為反轉(zhuǎn)，DH賦值為3 CMP AL

32、,01H ;否則上次為正轉(zhuǎn)，DH賦值為4 JE X3 JMP X4 X3: MOV DH,03H JMP BB X4: MOV DH,04H BB: MOV DL,01H ;反轉(zhuǎn)SI的賦值為1 MOV SI,DL POP AX CMP AL,10H ;檢測(cè)到PB6是0，PB7為0則為速度一 JZ SUDU1 CMP AL,50H ;檢測(cè)到PB6是1，PB7為1則為速度二 JZ SUDU2 CMP AL,90H ;檢測(cè)到PB7是1，PB6是0則為速度三 JZ SUDU3 CMP AL,0D0H ;檢測(cè)到PB7是1，PB6是1則為速度四 JZ SUDU4;- SUDU1: MOV DL,01H ;

33、 速度為一時(shí)，DI賦值為1 MOV DI,DL JMP MAIN SUDU2: MOV DL,02H ;速度為二時(shí)，DI賦值為2 MOV DI,DL JMP MAIN SUDU3: MOV DL,03H ;速度為三時(shí)，DI賦值為3 MOV DI,DL JMP MAIN SUDU4: MOV DL,04H ;速度由A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)值控制延時(shí)大小 MOV DI,DL ; 來(lái)控制速度時(shí)DI賦值為4 JMP MAIN;- DALLY: PUSH CX ;延時(shí)環(huán)節(jié) MOV CX,1000H T1: PUSH AX POP AX LOOP T1 POP CX RET;-;通過(guò)8255A口讀入0809采樣數(shù)值

34、大小來(lái)控制延時(shí)大小的延時(shí)程序;- DALLY1 PROC NEAR ;延時(shí)環(huán)節(jié) PUSH CX PUSH BX IN AL,60H ;讀A口的經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù) MOV AH,00H MOV BX,AX PUSH AX ;顯示空格 MOV AX,0120H INT 10H POP AX CALL XIANSHI ;調(diào)顯示子程序（將采樣值送至液晶顯示） MOV AX,BX MOV CL,6 ;將輸入的AD值左移6位，是延長(zhǎng)時(shí)間明顯增 SHL AX,CL ;長(zhǎng)。擴(kuò)大轉(zhuǎn)速范圍 MOV CX,AX T2: LOOP T2 POP BX POP CX RET DALLY1 ENDP;- XIANS

35、HI PROC NEAR MOV CL,04H ;先將采樣值轉(zhuǎn)換成ASCII碼，再送至液晶顯示 MOV DL,AL SHR AL,CL CMP AL,09H JBE DIS1 ;顯示高位小于9跳到DIS1，大于再加7后到DIS1 ADD AL,07H DIS1: ADD AL,30H MOV AH,01H ;顯示采樣信號(hào)高位數(shù)值大小 INT 10H AND DL,0FH CMP DL,09H ;顯示低位小于9跳到DIS2，大于再加7后到DIS2 JBE DIS2 ADD DL,07H DIS2: ADD DL,30H MOV AL,DL MOV AH,01H ;顯示采樣信號(hào)低位數(shù)值大小 INT

36、 10H RET XIANSHI ENDP;- CODE ENDS END START ;匯編結(jié)束參考文獻(xiàn):1 陳學(xué)、武俠云.計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書M.中南大學(xué)教材科.20082 李志民. 微機(jī)原理與匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書M.中南大學(xué)教材科.20063 潘名蓮、馬爭(zhēng)、丁慶生.微計(jì)算機(jī)原理M.第二版.電子工業(yè)出版社.20054 吳秀清、周何琴.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)M.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社.20045 于永、戴佳、常江.51單片機(jī)C語(yǔ)言常用模塊與綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例精講M.電子工業(yè)出版社.20076 李朝青. 單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京:航空航天大學(xué)出版社.20067 陳勇、陳亞愛(ài).電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)M.北京:電子工業(yè)出版社.20078 鄭郁正. 單片機(jī)原理及應(yīng)用M.四川大學(xué)出版社9 張靖武. 周靈彬.單片機(jī)系統(tǒng)的PROTEUS技術(shù)與仿真M.北京:電子工業(yè)出版社.200710 康華光. 模擬電子技術(shù)M.北京:高等教育出版社.2002致謝: 首先向我的導(dǎo)師某某老師致以最誠(chéng)摯的謝意!導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，品德高尚，平易近人，在我學(xué)習(xí)期間不僅傳授了做學(xué)問(wèn)的方法，還教給了我做人的準(zhǔn)則。這些都將使我終生受益。無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段，還是在課題的研究與設(shè)計(jì)，論文的選題、資料查詢和撰寫的每一個(gè)環(huán)節(jié)，無(wú)不得到導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)和幫助。在論文