單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、第1章 引言1.1 步進(jìn)電機(jī)控制的現(xiàn)狀步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電設(shè)備中廣泛使用的一種電機(jī)，以控制、驅(qū)動裝置構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、工業(yè)過程控制及儀器儀表等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。過去由純電路設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動電路，往往電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用元器件多而成本高且通用性差。如果采用微型計算技術(shù)，以及軟件編程的方法，將會避免復(fù)雜電路的設(shè)計，降低元器件的成本，使步進(jìn)電機(jī)控制更具有通用性和靈活性。這次設(shè)計是基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)，是以單片機(jī)作為步進(jìn)電動機(jī)的下位控制、微機(jī)作為上位控制的一套系統(tǒng)，同時采用MAX232通訊模塊將上位機(jī)和下位機(jī)兩個部分連接，用以傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對步進(jìn)

2、電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)角的有效控制。系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)，電路簡單可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，整個系統(tǒng)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器。對于不同型號的步進(jìn)電機(jī)的控制，不需改變硬件電路，通過修改軟件，即能實現(xiàn)多種控制，靈活方便，通用性強(qiáng)，成本低，具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域1。1.2 步進(jìn)電機(jī)的特點步進(jìn)電動機(jī)區(qū)別于其他用途電動機(jī)的最大特點是，它接收數(shù)字控制信號（電脈沖信號），并轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)的角位移或直線位移。它本身就是一個完成數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流伺服系統(tǒng)相比，其成本明顯降低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整，因此，

3、隨著運動控制系統(tǒng)數(shù)字化到來，步進(jìn)電動機(jī)的應(yīng)用日益廣泛。例如，在計算機(jī)外圍設(shè)備（如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動器、數(shù)字繪圖儀、紙帶穿孔機(jī)）、現(xiàn)代辦公室設(shè)備（如復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)）、各種自動機(jī)、儀器設(shè)備、材料輸送機(jī)、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等中獲得大量應(yīng)用。與之相適應(yīng)，各國半導(dǎo)體廠商開發(fā)生產(chǎn)了大量適用與步進(jìn)電動機(jī)控制的專用集成電路。1.3 本設(shè)計需要解決的問題本設(shè)計主要解決如下三個問題：1、設(shè)計通過硬件實現(xiàn)脈沖分配，用脈沖分配器芯片實現(xiàn)單片機(jī)定時器控制脈沖的產(chǎn)生。2、控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向的時候，單片機(jī)需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號。3、為了提高電機(jī)在啟動時的響應(yīng)速度，通過高低壓驅(qū)動電路,解決了電機(jī)

4、繞組電感作用較強(qiáng)產(chǎn)生的脈沖范圍內(nèi)平均電流太小的問題。1.4 本設(shè)計的優(yōu)越性以往的步進(jìn)電動機(jī)控制中，沒有或極少對相繞組的阻尼問題加以解決，而直接利用單片機(jī)實現(xiàn)軟件脈沖分配。在本設(shè)計中，通過方案論證、比較，從可行性，實用性等方面加以考慮，使控制方案更加完善。以微機(jī)作上位控制、單片機(jī)作下位控制的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，可靠性和靈活性高，成本低，能較好地完成多種實時控制任務(wù)，具有較好的推廣和應(yīng)用前景。第2章 步進(jìn)電機(jī)控制原理2.1 步進(jìn)電機(jī)概述步進(jìn)電機(jī)可以對旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動速度進(jìn)行高精度控制。步進(jìn)電機(jī)作為控制執(zhí)行元件， 是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機(jī)械等領(lǐng)域。隨著電子

5、和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用2。步進(jìn)電機(jī)和普通電動機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號的控制。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其他控制電機(jī)的最大特點是，它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（簡稱VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（簡稱PM）和混合式步進(jìn)電機(jī)（簡稱HB）。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)階段，反應(yīng)式步進(jìn)

6、電機(jī)獲得最多的應(yīng)用。2.2 步進(jìn)電機(jī)基本原理 步進(jìn)電機(jī)兩相鄰磁極間的夾角60。線圈繞過相對的2個磁極，構(gòu)成一相(A-A，B-B，C-C)。磁極上有5個均勻分布的矩形小齒，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，而有40個小齒均勻分布在其圓周上，且相鄰2個齒之間的夾角為9。當(dāng)某組繞組通電時，相應(yīng)的2個磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子沒有對齊，則在磁場的作用下轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，從而使步進(jìn)電機(jī)向前“走”一步。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)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(jìn)電機(jī)的三拍工

7、作方式，其各相通電順序為A-B-C-A，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A-B-C-A相的通斷。2 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序通電換相，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果按反序通電換相，則電機(jī)反轉(zhuǎn)。3 控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速3。2.3 步進(jìn)電機(jī)控制方式如果通過單片機(jī)按順序給繞組施加有序的脈沖電流，就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)數(shù)字角度的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)動的角度大小與施加的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)動的速度與脈沖頻率成正比，而轉(zhuǎn)動方向則與脈沖的順序有關(guān)。以

8、三相步進(jìn)電機(jī)為例，電流脈沖的施加共有3種方式。單相三拍方式(按單相繞組施加電流脈沖):ABC正轉(zhuǎn);ACB 反轉(zhuǎn)。雙相三拍方式(按雙相繞組施加電流脈沖):ABBCCA正轉(zhuǎn);ACCBAB反轉(zhuǎn)。三相六拍方式(單相繞組和雙相繞組交替施加電流脈沖):AABBBCCCA正轉(zhuǎn);AACCCBBBA反轉(zhuǎn)。單相三拍方式的每一拍步進(jìn)角為3，三相六拍的步進(jìn)角則為1.5，因此，在三相六拍下，步進(jìn)電機(jī)的運行反轉(zhuǎn)平穩(wěn)柔和，但在同樣的運行角度與速度下，三相六拍驅(qū)動脈沖的頻率需提高1倍，對驅(qū)動開關(guān)管的開關(guān)特性要求更加高。2.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動方法步進(jìn)電機(jī)常用的驅(qū)動方式是全電壓驅(qū)動，即在電機(jī)移步與鎖步時都加載額定電壓。為了防止電機(jī)

9、過流及改善驅(qū)動特性，需加限流電阻，由于步進(jìn)電機(jī)鎖步時，限流電阻要消耗掉大量的功率，故限流電阻要有較大的功率容量，并且開關(guān)管也要有較高的負(fù)載能力。所以在此次設(shè)計中采用高低壓驅(qū)動，這是另一種步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動方式，即在電機(jī)移步時，加額定或超過額定值的電壓，以便在較大的電流驅(qū)動下，使電機(jī)快速移步；而在鎖步時，則加低于額定值的電壓，只讓電機(jī)繞組流過鎖步所需的電流值。這樣，既可以減少限流電阻的功率消耗，又可以提高電機(jī)的運行速度，但這種驅(qū)動方式的電路要復(fù)雜一些。驅(qū)動脈沖的分配可以使用硬件方法，即用脈沖分配器實現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)控制(包括控制脈沖的產(chǎn)生和分配)也可以使用軟件方法，即用單片機(jī)以軟件方式驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的實現(xiàn)

10、方法。第3章 控制方案論證本設(shè)計的重點在于對步進(jìn)電動機(jī)的控制和驅(qū)動，設(shè)計中被控制的電機(jī)為57BYG069型號的三相步進(jìn)電機(jī)。3.1 系統(tǒng)控制方案方案一：使用PMM8713脈沖分配器參與控制電機(jī)。其原理如圖3-1所示。PMM8713 單 片 機(jī) 步進(jìn)電動機(jī) 高低驅(qū)動電路 圖3-1方案一原理示意圖 PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PMM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時都可選擇三種勵磁方式（1相勵磁，2相勵磁，1-2相勵磁三種勵磁方式之一），每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級功率放大器的要求，而且在所有

11、輸入端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)。在PMM8713的內(nèi)部電路中，時鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法的連線方式，其中CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入法時CK為時鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U/D的高、低電位決定。片中的激勵方式控制電路用來選擇采用何種勵磁方式。激勵方式判斷電路用于輸出檢測；而可逆環(huán)形計數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵磁方式下的各相通斷時序信號4。PMM8713的芯片結(jié)構(gòu)和封裝原理如圖3-2所示。 Vdd PMM8713CoCu時鐘選通Em激

12、 勵 判 斷Cp1234可逆環(huán)型計數(shù)Ck2U/DEa激勵方式控制RCEss圖3-2 PMM8713的芯片結(jié)構(gòu)和封裝原理通過PMM8713脈沖分配器把控制信號自動的分配到電機(jī)的各相，既可以接三相、四相電機(jī)，又提高了CPU的利用率，使CPU有時間去從事其他工作。使用不同的放大電路和不同參數(shù)的器件，可以達(dá)到不同的放大要求，放大后能夠得到較大的功率。方案二：使用L298N芯片控制電機(jī)。其原理如圖3-3所示。單片機(jī)L298N步進(jìn)電動機(jī)圖3-3 方案二原理示意圖L298N芯片可以驅(qū)動兩個二相電機(jī)，也可以驅(qū)動一個四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓，但在電機(jī)已選定的情況下，輸出方

13、式不能靈活地改變，且單片機(jī)要不停地發(fā)送脈沖，CPU利用率不高。通過對兩種控制方案的比較與論證，方案一充分發(fā)揮了硬件的功能，在控制的時候更加直接，反應(yīng)更加迅速，能提高步進(jìn)電機(jī)啟動時的響應(yīng)速度，穩(wěn)定地驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，最后得出結(jié)論在設(shè)計中選用方案一。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計綜合以上選取的方案，總的系統(tǒng)原理示意圖如圖4-1所示。單 片 機(jī) PMM8713 2SD1414 4位鍵盤 保護(hù)電路 步進(jìn)電動機(jī) 發(fā)光二極管 PC機(jī)MAX232圖4-1 系統(tǒng)原理示意圖本文設(shè)計所采用方案原理分析如下（電路原理圖見附錄2）：由鍵盤輸入需要的電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速以及方式控制值，按下確定鍵后，輸入的速度值經(jīng)程序轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)作為單

14、片機(jī)中定時器T1的初值并從二極管中顯示出來，啟動單片機(jī)內(nèi)部定時器T1當(dāng)定時器產(chǎn)生溢出時，向CPU申請中斷，CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序，變換P1.0的電平。循環(huán)地變換P1.0的電平，單片機(jī)就可以發(fā)出所需頻率的方波控制信號。方波信號頻率決定了電機(jī)轉(zhuǎn)速，方波信號由脈沖分配器的3引腳輸入。電機(jī)轉(zhuǎn)向由單片機(jī)的P1.1輸出進(jìn)行控制，信號送入脈沖分配器，控制脈沖分配器輸出正或反相序的脈沖信號，相序的方向決定電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實現(xiàn)了電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制。步進(jìn)電機(jī)各相繞組通電方式控制由單片機(jī)的P1.2、 P1.3、 P1.4輸出，信號分別由脈沖分配器的引腳5（EA）、引腳6（EB）、引腳7（c）輸入，其中引腳5和引腳6的輸入

15、決定了電機(jī)的節(jié)拍方式，引腳7的輸入決定了脈沖的三相或四相輸出。從脈沖分配器的輸出控制系統(tǒng)的驅(qū)動電路。此處，以電機(jī)繞組的其中一相為例說明驅(qū)動部分電路原理，當(dāng)Q1輸出高電平時，高電壓電路的晶體管T9、T2和T1導(dǎo)通（2SD1414中有D1、D2、D3和D4四個晶體管）， Uv(24V)電壓就加到繞組L1上。同時，Uv和Ucc同時加到二極管D9的兩側(cè)，低壓側(cè)Ucc (8V)被迫截止。由此，繞組L1中就會有較大的電流，電流迅速上升，克服了繞組的阻尼作用。當(dāng)電流值上升到驅(qū)動的額定電流值，NE555輸出的短時間脈沖變?yōu)榈碗娖?，高壓?qū)動電路中T2和T1就截止，此時，二極管D9導(dǎo)通，低壓驅(qū)動電路工作，電機(jī)工作

16、在額定電壓下。在Q1信號消失前步進(jìn)電機(jī)就完成了一個步距角，再來一個信號步進(jìn)電機(jī)又前進(jìn)一個步距角，這樣重復(fù)以上動作，使電機(jī)不停的運轉(zhuǎn)起來，通過控制繞組的通電頻率就可以控制電機(jī)的速度，獲得良好的運行特性。高低壓所需要的窄脈沖由NE555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路提供，而NE555的觸發(fā)脈沖由PMM8713的15 腳提供5。功率晶體管采用達(dá)林頓管2SD1414。電路原理圖見附錄2。4.1脈沖分配電路PMM8713眾所周知，在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，主要由步進(jìn)電機(jī)、控制器、驅(qū)動對象三個部分組成。早期的步進(jìn)電機(jī)控制器采用分立元件，硬件電路復(fù)雜、可靠性差、體積大、價格昂貴，對于不同產(chǎn)品其參數(shù)需要重新設(shè)計，在推廣

17、應(yīng)用中受到很大的限制。單板機(jī)問世以后，呈現(xiàn)出步進(jìn)電機(jī)控制器被單板機(jī)取代的趨勢，但單板機(jī)的抗干擾性差，而難以在工業(yè)現(xiàn)場中運行，所以這種取代又遇到了新的困難。近年來，MCS296 系列單片機(jī)的誕生，尤其是8098單片機(jī)及其開發(fā)系統(tǒng)的出現(xiàn)為步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)提供了比較理想的機(jī)種，但是這種控制系統(tǒng)開發(fā)周期相對較長，且需要費用仍然太高。為了克服這些不足，本設(shè)計應(yīng)用到了PMM8713，它工作時不占用CPU 的時間，系統(tǒng)反應(yīng)快。由于具有這些優(yōu)點，使得本系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于自動機(jī)床、機(jī)器人控制技術(shù)以及需要精確定位的裝置等領(lǐng)域。而且組成本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器所選用的電子元件均為一般電子元件，性價比高6。4.1.1

18、脈沖分配器的基本原理驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)時，需要由單相脈沖電壓得到多相步進(jìn)電壓，為此，采用脈沖分配電路。圖4-2是晶體管脈沖分配電路，電路中，VT1、VT3、VT5的發(fā)射極電阻R1的阻值應(yīng)確保一個晶體管導(dǎo)通，其余兩個晶體管截止；同時，VT2、VT4、VT6的發(fā)射極電阻R2的阻值應(yīng)確保兩個晶體管導(dǎo)通，另一個晶體管截止，因此，若VT3導(dǎo)通時，VT1、VT5截止，VT2、VT6導(dǎo)通時，VT4截止等。在上述狀態(tài)下，若輸入脈沖信號，則通過二極管VD1、VD2、VD3強(qiáng)迫VT1、VT3、VT5全部截止，因此，原來截止的VT1、VT5不變，改變的僅是原來導(dǎo)通的VT3現(xiàn)變?yōu)榻刂?。若VT3變?yōu)榻刂梗瑒tVT4導(dǎo)通。因此

19、，通過C2使VT6截止，VT5導(dǎo)通，同時C3使VT2導(dǎo)通，但這時，VT4同時導(dǎo)通，不變化的循環(huán)狀態(tài)到此停止。這樣，輸入一個脈沖信號，導(dǎo)通狀態(tài)由VT3轉(zhuǎn)移到VT5。若再輸入一個脈沖信號，導(dǎo)通狀態(tài)由VT5轉(zhuǎn)移圖4-2 晶體管脈沖分配電路到VT1。也就是說，正步進(jìn)電壓由U2轉(zhuǎn)移到U3，再由U3轉(zhuǎn)移到U1。這就成為產(chǎn)生一個相勵旋轉(zhuǎn)磁場的三相電源。 4.1.2 PMM8713引腳功能說明PMM8713是由日本Sanyo（三洋）電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)控制用的脈沖分配器（又稱邏輯轉(zhuǎn)換器），為雙列直插式16腳單片CMOS集成芯片，其管腳圖如圖4-3。圖4-3 PMM8713外部封裝圖PMM8713既可以用于3

20、相控制，又可以用于4相控制。勵磁有1相、2相和1-2相三種方式，通過電路設(shè)計可任選其中一種激勵方式。此外，PMM8713還具有單時鐘或雙時鐘工作方式，帶有正反轉(zhuǎn)控制功能以及初始化復(fù)位功能。其內(nèi)部有1、時鐘選通，2、激勵方式控制，3、可逆環(huán)形計數(shù)， 4、激勵方式判斷等電路。PMM8713所有輸入端均采用施密特整形電路，因此抗干擾能力強(qiáng)。輸出電流大于20mA，可直接驅(qū)動微型步進(jìn)電機(jī)。各引腳功能說明：CU（PIN1）、CD（PIN2）是雙時鐘工作的時鐘輸入端。CU端接正轉(zhuǎn)時鐘；CD端接反轉(zhuǎn)時鐘。CK（PIN3）為單時鐘輸入端，此時步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)由U/D（PIN4）腳來控制。在電路處于單時鐘輸入控制

21、的前提下，當(dāng)U/D=高電平時，則輸出端輸出正轉(zhuǎn)脈沖序列；當(dāng)U/D=低電平時，則輸出端輸出反轉(zhuǎn)脈沖序列。EA（PIN5）和EB（PIN6）為激勵方式選擇端。EAEB00時，為雙激勵方式；EAEB11時，為1-2相激勵方式；EAEB01或10(即兩電平相反)時，為單激勵方式。3/4（PIN7）為三相或四相選擇控制端。當(dāng)該腳=0時，為三相輸出；當(dāng)該腳=1時，為四相輸出，通過該腳可以選擇控制三相或四相步進(jìn)電機(jī)。（PIN1310）為4個相驅(qū)動端。3相用（=0），4相用端。EM（PIN14）是激勵方式狀態(tài)標(biāo)志。雙激勵方式該端輸出為高電平；單激勵方式該端輸出為低電平；1-2相激勵時，該端輸出兩倍時鐘周期的脈

22、沖。CO（PIN15）為輸入時鐘檢測端。當(dāng)該電路有時鐘脈沖輸入時，在CO端可輸出時鐘的同步脈沖。R（PIN9）為復(fù)位控制端，加低電平使輸出端復(fù)位為表1所示的初始狀態(tài)。（其中0表示低電平，1表示高電平）。3相輸出時11到13為輸出引腳，4相輸出時10到14為輸出引腳7。表4-1 PMM8713各引腳功能說明 引腳號符號功能說明12345678910111213141516CUCDCKU/DEAEBCVSSR1234EMCO輸入脈沖，正轉(zhuǎn)CW時鐘輸入脈沖，反轉(zhuǎn)CW時鐘輸入脈沖，(單時鐘方式用)方向轉(zhuǎn)換，0反轉(zhuǎn)，1正轉(zhuǎn)激勵方式控制，EAEB:1112相，002相01，101相3/4相選擇，0-3相，

23、14相地復(fù)位端，低電平有效輸出輸出 輸出 輸出激勵監(jiān)視:01相，12相，脈沖表示12相激勵輸出與時鐘同步脈沖正電源，+4+18V4.2 通信模塊MAX232電路設(shè)計 4.2.1 MAX232介紹 1MAX232產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。其供電電壓5v，耗電5mA，外接4個1uF電容，這是一種雙組驅(qū)動器/接收器，片內(nèi)含有一個電容性電壓發(fā)生器以便在單5V電源供電時提供EIA/TIA-232-E電平。每個接收器將EIA/TIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS電平。這些接收器具有1.3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收30V的輸入。每

24、個驅(qū)動器將TTL/CMOS輸入電平轉(zhuǎn)換為EIA/TIA-232-E電平。所有的驅(qū)動器、接收器及電壓發(fā)生器都可以在德州儀器公司的LinASICTM元件庫中得到標(biāo)準(zhǔn)單元。MAX232的工作溫度范圍為0至70，MAX232I的工作溫度范圍為-40至85。如果通信距離很短用兩個非門即可。具體方法是將非門串接在單片機(jī)與PC之間的RX和TX端。2MAX232有如下一些主要特點：1. 單5V電源工作。2. LinBiCMOS 工藝技術(shù)。3. 兩個驅(qū)動器及兩個接收器。4. 30V輸入電平。5. 低電源電流：典型值是8mA。6. 符合甚至優(yōu)于ANSI標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28。7.

25、ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V。3MAX232的工作特性：1. 工作溫度（自然通風(fēng)）范圍內(nèi)的極限參數(shù)（除非另有說明）。2. 輸入電源電壓范圍，Vcc-0.3V至6V。3. 正輸出電源電壓范圍，VS+ Vcc-0.3V至15V。4. 負(fù)輸出電源電壓范圍，VS 0.3V至-15V。5. 輸入電壓范圍，VI：驅(qū)動器0.3VVcc+0.3V接收器30V。6. 輸出電壓范圍，VO：T1 OUT，T2 OUT VS0.3V至VS+0.3V，7. R1 OUT，R2 OUT -0.3V至Vcc+0.3V。8. 短路持續(xù)時間：T1OUT，T2OUT未限制。9. 工作溫度（

26、自然通風(fēng)）范圍，TA：MAX232：070。 10. MAX232I：-4085。11. 存儲溫度范圍，Tstg： -65150。12. 引線溫度，離外殼1.6mm(1/16英寸)，10秒260。強(qiáng)度超出所列的極限參數(shù)可能導(dǎo)致器件的永久性損壞。這些僅僅是極限參數(shù)，并不意味著在極限參數(shù)條件下,或在任何其它超出推薦工作條件所示參數(shù)的情況下器件能有效地工作,延長在極限參數(shù)條件下的工作時間會影響器件的可靠性8。4.2.2 MAX232原理圖設(shè)計將數(shù)據(jù)采集后，需要及時的上傳到上位機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，所以我們設(shè)計了RS-232接口。通過按鍵存儲采集到的數(shù)據(jù)，之后就可以連接到上位機(jī)，將數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)的數(shù)據(jù)窗

27、口中。MAX232通過并口總線和上位機(jī)，也就是PC機(jī)相連接，通過11腳接單片機(jī)（89C51）的TXD，12腳接單片機(jī)的RXD端口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸和交換，在本設(shè)計中MAX232的電路連接原理圖如圖4-4所示： 圖4-4 MAX232原理圖4.3反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)4.3.1 步進(jìn)電機(jī)基本結(jié)構(gòu)圖4-5 三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)定子相數(shù)m=26，定子極數(shù)為2m，圖4-5為一個三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的示意圖，定子上6個磁極，每個磁極上都套有控制繞組，相對兩磁極的繞組為同一相，轉(zhuǎn)子上有4個齒，齒寬與定子極靴寬度相等，定、轉(zhuǎn)子鐵心均為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片沖制疊壓而成。步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和分類方法較多

28、。按勵磁方式分類，可將步進(jìn)電動機(jī)分為永磁式（PM）、反應(yīng)式（VB）和混合式（HB）三類。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用較多。下面以一種簡單的四相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例，簡單說明其工作原理。反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)每一步轉(zhuǎn)過的角度為30或15，步距角較大，如在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用根本不能滿足加工精度的要求。因此，實際應(yīng)用的步進(jìn)電動機(jī)是小步距角電動機(jī)9。四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)與三相電機(jī)類似，此處為了方便說明步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)，以三相步進(jìn)為例進(jìn)行說明，參見圖4-5。四相反應(yīng)式電機(jī)的定子鐵心由硅鋼片疊成，定子上有8均勻分布的磁極，每個磁極上又有若干小齒（本例有5個），各磁極上套有線圈，徑向相對的兩個磁極上的線圈構(gòu)成一相。

29、轉(zhuǎn)子也是由硅鋼疊成的，若干小齒（本例為50在圓周上均勻分布）。根據(jù)工作要求，定子小齒的齒距必須對于轉(zhuǎn)子小齒的齒距，且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定限制。定義每個小齒所占有的角度為齒距角： (41)式中 齒距角。 轉(zhuǎn)子小齒數(shù)。定子一個極距所對的轉(zhuǎn)子小齒數(shù)為： (42)式中 m相數(shù)。設(shè)電機(jī)為四相四拍通電方式。當(dāng)A相控制繞組通電時，產(chǎn)生了沿A-A極軸線方向的磁通，由于磁通力圖通過磁阻最小路徑，使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用而轉(zhuǎn)動，直到轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A-A上的齒軸線對齊為止。因為轉(zhuǎn)子共有50個齒，每個齒距角，定子一個極距所對的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為，不是整數(shù)，因此當(dāng)A-A極下的定、轉(zhuǎn)子齒軸線對齊時，相鄰兩對磁極B-B和D-D極

30、下的齒和轉(zhuǎn)子齒必然錯開1/4齒距角，即。如果斷開A相而接通B相，產(chǎn)生沿B-B極軸線方向的磁通，同樣在反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子按順時針方向轉(zhuǎn)過1.8。依此類推，控制繞組按A-B-C-D-A的順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子就按順時針方向一步一步連續(xù)地轉(zhuǎn)動起來。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/4齒距角。顯然，如果要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只要改變通電順序，即按A-D-C-B-A的順序循環(huán)通電時，則轉(zhuǎn)子便按逆時針方向一步一步地轉(zhuǎn)動起來，步距角同樣為1/4齒距角，即。如果運行方式改為四相八拍，通電方式為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A，即單相通電和兩相通電相間隔，步距角為四相四拍運行時的一半，即。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)運行方式

31、為四相雙四拍，即AB-BC-CD-D-DA-AB方式通電時，步距角與四相單四拍運行時一樣，為1/4齒距角，即。由此可見，步進(jìn)電動機(jī)的步距角由轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子相數(shù)和通電方式所決定，即： (43) 式中C-狀態(tài)系數(shù)，用單雙通電方式C=2，用單或雙通電方式時C=1,N-拍數(shù)。既然每個控制脈沖使步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)過一個，電機(jī)的實際角位移應(yīng)為： (44)式中 N-控制脈沖的個數(shù)。若步進(jìn)電動機(jī)所加的通電脈沖頻率為f，則其轉(zhuǎn)速為： (r/min) (45)步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)可以是兩相、三相、四相、五相、六相或更多相數(shù)。相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，則步距角越小，精度越高。但供電電源和電機(jī)結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，會增加成本。所以一般最多制

32、成六相，大于六相的步進(jìn)電動機(jī)極為少見10。圖4-6是四相步進(jìn)電動機(jī)的一、二相8拍通電順序。輸入脈沖A相B相C相D相A-相B-相C-相D-相圖4-6 一、二相8拍通電順序圖4-2 三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖4.4 功率驅(qū)動電路功率放大電路的種類很多。按照電流流過繞組的方向是單向的還是雙向的，可以把功率放大電路分為雙極性驅(qū)動電路和單極性驅(qū)動電路兩類。單極性驅(qū)動電路適用于反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，而雙極性驅(qū)動電路適用于永磁式和混合式步進(jìn)電動機(jī)。本設(shè)計中選用單極性驅(qū)動電路的高低壓驅(qū)動。由于電感的存在，繞組的通電和斷電不能瞬時完成。由于電流上升緩慢會導(dǎo)致電機(jī)的啟動時的響應(yīng)速度不高，采用高低驅(qū)動電路則可以解決這個問題

33、。4.4.1 高低壓驅(qū)動電路基本原理1、高低壓驅(qū)動電路。高低壓驅(qū)動的基本思路是不論電動機(jī)工作的頻率如何，在繞組通電的開始由高壓供電，使繞組中電流迅速上升，而后用低壓來維持繞組中的電流。高低壓驅(qū)動電路的原理如圖4-7所示。當(dāng)要求某相繞組通電時，開關(guān)管VT1和VT2的基極都有信號電壓輸入。高壓控制脈沖UH與低壓控制脈沖UL同時起步，但高壓控制脈沖寬度要窄得多。兩個控制脈沖使開關(guān)管VT1和VT2同時導(dǎo)通，于是高電壓UH為電動機(jī)繞組供電。這時，二極管VD2承受反向電壓處于截止?fàn)顟B(tài)，使得低電壓UL不對繞組起作用。在高電壓作用下，繞組中電流I快速上升，電流波形的前沿很陡。當(dāng)脈沖UH降為低電平時，VT1圖4

34、-7 高低壓驅(qū)動原理圖截止，高電壓被切斷，低電壓UL通過二極管VD2為繞組繼續(xù)供電。由于繞組電阻小，回路中又沒串聯(lián)電阻，所以低電壓只需要數(shù)伏即可為繞組提供較大電流。當(dāng)要求繞組斷電時，VT2基極上的信號電壓消失，于是VT2截止，繞組中的電流經(jīng)二極管VD1和二極管VD2放電，電流迅速下降。采用高低壓切換型驅(qū)動電路，電機(jī)繞組上不需要串聯(lián)電阻，所以電源功耗比較小。高低壓驅(qū)動電路可以使相繞組的電流迅速上升并達(dá)到額定值，在關(guān)斷時電流又能迅速泄放，因此改善了電機(jī)啟動時的響應(yīng)速度。由于這種驅(qū)動電路在低頻時繞組通電周期長，繞組電路有較大的過沖，所以低頻時電機(jī)的振動噪聲較大。因此，對于不同的應(yīng)用要求可選用不同的驅(qū)

35、動電路。例如：單電壓驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，功放元件少、成本低。但是效率低，只適用于驅(qū)動小功率步進(jìn)電動機(jī)或用于性能指標(biāo)要求不高的場合11。1、高低壓驅(qū)動電路波形如4-8所示： 圖4-8 高低壓驅(qū)動電路波形圖4.4.2 高低壓電路的觸發(fā)信號高電壓所需要的短時間脈沖由NE555定時器構(gòu)成的穩(wěn)態(tài)電路提供，而NE555的觸發(fā)脈沖由PMM8713的15腳提供。NE555引腳1接地；引腳2接觸發(fā)脈沖Vi；引腳3輸出脈沖Vo；引腳4接高電平，否則輸出為低電平；引腳5接電容后再接地；引腳6、引腳7分別接可調(diào)電阻和可調(diào)電容，電容電壓Vc；引腳8接電源。NE555的外部封裝如圖4-9所示。圖4-9 NE555定時器當(dāng)觸

36、發(fā)脈沖Vi下降沿到達(dá)，使Vi跳變到1/3Vcc以下時，Vo跳變成高電平，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，與此同時，Vcc經(jīng)R、Rp開始向電容C充電。當(dāng)充電至Vc=2/3Vcc時，若此時輸入端的觸發(fā)脈沖已消失，Vi回到了高電平，于是輸出Vo返回到低電平，同時電容C迅速放電，直到為零，電路恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，圖4-10畫出了在觸發(fā)信號作用下Vc和Vo的相應(yīng)波形。 VoVcVittt0002/3Vcc圖4-10 電壓波形圖tw輸出脈沖的寬度tw等于暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間，而暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間取決于外接電阻和電容的大小。由圖4-10可知，tw等于電容電壓在充電過程中從0上升到2/3Vcc所需要的時間，因此得到：=RCLn3=1.1RC

37、 （4-6）4.5 4位鍵盤電路在設(shè)計中，使用了4位鍵盤，單片機(jī)的P0口前4位為鍵盤的接口，設(shè)計要求中只需要4個鍵對步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制。如果為了性能在后面的功能擴(kuò)展可以采用4*4鍵盤，但是本設(shè)計出于簡單明了的角度出發(fā)，同時為了節(jié)約器件，仔細(xì)論證后決定才用4位鍵盤作為輸入設(shè)備12。電路圖如圖4-11所示：圖4-11 4位鍵盤電路4.6 二極管顯示電路方案方案一：數(shù)碼管串行接法。原理示意圖如圖4-12。74LS164 單片機(jī) 數(shù)碼顯示管 串口I/O輸出 圖4-12 方案一原理示意圖此原理可以顯示2位數(shù)字，用74LS164作為顯示驅(qū)動，其中帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約I/O口資源，發(fā)送數(shù)據(jù)時容易

38、控制，但是其采用的是一個芯片和數(shù)碼管，成本過高。方案二：二極管并行接法。原理示意圖如圖4-13。三極管和電阻保護(hù)電路二極管顯示二極管顯示二極管顯示二極管顯示三極管電阻保護(hù)電路三極管電阻保護(hù)電路三極管電阻保護(hù)電路三極管電阻保護(hù)電路單片機(jī)圖4-13 方案二原理示意圖二極管并行接法。直接采用二極管顯示方法，同時在二極管前面連接三極管和保護(hù)電阻，構(gòu)成回路，能夠起到保護(hù)的作用，在各個小電路接入單片機(jī)的相應(yīng)引腳。由于方案一中采用芯片控制數(shù)碼管顯示，造價和成本都更高。方案二中采用二極管、三極管和保護(hù)電阻構(gòu)成回路，降低了整個硬件部分的成本，且電路連接清晰明了，發(fā)光二極管發(fā)出的不同顏色的光更加直觀。比如：電機(jī)啟

39、動用綠顏色，電機(jī)停止用紅顏色，便于觀察。故在這個設(shè)計中的顯示部分采用方案二。本設(shè)計顯示部分使用的是二極發(fā)光管，發(fā)光二極管不能直接接入到單片機(jī)上面，需要有外加的保護(hù)電路，每一個發(fā)光二極管的保護(hù)電路由一個電阻和一個三極管構(gòu)成回路，再接入單片機(jī)89C51相應(yīng)的端口，從而達(dá)到對二極管的保護(hù)作用13.其電路原理圖如4-14所示。圖4-14 二極管顯示電路第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計5.1 上位主機(jī)部分軟件設(shè)計 本設(shè)計中單片機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖如5-1所示。上位主機(jī)部分的主要功能包括用戶界面管理、步進(jìn)電機(jī)運行狀態(tài)監(jiān)視、故障顯示、設(shè)定通訊協(xié)議、指令格式及發(fā)送控制指令等，采用VC+編寫。YYN初始化串口輸入控制命令

40、暫存控制命令發(fā)送連接信號計時發(fā)送指令顯示出錯信息返回可發(fā)送否計時滿否再發(fā)送指令N圖5-1上位主機(jī)發(fā)送指令的程序流程圖用戶輸入指令后，由計算機(jī)查詢單片機(jī)是否可以接收指令，若可以接收，則發(fā)送用戶的指令，如果此時單片機(jī)還沒空，就計時等待一段時間，在等待期間，不斷詢問單片機(jī)是否可以接收命令，如果計時滿，單片機(jī)還不能接收指令，則報告出錯信息，并顯示給用戶。每當(dāng)發(fā)送一條指令后，用戶可以選擇是否繼續(xù)發(fā)送，即用戶可以預(yù)先編制一系列的控制指令，連續(xù)發(fā)送，通過步進(jìn)電機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一系列連貫的動作。5.2 下位機(jī)控制單片機(jī)部分軟件設(shè)計下位控制程序的主要功能包括串口初始化、定時器1初始化并設(shè)定相應(yīng)的傳送波特率、中

41、斷接收指令、指令解釋、電機(jī)驅(qū)動以及返回指令等。它負(fù)責(zé)從上位計算機(jī)接收指令，并解釋指令，然后將其轉(zhuǎn)換成控制信號，從并行口輸出到功率放大電路14。單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的具體程序流程圖5-2所示。開 始 串口初始化查詢按鍵有無按鍵NY根據(jù)按鍵控制電機(jī)設(shè)置顯示標(biāo)志N查命令標(biāo)志是否準(zhǔn)備好Y根據(jù)命令控制電機(jī)并顯示 圖5-2 單片機(jī)控制程序流程圖在進(jìn)行通信連接的時候，MAX232接收到上位機(jī)的數(shù)據(jù)時，內(nèi)部有一個中斷程序來判別是否接收，并按其進(jìn)行相應(yīng)的中斷運行程序，其程序流程圖如圖5-3所示。開始接受串口數(shù)據(jù)通訊標(biāo)志是否準(zhǔn)備好NYY是否55H接受并存儲數(shù)據(jù)命令NN是否01HY置通訊標(biāo)志置命令準(zhǔn)備好標(biāo)志清通訊標(biāo)志

42、中斷返回圖5-3 中斷程序流程圖結(jié)合上述流程圖的邏輯控制思想，可以寫出其核心之一的電機(jī)驅(qū)動的子程序，如下:Void moto-run (distance，rate，command)Unsign intdistance，rate; /distance，rate分別表示轉(zhuǎn)動脈沖數(shù)和轉(zhuǎn)速bitcommand; /commamd=1正轉(zhuǎn)，commamd=0反轉(zhuǎn)unsign charplus8=0x01，0x03，0x02，0x06，0x04，0x0c，0x08，0x09;/正Unsign charmenus8=0x01，0x09，0x08，0x0c，0x04，0x06，0x02，0x03;/反Unit

43、 round;if (n!=2) /n記錄上一次的轉(zhuǎn)向，n=2為初始值、n=1正轉(zhuǎn)、n=0反轉(zhuǎn) if (command!=n) k=8-k+2; /轉(zhuǎn)動方向與上次不同時的位置換算 distance=k+distance; if (command) for (round=k;round7) P1=plusround%8; k=round%8+1;n=1; /k記錄當(dāng)前的停留位置 elseP1=plusround; k=round+1;n=1; delay (rate); else for (round=k;round7) P1=menusround%8; k=round%8+1;n=0; els

44、e P1=menusround; k=round+1;n=0; delay (rate); 綜合整理上述思想，可以得出完整的程序設(shè)計或函數(shù)，詳見附錄1。下位控制程序從上位主機(jī)接收的每一條指令都包含轉(zhuǎn)動脈沖數(shù)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等參數(shù)，分別存放在變量distance、rate、command中，每執(zhí)行完一條指令后，用變量k、n記錄當(dāng)前位置及轉(zhuǎn)向，以便下一條指令執(zhí)行時，能由當(dāng)前位置繼續(xù)運轉(zhuǎn)。數(shù)組plus、menus當(dāng)前存放四相步進(jìn)電機(jī)在四相八拍工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制模型。若控制不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)在不同的工作方式下運轉(zhuǎn)，只需改變此控制模型及相應(yīng)的參數(shù)即可。由此可見，其靈活性及適應(yīng)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制

45、器15。5.3 結(jié)論通過論證表明：以PC機(jī)作為上位控制、單片機(jī)作為下位控制，中間通過MAX232及其相關(guān)電路進(jìn)行連接通信的步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理，可靠性，靈活性高，成本低廉，能夠較好的完成多種實時控制任務(wù)，同時具有很強(qiáng)的擴(kuò)充性能，有較好的推廣和應(yīng)用前景。第6章 系統(tǒng)綜合調(diào)試6.1 綜合調(diào)試準(zhǔn)備工作6.1.1 調(diào)試準(zhǔn)備工作調(diào)試環(huán)境溫度：常溫。目的是為了保證MAX232正常工作，應(yīng)該讓其處在允許工作溫度值范圍內(nèi)的環(huán)境內(nèi)，以達(dá)到最好的調(diào)試效果。調(diào)試儀器及軟件：數(shù)字萬用表，串口調(diào)試助手。6.1.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試的目的是在綜合調(diào)試前，逐步檢驗各個硬件部分連接是否正確，是否能夠正常工作。主要調(diào)試以下

46、幾個部分：1. 發(fā)光二極管調(diào)試：在連接好器件后，將發(fā)光二極管電路接入電源電路中，檢查每一個二極管能夠正常工作，能否正常發(fā)光。2. 輸入部分硬件調(diào)試：將鍵盤電路獨立接入回路中，測試鍵盤的按鍵是否正常。3. 串口通信調(diào)試：對RS-232通信串口輸入一個電壓信號值，觀察輸出脈沖是否正確，確定RS-232通信串口能否正常工作。6.1.3 軟件調(diào)試軟件調(diào)試的目的就是檢驗程序編寫是否正確，能否驅(qū)動整個系統(tǒng)完成設(shè)定的動作，完成設(shè)計要求提出的步驟和實現(xiàn)相關(guān)的功能。其具體的步驟是：1. 仿真器調(diào)試：設(shè)置斷點，單步運行，若出現(xiàn)錯誤，則檢查或者修改程序內(nèi)容。2. 串口調(diào)試：借用軟件串口調(diào)試助手調(diào)試，測試沖口是不是能

47、夠正常完成通信任務(wù)，實現(xiàn)相應(yīng)的功能。3. 電機(jī)驅(qū)動模塊調(diào)試：提取電機(jī)驅(qū)動模塊程序，逐步執(zhí)行，確認(rèn)電機(jī)能夠正常工作。4. 指示電路軟件調(diào)試：提取二極管指示電路的驅(qū)動程序，逐步執(zhí)行，確認(rèn)每一個發(fā)光二極管能夠正常工作。6.1.4 軟件硬件綜合調(diào)試 軟件硬件綜合調(diào)試的目的就是檢驗這次課題設(shè)計是不是達(dá)到了任務(wù)書要求的功能，起具體步驟是：1. 安裝調(diào)試軟件，編譯一個小的子程序，測試軟件是不是可以正常工作，同時熟悉軟件的運行環(huán)境和界面。2. 連接器件，將器件完整連接在PCB板上面，并放置在試驗臺上。3. 連接串口通信線，把連接上位PC機(jī)和下位單片機(jī)的通信串口線正確連接，并 保證通訊正常。4. 調(diào)入完整的程序

48、，并放入存儲器中。5. 設(shè)置參數(shù)，開始運行程序。6. 觀察調(diào)試結(jié)果并綜合分析16。6.2 調(diào)試結(jié)論將軟件和硬件綜合進(jìn)行調(diào)試，可以觀察到，電機(jī)在上位機(jī)軟件的驅(qū)動下，數(shù)據(jù)信息能夠準(zhǔn)確傳送到單片機(jī)中，單片機(jī)可以根據(jù)程序或者設(shè)定要求完成部分動作。但是有的時候會突然停止運行，其原因是缺少一些保護(hù)電阻，不能嚴(yán)格控制電路中需要的額定電流，造成輸入電壓不穩(wěn)定，高于或者低于相關(guān)控制芯片的工作電壓，造成部分器件不能夠正常工作。在進(jìn)行綜合調(diào)試的時候，顯示二極管有時不能夠正常發(fā)光，其原因是缺少部分器件，不能對二極管形成必要的電壓保護(hù)，使得實際電壓超出二極管的額定電壓值，造成二極管工作不正常，個別發(fā)光二極管被燒壞掉。

49、經(jīng)過綜合調(diào)試，學(xué)習(xí)到了很多東西，也掌握了不少的試驗技巧。但是由于某些原因，最終沒有調(diào)試出設(shè)計任務(wù)書要求的最終結(jié)論。 第7章 結(jié)束語在本文中，介紹了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制方案。設(shè)計中，主要采用了硬件實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)控制的方法，用單片機(jī)、脈沖分配器PMM8713及555定時器結(jié)合部分軟件編程，實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的啟動、停止、正反轉(zhuǎn)等控制。設(shè)計大大簡化了控制系統(tǒng)的軟件編程；同時采用了高低壓驅(qū)動電路，提高了電機(jī)的響應(yīng)速度。信號分配模塊中引用了電機(jī)控制專用集成電路的PMM8713脈沖分配器的功能原理說明。利用此元件可實現(xiàn)脈沖的自動分配，進(jìn)而實現(xiàn)相繞組電流的通斷，減少了CPU的負(fù)擔(dān)，主機(jī)可以有更多的時間從事

50、其他工作。另外還可以控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制以及三相、四相電動機(jī)的不同方式的輸出17。通過本次設(shè)計，對單片機(jī)、電動機(jī)、等許多種元器件的原理以及使用都有了清晰的認(rèn)識，設(shè)計中詳盡的介紹了各種元件的原理、管腳、以及使用范圍，并配上各種圖形，有利于理解和分析。在對專業(yè)知識的認(rèn)知上也有了更加深刻的理解，對知識理解和鞏固都起了重要的作用，在做設(shè)計中培養(yǎng)的積極面對困難，不逃避，迎難而上解決問題的決心將受益終生，對作者今后的工作和學(xué)習(xí)都大有裨益。致 謝首先感謝我的導(dǎo)師老師，他對我的幫助是最大的，開始階段給我查找了很多相關(guān)的資料，對我進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)思有很大的幫助，不論是什么時候，只要我找他指導(dǎo)，他都放下手頭的事情，和我

51、一起探討遇到的疑難。還有我們電信系自動化教研室的全體老師們，他們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)給我樹立了很好的榜樣，我在今后的學(xué)習(xí)和工作中以他們?yōu)榭?，做好每一件事情；他們?xì)致的指導(dǎo)和耐心的講解給予我無盡的啟發(fā)，使得我在后面的過程中能夠很好的完成論文。當(dāng)然還有給我無私幫助的同學(xué)，作為同窗好友，在四年的學(xué)習(xí)生活中留下了很多美好的回憶，真心的感謝所有幫助我完成論文的老師和同學(xué)，謝謝你們！在論文即將完成之際，我內(nèi)心很想在此表達(dá)他們對我的無私的幫助，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，再次向那些給予我?guī)椭椭赖睦蠋煛⑴笥?、同學(xué)致以我最誠摯祝福和最衷心的感謝！同時也感謝我們的母校學(xué)院，在母校的懷抱中我們走過了人生中重要的一段旅程，祝愿母校的發(fā)展日益輝煌，學(xué)風(fēng)濃厚，源遠(yuǎn)流長！參考文獻(xiàn)1 潘新民, 王顏芳. 單片微型計算機(jī)實用系統(tǒng)設(shè)計M. 北京：人民郵電出版社，1992.2 林良養(yǎng). 電機(jī)學(xué)與拖動基礎(chǔ)M. 廣東：華南理工大學(xué)出版社，2006: 13