基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計摘 要步進(jìn)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(jìn)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(jìn)步，步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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，靈活方便等特

2、點。關(guān)鍵詞：單片機；步進(jìn)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 the

3、 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 by t

4、he 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 controlle

5、r 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(jìn)電機概述11.2 步進(jìn)電機的特點與應(yīng)用21.2.1 步進(jìn)電機的特點21.2.2 步進(jìn)電機的應(yīng)用21.3 研究背景

6、31.4 本課題研究的主要內(nèi)容5第二章 步進(jìn)電機工作原理72.1 步進(jìn)電機分類72.2 步進(jìn)電機工作原理82.2.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機82.2.2 永磁式步進(jìn)電機92.2.3 混合式步進(jìn)電機92.3步進(jìn)電機的參數(shù)102.4 步進(jìn)電機步距角和旋轉(zhuǎn)角度的計算102.5 步進(jìn)電機的速度控制112.5.1 控制步進(jìn)電機速度的方法112.5.2 步進(jìn)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194.2.

7、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(xiàn)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(jìn)電機概述步進(jìn)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(jìn)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(jìn)電機就移動一步。這種電動機的運動形

8、式與普通迅速旋轉(zhuǎn)的電動機有一定的差別，它是步進(jìn)式運動的，所以稱為步進(jìn)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(jìn)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(fù)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(jìn)電機有多種不同的

9、結(jié)構(gòu)，主要類型可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機、永磁式步進(jìn)電機和混合式步進(jìn)電機。近20多年來，步進(jìn)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?；旌鲜讲竭M(jìn)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(jìn)電機的特點，因而性能更好。國外步進(jìn)電機研究較早，步進(jìn)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(jìn)電動機為執(zhí)行機構(gòu)的高性能伺服系統(tǒng)。我國步進(jìn)電機的研究及制造始于上世紀(jì)50年代后期，對步進(jìn)電機精確模型也做了大量研究工作，如今，各種步進(jìn)電機及其驅(qū)動器作為產(chǎn)品被廣泛利用。1.2 步進(jìn)電機的特點與應(yīng)用1.2.1 步進(jìn)電機的特點步進(jìn)電

10、機具有自身的特點，歸納起來有：1)高精度的定位：步進(jìn)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(jìn)電機在停止?fàn)顟B(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(jìn)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(jìn)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(jìn)行控制；5)中低速時具備高轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)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(jìn)電機體積小、扭力大、盡管于狹窄的空間內(nèi)

11、，仍可順利做安裝并提供高轉(zhuǎn)矩輸出；步進(jìn)電動機的主要缺點是效率較低，并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源；帶負(fù)載慣量的能力不強；此外在應(yīng)用中，步進(jìn)電機運轉(zhuǎn)也可能出現(xiàn)低頻振蕩，而使用細(xì)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(jìn)電機的應(yīng)用通常選擇步進(jìn)電機我們希望步進(jìn)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(dāng)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(dāng)量太小，要求的減速比大，而最高速度將受到步進(jìn)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(jìn)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

12、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(jìn)步，步進(jìn)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(biāo)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；后三代稱為計算

13、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(jì)中葉的工業(yè)革命促進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)的出現(xiàn)，19世紀(jì)電氣技術(shù)的發(fā)展和20世紀(jì)初內(nèi)燃機的發(fā)明，引發(fā)了制造業(yè)的革命，流水線生產(chǎn)和

14、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(jìn)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(jìn)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)，代表了一個國家科

15、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(biāo)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(biāo)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(dá)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(jìn)，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響，我

16、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(jìn)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(jìn)電機作為執(zhí)行元件。采用步進(jìn)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(jìn)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(dá)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、南京大

17、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(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性外，還在步進(jìn)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(jìn)行研究開發(fā)，具有較好的市場前景。步進(jìn)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(jìn)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，步進(jìn)電機

18、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(jìn)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(jìn)電機的發(fā)展起到重要作用，同時驅(qū)動技術(shù)改進(jìn)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(jìn)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(jìn)行處理，驅(qū)動步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)

19、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(jìn)電機模塊。可實現(xiàn)如下功能：(1)通過鍵盤可設(shè)定步進(jìn)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(jìn)電機工作原理2.1 步進(jìn)電機分類步進(jìn)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(jìn)電機、永磁式步進(jìn)電機和混合式步進(jìn)電機。步進(jìn)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(jìn)電動機永磁式步進(jìn)

20、電動機混合式步進(jìn)電動機直線電機vr型pm型hb型表1 步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)類型圖2.1 三種類型步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)示意圖反應(yīng)式步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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?；旌鲜讲?/p>

21、進(jìn)電動機轉(zhuǎn)子采用永磁體，是一種永磁式步進(jìn)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(jìn)電動機結(jié)構(gòu)相似，所以混合式步進(jìn)電動機可以看作是vr和pm兩種步進(jìn)電動機的組合。從轉(zhuǎn)矩作用原理來看，混合式步進(jìn)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(jìn)電機具有反應(yīng)式步進(jìn)電機和永磁式步進(jìn)電機的雙重優(yōu)點。同反應(yīng)式步進(jìn)電動機相比，相同的電動機體積，混合式步進(jìn)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(jìn)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(jìn)電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，但其分辨率高，運行性能好，主要應(yīng)用

22、在對性能指標(biāo)要求較高的場合。二相混合式步進(jìn)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(jìn)電動機系統(tǒng)中的應(yīng)用，使得步進(jìn)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(jìn)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(jìn)電機工作原理2.2.1 反應(yīng)式步進(jìn)電機反應(yīng)式步進(jìn)電機的典型結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。反應(yīng)式步進(jìn)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(jìn)電機為例。圖2.2所示為一臺三相反應(yīng)式步進(jìn)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相。轉(zhuǎn)

23、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(jìn)電機2.2.2 永磁式步進(jìn)電

24、機永磁式步進(jìn)電機是轉(zhuǎn)子上安裝了永久磁鋼的步進(jìn)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(jìn)電機混合式步進(jìn)電機既有反應(yīng)式步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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的磁場

25、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(jìn)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(jìn)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.不難發(fā)現(xiàn)其

26、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(jìn)電機的參數(shù)步進(jìn)電機的基本參數(shù)有：(1)步進(jìn)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(jìn)電機；(2)保持轉(zhuǎn)矩：是指步進(jìn)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(jìn)電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)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(jìn)電機的

27、最重要的參數(shù)之一；(3)最大靜轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)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(jìn)電機分為伺服步進(jìn)電機和功率步進(jìn)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(jìn)電機能夠不失步起動的最高脈沖頻率。在一定的負(fù)載慣性下，啟動頻率隨負(fù)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(jìn)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(fù)載慣量不變時，運行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系稱為運行矩頻特性。2.4 步進(jìn)電機步距角和旋轉(zhuǎn)角度的計算由于選擇的是二相步進(jìn)電機，它的工

28、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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)電機旋轉(zhuǎn)。2.5 步進(jìn)電機的速度控制2.5.1

29、 控制步進(jìn)電機速度的方法在此，介紹控制步進(jìn)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(jìn)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(jìn)電機的控制方式實現(xiàn)。例如，在三相步進(jìn)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(dá)到終點時，再度采用三相六拍的控制方式，以達(dá)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(jìn)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）延時一程序

30、中的延時時間常數(shù)。由此可見，所謂步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)到均勻加速（或減速）的目的。這種方法可以提高控制系統(tǒng)的效率。

31、2.5.2 步進(jìn)電機速度與步數(shù)的計算步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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）上述公

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

33、進(jìn)電機就會走25步；在延時2時，步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)電機運轉(zhuǎn)，所以必須經(jīng)過驅(qū)動器進(jìn)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8k在系

34、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）低功耗空閑和掉電

35、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(jìn)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(jìn)行行掃描實現(xiàn)設(shè)定，在程序上易于理解，易

36、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(jìn)電機的轉(zhuǎn)速。它是直接和單片機的i/o端口相連。當(dāng)本按鍵按下時，步進(jìn)電機在高速檔運轉(zhuǎn)；當(dāng)沒按時，步進(jìn)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cpu資源

37、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(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)，這樣使得單片機控制步進(jìn)電機的結(jié)果更加的直觀。例如，設(shè)定按鍵使a步進(jìn)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(jìn)電機的啟動標(biāo)示，當(dāng)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(jìn)電機，

38、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，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(biāo)準(zhǔn)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(dá)25 a，可驅(qū)動電感性負(fù)載。l298n可驅(qū)動一臺二相步進(jìn)電機，out1，out2和out3，out4之間可分別接二相步進(jìn)電機的倆個繞組，本設(shè)計選用驅(qū)動二臺二相步進(jìn)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enaenbin1in2in3in

39、4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(jìn)電機的運轉(zhuǎn)和停止，相當(dāng)于始能端。由表2 可知，當(dāng)ena和enb為低電平時，步進(jìn)電機處于停止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)ena和enb為高電平時，步進(jìn)電機處于啟動狀態(tài)；當(dāng)ena和enb為高電平時，依次給in1-in4送低電平，則步進(jìn)電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)ena和enb為高電平時，依次給in4-in1送低電平，則步進(jìn)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。sense a

40、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(jìn)電機，其中out1和out2是接步進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yán)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，其各相通

41、電順序為ab-/ab-/a/b-a/b。(2)控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向：如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)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(jìn)電機的速度：如果給步進(jìn)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(jìn)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(jìn)電機進(jìn)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(dāng)電流消失時，其感應(yīng)電動勢會對

42、電路中的原件產(chǎn)生反向電壓。當(dāng)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(dāng)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(hù)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?？煽康毓ぷ鳎擞布暮侠碓O(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(jìn)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(jìn)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(jìn)電機的系統(tǒng)軟件

43、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(jìn)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(jìn)電機的工作狀態(tài)的功能；（4）電機正反轉(zhuǎn)顯示程序

44、主要是用來更直觀的顯示步進(jìn)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(dāng)ena和enb為低電平時，電機停止；當(dāng)ena和enb為高電平時，電機啟動。要實現(xiàn)步進(jìn)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(jìn)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(jìn)行控制的，即電機的總轉(zhuǎn)

45、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(jìn)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(jìn)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(jìn)電機進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(dá)到了控制倆個脈沖之間時間的長短，從而控制了步進(jìn)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(jìn)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，既而完成了速度控制。

46、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(jìn)電機工作狀態(tài)的設(shè)定，

47、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(jìn)行掃描，判別鍵盤上閉合鍵的鍵號，并做相應(yīng)的處理。當(dāng)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 電機正

48、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(biāo)準(zhǔn)c語言完全兼

49、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(hù)，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(jìn)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(jìn)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位操作

50、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(jìn)行檢查，最后應(yīng)用程序進(jìn)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)計應(yīng)用

51、keil編輯器或仿真軟件進(jìn)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(xì)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(jìn)行軟硬件調(diào)試外，還得進(jìn)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(jìn)一步對系統(tǒng)進(jìn)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串行接口電

52、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(dāng)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

53、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(jìn)行了分析，然后開始連接；（6）編輯了一個正確的跑8程序并燒錄到單片機內(nèi)，上電運行，檢查電源正負(fù)端和各片選位的連接正確性，使單片機、復(fù)位電路、顯示電路能正常工作。5.2 軟件調(diào)試在硬件電路調(diào)試完畢的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)一步完善程序，也就是進(jìn)入軟件調(diào)試階段。這部分的調(diào)試需要分步去做，首先要做的就是對l298n程序塊的調(diào)試；然后再對鍵盤掃描程序的調(diào)試；最后是顯示部分的調(diào)試。雖然這部分的調(diào)試比較繁瑣，但是一個控制系統(tǒng)需要一個完善、正確的軟件部分，所以這部分的調(diào)試是必須的。只有軟件部分正確無誤

54、，它才能去配合好硬件部分去實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。5.3 整機調(diào)試設(shè)計一個控制系統(tǒng)，在確定軟、硬件無誤后，必須進(jìn)行整機調(diào)試，因為它能整個系統(tǒng)更優(yōu)化，更完善，更可靠。本設(shè)計通過整機調(diào)試，把硬件部分和軟件部分有機的聯(lián)系到了一起，共同實現(xiàn)了控制步進(jìn)電機的功能。 第六章 總結(jié)2009年3月，我開始了我的畢業(yè)論文工作，時至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對思路逐漸的清晰，整個寫作過程難以用語言來表達(dá)。歷經(jīng)了幾個月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實的畢業(yè)設(shè)計終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬千，在這次畢業(yè)設(shè)計的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的回憶和收獲。 3月初，我的題目定了下來，是：基于

55、單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計。當(dāng)題目定下來的時候，我當(dāng)時便立刻著手資料的收集工作中，面對浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。在搜集資料的過程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個筆記本。我在學(xué)校圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝通。 4月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開始著手論文的寫作。在寫作過程中遇到困難我就及時和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個一個解決掉，論文也慢慢成型。4月底，論文的文字?jǐn)⑹鲆呀?jīng)完成。5月開始進(jìn)行相關(guān)圖形的繪制

56、工作和電路的設(shè)計工作。為了畫出自己滿意的電路圖，圖表等，我仔細(xì)學(xué)習(xí)了protel和vioso繪圖軟件。在設(shè)計電路初期，由于沒有設(shè)計經(jīng)驗，覺得無從下手，空有很多設(shè)計思想，卻不知道應(yīng)該選哪個，經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)，我的設(shè)計漸漸有了頭緒，通過查閱資料，逐漸確立系統(tǒng)方案。方案中電機驅(qū)動部分的設(shè)計是個比較頭疼的問題，在反復(fù)推敲，對比的過程中，最終定下了使用l298n電機驅(qū)動芯片。當(dāng)我終于完成了所有打字、繪圖、排版、校對的任務(wù)后整個人都很累，但同時看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計稿件我的心里是甜的，我覺得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過程。在論文中我充分地運用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識。 我不會忘記這難忘的幾個月的時間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對無數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時的激動和興奮；親手設(shè)計電路圖的時間里，記憶最深的是每一步小小思路實