基于PROTUES的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)速度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真

1、I北方民族大學(xué)本科學(xué)士論文前 言步進(jìn)電機(jī)成為執(zhí)行元件,是機(jī)電一體化的重要產(chǎn)品其一,頻繁使用在種種自動(dòng)化操控系統(tǒng)中。伴隨微型電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的擴(kuò)展,步進(jìn)電機(jī)的需求量不斷增加,在每一個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)地方都有使用。最近幾年來(lái)，伴隨數(shù)字電子技術(shù)與微操控器的迅速崛起。從而使得步進(jìn)電機(jī)被頻繁用于諸多運(yùn)動(dòng)操控中使用，這是因?yàn)閿?shù)字輸入性能的步進(jìn)電機(jī)允許它連接到任何數(shù)字操控器。在步進(jìn)電機(jī)的操控的電路中能夠根據(jù)操控脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)來(lái)操控角位移量,所以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的最終結(jié)果; 因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每次輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就可以轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角位移，簡(jiǎn)單的說(shuō)一個(gè)脈沖信號(hào)與一個(gè)固定角位移是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這樣就能夠根據(jù)操控步進(jìn)電機(jī)的任意兩

2、個(gè)連續(xù)脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔來(lái)更改脈沖信號(hào)的頻率，通過(guò)控制時(shí)間延時(shí)長(zhǎng)短來(lái)操控步進(jìn)角從而間接更改步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的速度，最后達(dá)到實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)節(jié)速度的效果。步進(jìn)電機(jī)能夠成為一種操控用的特種電機(jī),根據(jù)其沒(méi)有積累的誤差(精度為100%)的特性,頻繁使用在種種開(kāi)環(huán)操控。伴隨微型電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的擴(kuò)展，步進(jìn)電機(jī)的需求和日俱增，研究制造步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和操控系統(tǒng)具備非常重要的意義。第1章 緒論第一節(jié) 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的背景與意義步進(jìn)電機(jī)是根據(jù)操控脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)來(lái)間接操控角位移量，最后實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位的最終結(jié)果；它是一種電機(jī)一體化系統(tǒng)在增量運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)散的數(shù)字信號(hào)輸入的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)軸或者主軸旋轉(zhuǎn)發(fā)散一步增量時(shí)

3、，命令脈沖信號(hào)使用在適當(dāng)?shù)男蛄修D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)固定一步取決于其建設(shè)。較直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)勢(shì)，即低摩擦，壽命長(zhǎng)，使用的軸承極其穩(wěn)定，由于沒(méi)有接觸刷和減少轉(zhuǎn)子散熱，并且根據(jù)其沒(méi)有積累誤差(精度為100%)的特性,頻繁使用在種種開(kāi)環(huán)操控系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)能夠成為一種操控用的特種電機(jī)。 它被成為最常用的一種電機(jī)，頻繁使用在數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表等地方。步進(jìn)電機(jī)有3種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。步進(jìn)電機(jī)是通過(guò)用電脈沖信號(hào)進(jìn)行操控的，通俗的說(shuō)：步進(jìn)電機(jī)的位置和速度由脈沖信號(hào)數(shù)和頻率決定。頻率與脈沖信號(hào)數(shù)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于脈沖信號(hào)數(shù)的順序。想要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度調(diào)節(jié)

4、進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，就必須通過(guò)恰當(dāng)對(duì)步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率進(jìn)行操控，最后達(dá)到調(diào)速的目的。想要對(duì)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確定位，我們可以通過(guò)操控步進(jìn)脈沖信號(hào)個(gè)數(shù)。伴隨現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用到的生活的各個(gè)方面并且伴隨微型電力電子技術(shù)迅速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的作用與日俱增，復(fù)雜的則用于高精度嚴(yán)要求的工業(yè)控制領(lǐng)域。這是由于步進(jìn)電機(jī)具有穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、工作期間受溫度的影響極小。第二節(jié) 國(guó)內(nèi)外研究狀況雖然步進(jìn)電機(jī)最早是由國(guó)外創(chuàng)造出來(lái)的。但國(guó)內(nèi)在幾十年前時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)和使用，當(dāng)時(shí)它被廣泛的應(yīng)用在我國(guó)工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。其中步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路當(dāng)時(shí)可以說(shuō)是一個(gè)技術(shù)上的瓶頸，許多驅(qū)動(dòng)電路雖然能使步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行，但對(duì)于精度

5、具有嚴(yán)格要求的部分工業(yè)控制來(lái)說(shuō)，許多驅(qū)動(dòng)電路就顯得那樣的束手無(wú)策，步進(jìn)電機(jī)組成的電路中用到的所有半導(dǎo)體器件，當(dāng)時(shí)就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)化生產(chǎn)。1.2.1 國(guó)外研究狀況外國(guó)工業(yè)革命期間各種電子器件得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，工業(yè)促進(jìn)了整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，然而也就是那些看似微不足道的電力電子產(chǎn)品推動(dòng)了整個(gè)工業(yè)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)在其中起著不可小視的作用。在大功率的工農(nóng)業(yè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)上，由于從驅(qū)動(dòng)的成本太高，效率也不怎么明顯，噪音等諸多對(duì)外界的影響，在外國(guó)考慮這些因素大扭矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能達(dá)到要求，另一方面對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)于電動(dòng)機(jī)編碼器的整體技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都是具有較高的要求。還有部分的空心轉(zhuǎn)杯電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)，這

6、些電機(jī)則被運(yùn)用也一些高端方面的控制。 上面說(shuō)了大功率的情況，小功率場(chǎng)合方面，國(guó)外還是沒(méi)有拋棄使用步進(jìn)電機(jī)，比如：部分工業(yè)控制（小型簡(jiǎn)單），部分工業(yè)制造中的機(jī)械設(shè)備，還有其他人們?nèi)粘Ｉ钪械母鞣N辦公自動(dòng)化領(lǐng)域。等等。 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究狀況在過(guò)去的工業(yè)數(shù)控機(jī)床中我國(guó)基本上完全采用的是大力矩的步進(jìn)電機(jī)，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展各種驅(qū)動(dòng)器的成熟，而部分有實(shí)力的公司為了贏得在市場(chǎng)上的主導(dǎo)控制權(quán)，犧牲部分的成本采用交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床而獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。步進(jìn)電機(jī)是一種受外界干擾小的開(kāi)環(huán)控制元件，對(duì)使用者要求不高，對(duì)于大功率的場(chǎng)合使用，還是有部分欠缺的地方。對(duì)于一些更高要求的領(lǐng)域，比如：衛(wèi)星、雷達(dá)等，我國(guó)

7、在幾十年前，就生產(chǎn)了力矩電機(jī)和環(huán)形力矩電機(jī)，這兩種電機(jī)在高品質(zhì)的操控場(chǎng)合，得到了廣發(fā)的應(yīng)用。第三節(jié) 本章主要研究?jī)?nèi)容本論文主要是簡(jiǎn)單的研究步進(jìn)電機(jī)的一些性質(zhì)，步進(jìn)電機(jī)的加速和減速，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等。選用的是最簡(jiǎn)單的二相步進(jìn)電機(jī)作為主要核心元件，至于控制它的則是采用我們最為熟悉的AT89C52單片機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種機(jī)電一體化系統(tǒng)在增量運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)散的數(shù)字信號(hào)輸入的機(jī)械運(yùn)動(dòng)器件。但有不能簡(jiǎn)單只是用AT89C52去直接驅(qū)動(dòng)控制二相步進(jìn)電機(jī)，由于驅(qū)動(dòng)電流電壓達(dá)不到步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行的基本要求，所以本設(shè)計(jì)采用了專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)芯片組，L287和L289組成的電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電路。這使得驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的加速

8、和減速，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)等功能非常簡(jiǎn)單。為了清晰的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的觀察步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況，同時(shí)本設(shè)計(jì)采用的是1602LCD液晶顯示器，作為顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。液晶顯示器主要分為兩行顯示信息，第一行是顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速情況；第二行是顯示電機(jī)的正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)。由于1602LCD液晶顯示結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€(gè)方面。其中電機(jī)的直接控制是通過(guò)按鍵外界的輸入按鍵使能信號(hào)，由AT89C52捕獲，然后再執(zhí)行相應(yīng)的控制操作。一個(gè)按鍵控制著步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)操作，操作簡(jiǎn)單明了?？偟膩?lái)說(shuō)，本設(shè)計(jì)中主要用的芯片有LCD1602用于顯示步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和正反轉(zhuǎn)等具體信息（顯示模塊），L297和L29

9、8組合的步進(jìn)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路（驅(qū)動(dòng)模塊）。第四節(jié) 本章總結(jié)本章主要首先概括的說(shuō)明了步進(jìn)電機(jī)發(fā)展歷史，國(guó)內(nèi)與國(guó)外以前到現(xiàn)在的具體情況，以及在步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展歷史中所遇到的一些困難等。緊接著又介紹了本次設(shè)計(jì)的主要目的和在本次設(shè)計(jì)中用到的具體芯片和幾個(gè)重要的電路模塊。包括作為顯示的1602LCD液晶顯示器，作為驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的L297和L298組成的驅(qū)動(dòng)模塊，作為控制的按鍵模塊等。第2章 系統(tǒng)概述第一節(jié) 步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介2.1.1 步進(jìn)電機(jī)的概述一、步進(jìn)電機(jī)的定義概述作為機(jī)電一體化的重要產(chǎn)品之一，步進(jìn)電機(jī)憑借著自身的諸多優(yōu)點(diǎn)，頻繁的出現(xiàn)在人們生活的各個(gè)方面。步進(jìn)電機(jī)是一種機(jī)電一體化系統(tǒng)在增量運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成發(fā)散的

10、數(shù)字信號(hào)輸入的機(jī)械運(yùn)動(dòng)器件。步進(jìn)電機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)發(fā)散一步增量時(shí)，命令脈沖信號(hào)使用在適當(dāng)?shù)男蛄修D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)固定一步取決于其建設(shè)。較直流電機(jī)步進(jìn)電機(jī)有諸多優(yōu)勢(shì)，即低摩擦，壽命長(zhǎng)，使用的軸承極其穩(wěn)定，由于沒(méi)有接觸刷和減少轉(zhuǎn)子散熱。由于，步進(jìn)電機(jī)輸入的脈沖信號(hào)數(shù)和轉(zhuǎn)過(guò)的總角位移成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖信號(hào)時(shí)，可以準(zhǔn)確的定位步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，也就是旋轉(zhuǎn)速度和傳送脈沖信號(hào)的頻率是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，所以特別適合于微機(jī)操控。二、步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)步進(jìn)電機(jī)有3類(lèi)：a. 永磁式步進(jìn)電機(jī)：通常為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角通常為7.5度或者15度。5 b. 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)：通常為三相，可實(shí)現(xiàn)

11、大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角通常為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。3c. 混合式步進(jìn)電機(jī)：是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角通常為1.8度而五相步進(jìn)角通常為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的使用最為頻繁。3混合式步進(jìn)電機(jī)兼有反應(yīng)式和永磁式的雙重優(yōu)點(diǎn)，其自身阻尼作用較好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音低、低頻震動(dòng)小，目前混合式步進(jìn)電機(jī)是使用最廣發(fā)的電機(jī)其一。三、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)1、固有步距角：它表示操控系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步

12、工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角能夠稱(chēng)之為電機(jī)固有步距角，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 92、相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前普片的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，通常二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則相數(shù)將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上更改細(xì)分?jǐn)?shù)，就能夠更改步距角。83、保持轉(zhuǎn)矩：它是步進(jìn)電

13、機(jī)最重要的參數(shù)其一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)其一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。12四、步進(jìn)電機(jī)的特征1、通常步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3%5%，且不積累。2、步進(jìn)電機(jī)的外表允許實(shí)現(xiàn)的最高溫度。3、步進(jìn)電機(jī)力矩會(huì)隨旋轉(zhuǎn)速度的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或者速度）的增大而相電流減小，所以導(dǎo)致力矩下降。4、步進(jìn)電機(jī)

14、低速時(shí)能夠正常轉(zhuǎn)動(dòng)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖信號(hào)頻率，如果脈沖信號(hào)頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或者堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖信號(hào)頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后依照一定速率升到所希望的高頻（電機(jī)旋轉(zhuǎn)速度從低速升到高速）。2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是根據(jù)電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序操控電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，

15、多相時(shí)序操控器10。 雖然步進(jìn)電機(jī)已被頻繁地使用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(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)電路等組成操控系統(tǒng)方可使用。所以用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子和計(jì)算機(jī)等諸多專(zhuān)業(yè)知識(shí)。152.1.3 步進(jìn)電機(jī)的選擇本設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的研究步進(jìn)電機(jī)的特性，所以選用的是操作起來(lái)比較簡(jiǎn)單二相混合式步進(jìn)電機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，抗干擾能力強(qiáng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，廣泛的使用在人們生活的各個(gè)方面。第二節(jié) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)介紹2.2.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹步進(jìn)電機(jī)的輸入量是脈沖信號(hào)序列，輸出量則為相應(yīng)的增量位移或者步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。正常運(yùn)動(dòng)情況下，它每轉(zhuǎn)動(dòng)一周具備固定的

16、步數(shù)；做連續(xù)步進(jìn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度和輸入脈沖信號(hào)的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。由于步進(jìn)電機(jī)能直接接受數(shù)字量的操控，所以特別適宜采用微機(jī)進(jìn)行操控。步進(jìn)電機(jī)不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專(zhuān)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖2-1所示（專(zhuān)用芯片構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）。圖2-1 L297和L298構(gòu)成的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)第三節(jié) 單片機(jī)介紹2.3.1 單片機(jī)在線編程技術(shù)概述通常進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)或者開(kāi)發(fā)時(shí)，編程器是必不可少的。仿真、調(diào)試完的程序需要借助編程器燒到單片機(jī)內(nèi)部或者外接的程序存儲(chǔ)器中。普通的編程器價(jià)格從幾百元到幾千元不等，對(duì)于通常的單片機(jī)愛(ài)好者來(lái)說(shuō)還是一筆不小的開(kāi)支。另

17、外，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序每改動(dòng)一次就要拔下電路板上的芯片編程后再插上，也比較麻煩。伴隨單片機(jī)技術(shù)的擴(kuò)展，出現(xiàn)了能夠在線編程的單片機(jī)。通常可根據(jù)單片機(jī)的串行口接到計(jì)算機(jī)的RS232口，根據(jù)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的固件程序來(lái)編程內(nèi)部存儲(chǔ)器。根據(jù)預(yù)先編程在其中一塊存儲(chǔ)區(qū)中的程序就能夠根據(jù)串行口和計(jì)算機(jī)相連，使用PC上專(zhuān)用的用戶界面程序直接下載程序代碼到單片機(jī)的另一塊存儲(chǔ)區(qū)中。2.3.2 單片機(jī)原理概述單片機(jī)（single-chip microcomputer）是一種集成電路芯片，一片單片機(jī)芯片就具備組成計(jì)算機(jī)的全部功能。它采用超大規(guī)模技術(shù)將具備數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

18、RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口)集成在同一塊芯片上，構(gòu)成一個(gè)即小巧又很完善的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)。如圖2-2中表示單片機(jī)的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機(jī)的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號(hào)傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)旋轉(zhuǎn)速度，并且它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)操控的要求，所以單片機(jī)在工業(yè)過(guò)程和設(shè)備操控中得到了頻繁的使用。圖2-2 典型單片機(jī)結(jié)構(gòu)圖2.3.3 單片機(jī)的特性和擴(kuò)展前景。從硬件角位移看：?jiǎn)纹瑱C(jī)具備小型化的特性，它采用超大規(guī)模技術(shù)將具備數(shù)據(jù)處理能力的微處理器(CPU)、存儲(chǔ)器（含程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM）、輸入、輸出接口電路(I/O接口)集成在同一塊芯片上，一片

19、單片機(jī)芯片就具備組成計(jì)算機(jī)的全部功能。從軟件角位移看：?jiǎn)纹瑱C(jī)指令系統(tǒng)有精單指令的特性，容易學(xué)習(xí)。根據(jù)單片機(jī)指令編寫(xiě)的源程序短小精悍，使單片機(jī)使用產(chǎn)品即體積小又具備智能化。擴(kuò)展前景：縱觀單片機(jī)的擴(kuò)展過(guò)程，能夠預(yù)見(jiàn)單片機(jī)的擴(kuò)展有著頻繁的前景。尤其在工業(yè)操控、智能儀器儀表、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信地方、家用電器、醫(yī)用設(shè)備等地方中將有著頻繁的擴(kuò)展前景。2.3.4 單片機(jī)結(jié)構(gòu)和原理單片機(jī)在進(jìn)行實(shí)時(shí)操控和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理時(shí)，需要和外界文件交換信息。這樣了解單片機(jī)的結(jié)構(gòu)和每一個(gè)引腳的功能作用和顯得尤其重要，單片機(jī)的引腳較多，并且有些引腳處在不同的狀態(tài)下?lián)碛胁煌暮x。單片機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 AT889C52

20、單片機(jī)的內(nèi)部組成和外觀(1)中央處理器：中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器1(2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)：AT89C52內(nèi)部有256x8字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）和二十多個(gè)專(zhuān)用寄存器單元，它們是統(tǒng)一編址的，專(zhuān)用寄存器有專(zhuān)門(mén)的用途，通普片于存放操控指令數(shù)據(jù)，不能用作用戶數(shù)據(jù)的存放，用戶能使用的RAM只有256個(gè)字節(jié)，可存放讀寫(xiě)的數(shù)據(jù)，運(yùn)算的中間結(jié)果或者用戶定義的字型表。1(3)程序存儲(chǔ)器(ROM)：AT89C52共有8K字節(jié)閃存，用于存放程序和固定的常數(shù)等。(4)定時(shí)/計(jì)數(shù)器(ROM)：AT89C52有3個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)，當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器

21、產(chǎn)生溢出時(shí)，可用中斷方式操控程序轉(zhuǎn)向。(5) 并行輸入輸出(I/O)口：AT89C52共有4個(gè)8位的并行I/O口(P0、 P1、P2、P3)，用于對(duì)外部數(shù)據(jù)的傳輸。1(6)全雙工串行口：AT89C52內(nèi)置一個(gè)全雙工異步串行通信口，用于和其它設(shè)備間的串行數(shù)據(jù)傳送，該串行口既能夠用作異步通信收發(fā)器，也能夠當(dāng)同步移位器使用。1(7)中斷系統(tǒng)：AT89C52具備較完善的中斷功能，有8個(gè)中斷源，可通常滿足不同的操控要求，并具備3級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選擇。1(8)時(shí)鐘電路：AT89C52內(nèi)置最高頻率達(dá)24MHz的時(shí)鐘電路，用于產(chǎn)生整個(gè)單片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)序脈沖信號(hào)，但需外接晶體振蕩器和振蕩電容。2.3.5 AT89C5

22、2詳細(xì)介紹本設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)是AT89C52，下面對(duì)齊結(jié)構(gòu)的每一個(gè)引腳進(jìn)行詳細(xì)的介紹。AT89C52的主要參數(shù)如表2-1所示：表2-1 AT89C52的主要參數(shù)型號(hào)存儲(chǔ)器定時(shí)器I/O串行口中斷速度（MH）其他特性EEPROMROMRAM89C524K1282321624低電壓和MCS-51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。8字節(jié)可重擦寫(xiě)FLASH閃速存儲(chǔ)器，1000次擦寫(xiě)周期。全靜態(tài)操作：0HZ-24MHZ。三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；256x8字節(jié)內(nèi)部RAM；32個(gè)可編程I/O口線；3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；可編程串行UART通道；低功耗空閑和掉電模式。AT89C52提供了一下標(biāo)準(zhǔn)功能：8字節(jié)FL

23、ASH閃速存儲(chǔ)器，256字節(jié)內(nèi)部RAM，32個(gè)I/O口線等。ATMEL的AT89C52是一種高效微操控器，為很多嵌入式操控系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。其引腳如圖2-4所示。圖2-4 單片機(jī)的引腳排列管腳詳細(xì)說(shuō)明如圖2-5所示：圖2-5 單片機(jī)管腳詳細(xì)說(shuō)明在AT89C52中P3還具有更加重要一些特殊功能口，如表2-2所示：表2-2 P3口特殊功能端口引腳特殊功能P3.0RXD（串行輸入口）P3.1TXD（串行輸出口）P3.2/INT0（外部中斷0）P3.3/INT1（外部中斷1）P3.4T0（計(jì)時(shí)器0外部輸入）P3.5T1（計(jì)時(shí)器1外部輸入）P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選擇）P3.7

24、/RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選擇）2.3.6 AT89C52的定時(shí)/計(jì)數(shù)器2概述AT89C52除了和AT89C51所有的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0和所有的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1外，還增加了一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2.定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的操控和狀態(tài)位位于T2CON，寄存器對(duì)（RCA02H、RCAP2L）是定時(shí)器2在16位捕獲方式或者16位自動(dòng)重裝數(shù)方式下得捕獲/自動(dòng)重裝數(shù)寄存器。其中定時(shí)/計(jì)數(shù)器2操控寄存器T2CON如表2-3所示。并且表2-3詳細(xì)的列出了T2CON寄存器每位的詳細(xì)說(shuō)明。表2-3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器2操控寄存器T2CONT2CON地址=0C8H 復(fù)位值=0000 0000B 可尋地址TF2EXF2RCK TCLK

25、EXEN2TR2C/T2CP/RL276543210AT89C52的定時(shí)器0和定時(shí)器1個(gè)工作方式和AT89C51的相同，這里就不詳細(xì)的說(shuō)明了。定時(shí)器2是一個(gè)16位的定時(shí)計(jì)數(shù)器。具有自動(dòng)重裝載（向下或者向上計(jì)數(shù)）；捕獲方式和波特率發(fā)生器方式，工作方式有T2CON操控位來(lái)選擇。其中表2-4列出了定時(shí)器2的工作方式。表2-4 定時(shí)器2 工作方式RCLX + TCLKCP/TR2MODE00116-bit auto-reload01116-bit Capture1X1Baud Rate GeneratorXX0(off)若在第一次機(jī)器周期中采到的值為1，由于識(shí)別1到0的跳變需要2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩

26、周期），所以，最高計(jì)數(shù)頻率為振蕩頻率的1/24、為了確保采樣的正確性，需要輸入的電平在變化前至少保持一個(gè)完整周期的時(shí)間，以保證輸入信號(hào)至少被采一次。捕獲方式：這這種方式下，根據(jù)T2CON操控位以EXEN2來(lái)選擇兩種方式。自動(dòng)重裝載方式：定時(shí)器2工作在16位自動(dòng)重裝載方式時(shí)，能夠?qū)λ幊虨橄蛏匣蛘呦蛳碌挠?jì)數(shù)方式，這一功能可根據(jù)操作特殊功能寄存器T2CON的DCEN位來(lái)進(jìn)行選擇。波特率發(fā)生器的方式和自動(dòng)重載方式相仿，在此方式下，TH2翻轉(zhuǎn)使定時(shí)器2的寄存器用RCAP2H和RCAP2L中的16位數(shù)值重新裝載，該數(shù)值由軟件設(shè)置。當(dāng)在方式1和方式3下工作時(shí)，波特率由定時(shí)器2的溢出速率能夠根據(jù)下面的公式確

27、定。同樣的定時(shí)器能工作在定時(shí)方式也能夠工作在計(jì)數(shù)方式，在大多數(shù)的使用中，工作在定時(shí)方式（C/=0），定時(shí)器2成為波特率發(fā)生器時(shí)，和成為定時(shí)操作時(shí)是不同的兩個(gè)概念，成為定時(shí)器時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期（1/12晶振頻率）寄存器大的值加1，而當(dāng)成為波特率發(fā)生器來(lái)使用的時(shí)候，在每個(gè)狀態(tài)時(shí)間（1/2振蕩頻率）寄存器的值加1，波特率的計(jì)算公式如下：式子中的（RCAP2H,RCAP2L）是RCAP2H和RCAP2L中的16位無(wú)符號(hào)數(shù)。2.3.7 時(shí)鐘振蕩器AT89C52 的內(nèi)部有一個(gè)振蕩器，這個(gè)振蕩器具有高增益反相放大的作用，AT89C52的引腳XTAL1和XTAL2分別是這個(gè)晶體振蕩器的輸入和輸出端口。內(nèi)部的放

28、大器與外部石英晶體（反饋元件）一起構(gòu)成了自激振蕩器，振蕩電路如圖2-6所示。圖2-6 晶體振蕩電路圖外接石英晶體和電容C1，C2接在放大器的反饋回路中一起構(gòu)成了并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外部電容C1、C2雖然沒(méi)有非常嚴(yán)格的要求，晶體振蕩器的頻率由電容的容量的大小直接決定，考慮諸多方面的因素通常情況我們這里推存使用的電容值為30PF左右。第四節(jié) 核心芯片介紹2.4.1 L297的工作原理L297是一款專(zhuān)門(mén)用于驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的芯片，它是由意大利SGS半導(dǎo)體公司所研發(fā)和生產(chǎn)的。在許多不同的步進(jìn)電機(jī)上都可以使用；這款芯片還必須與L298芯片一起才能組成專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。這款芯片的引腳特別緊湊，

29、使用的是+5V的電源電壓，同時(shí)引腳的布局上是采用雙列直插的20引腳塑封封裝，其引腳圖2-7。圖2-7 L297引腳圖L297引腳就不再這里做詳細(xì)介紹，簡(jiǎn)單的介紹幾個(gè)特殊的引腳。SYNG引腳也就是1號(hào)引腳，是斬波器輸出端，如果使用外部時(shí)鐘源，則時(shí)鐘信號(hào)接到此引腳上。HOME引腳也就是3號(hào)引腳，集電極開(kāi)路輸出端，當(dāng)此引腳有效時(shí)，晶體管開(kāi)路。4號(hào)引腳是A相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。5引腳作為控制A相和B相的驅(qū)動(dòng)極。6引腳B相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。7引腳C相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。8引腳，操控C相和D相的驅(qū)動(dòng)級(jí)。9引腳是D相驅(qū)動(dòng)信號(hào)。ENABLE引腳是L297的使能輸入端。CONTROL引腳是斬波器功能操控端，等等。還有許多引腳這里不再介紹。

30、2.4.2 L298工作原理L298是一款單片集成的高電壓、高電流、雙路全橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，L298提供兩個(gè)使能輸入端，能夠在不依靠于輸入信號(hào)的情況下，使能或者禁用L298元件。L298低位晶體管的發(fā)射器連接到一起，而其對(duì)應(yīng)的外部端口則可以使用連接一個(gè)外部感應(yīng)電阻，L298還提供了一個(gè)額外的電壓輸入，所通過(guò)它的邏輯電路能夠工作在更低的電壓下。在整個(gè)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中L297用來(lái)提供連續(xù)的時(shí)序信號(hào)，不僅能夠節(jié)省單片機(jī)IO端口的使用，而且能更好的實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)控制的最終目的。其中L298的引腳如圖2-8所示。圖2-8 L298引腳圖L298同樣引腳的布局上是采用雙列直插的20引腳塑封封裝。2.4.3

31、驅(qū)動(dòng)方法的確定關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)通常有兩種方法，一種是用單片機(jī)直接來(lái)驅(qū)動(dòng)，另一種是根據(jù)CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，其中第一種驅(qū)動(dòng)方法不適合采用，由于CPU的輸出電流是極其小的，這樣特別小的電流脈沖信號(hào)不能滿足步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；第二種是根據(jù)CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，這樣的好處就是可以將CPU輸出來(lái)的電脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，緊接著進(jìn)行放大的信號(hào)才能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，后一種驅(qū)動(dòng)方法綜合的考慮比較安全。這也是本次設(shè)計(jì)最終采用的驅(qū)動(dòng)方法（AT89C52間接驅(qū)動(dòng)步二相進(jìn)電機(jī)）。L297和L298組成的驅(qū)動(dòng)電路具備的優(yōu)點(diǎn)：使用元件不復(fù)雜，各器件的損耗小，高穩(wěn)定性，抗干擾能力強(qiáng)，總體體積小，各個(gè)子程序開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單。L298和L297配合

32、使用操控雙極步進(jìn)電機(jī)工作電流可達(dá)2.5A等諸多優(yōu)點(diǎn)。所以采用L297和L298組成的操控驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，并且L297和L298芯片組成的驅(qū)動(dòng)操控器也是專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的操控驅(qū)動(dòng)器。L297和L298組成的操控驅(qū)動(dòng)器線路圖如圖2-9所示。圖2-9L297和L298操控驅(qū)動(dòng)線路圖2.4.4 1602LCD工作原理1602LCD簡(jiǎn)介：1602 LCD是一種液晶顯示器，液晶是一種介于液體和固體之間的熱力學(xué)的中間穩(wěn)定相。液晶顯示模塊接口簡(jiǎn)單、容易操作、總體結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，所以液晶顯示器出現(xiàn)在我們生活中的各個(gè)方面，已成為很多電子產(chǎn)品的輸出顯示元件，比如在計(jì)算器、萬(wàn)用表、電子表和很多家用電子產(chǎn)品中都能

33、夠看到液晶顯示器的身影。它的特性是在一定的溫度范圍內(nèi)既有液體動(dòng)態(tài)性和連續(xù)性，又有晶體的各向異性，其分子特性有：分子呈長(zhǎng)棒形，長(zhǎng)寬比較大；長(zhǎng)棒形分子不能彎曲，必須是一個(gè)剛性體，所以通常都有一個(gè)中心橋鏈；液晶分子頭尾有極性或者有可極化的基因。 如圖2-10為1602液晶顯示器的尺寸圖。圖2-10 1602LCD尺寸圖從圖中給可以看出1602LCD顯示容量16x2個(gè)字符，各個(gè)引腳的結(jié)構(gòu)也相對(duì)比較簡(jiǎn)單，易于操作。在單片機(jī)控制的系統(tǒng)中晶液顯示器作為輸出顯示元件有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、 高質(zhì)量的顯示：具有恒定發(fā)光的特點(diǎn)，接受到信號(hào)之后，每個(gè)顯示容量的色彩和亮度恒定，而且它顯示的畫(huà)面質(zhì)量并不會(huì)出現(xiàn)閃爍的效果。2

34、、 數(shù)字式接口：接口都是采用數(shù)字式接口，這樣和單片機(jī)系統(tǒng)的接口連接是變得更加簡(jiǎn)單，操作起來(lái)比較方便。3、小巧輕便：與傳統(tǒng)的顯示器相比，就小巧輕便的多了，不像傳統(tǒng)的顯示器那樣龐大笨重。4、超低功耗：由于體積上的小巧輕便，所以功耗自然降低了，比如電子表上的顯示器，基本無(wú)功耗，這也是它被廣泛應(yīng)用的原因。第五節(jié) 本章總結(jié)本章主要是針對(duì)本設(shè)計(jì)中用到的重要芯片做了粗略的介紹，這些芯片都是單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間的驅(qū)動(dòng)和顯示芯片，并詳細(xì)的說(shuō)明了設(shè)計(jì)對(duì)元件的選擇，如單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)是這個(gè)設(shè)計(jì)的主題，所以詳細(xì)的介紹了本設(shè)計(jì)所用的單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)，L297和L298組成的驅(qū)動(dòng)操控模塊，LCD1602液晶模塊的相關(guān)顯示

35、和具體顯示的實(shí)現(xiàn)。第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)第一節(jié) 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)3.1.1 系統(tǒng)原理圖本次設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的研究步進(jìn)電機(jī)的控制的，所以選用二相步進(jìn)電機(jī)，至于主要的控制器件，按照設(shè)計(jì)的要求選用AT89C52作為控制器。選取用1602LCD成為液晶驅(qū)動(dòng)顯示。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片則選用L297和L298組合的驅(qū)動(dòng)操控電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。由液晶顯示器1602LCD顯示步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度和正反轉(zhuǎn)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。由相應(yīng)的依照鍵輸入正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，減速和減速，并根據(jù)顯示器顯示出來(lái)，所以本次設(shè)計(jì)在1602LCD液晶顯示器上有兩排顯示，上排來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，下排來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)情況。系統(tǒng)原理框圖如3-1所示：顯示器

36、L298AT89C52按鍵L297二相步進(jìn)電機(jī)圖3-1 系統(tǒng)原理框圖3.1.2 系統(tǒng)整體圖此系統(tǒng)采用的是外部中斷方式，P0所有接口和P2.0、P2.1、P2.2成為1602LCD液晶顯示接口；P2.6和P2.7成為連接L297和L298組成的驅(qū)動(dòng)操控電路；P3.2、P3.3、P3.4、P3.5連接對(duì)應(yīng)的依照鍵接口。如圖3-2所示為系統(tǒng)整體圖。圖3-2系統(tǒng)整體圖第二節(jié) 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1 系統(tǒng)硬件電路概述這次設(shè)計(jì)中電源采用+5V、+36V（步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)），同時(shí)采用RP1 8位排阻和AT89C52的P0口連接使其電平拉高驅(qū)動(dòng)1602LCD液晶顯示器，這樣的驅(qū)動(dòng)使電路圖看上去更加簡(jiǎn)單明了；采

37、用12MHZ的石英晶體振蕩器成為單片機(jī)AT89C52的工作頻率，并且采用了依照鍵開(kāi)關(guān)用來(lái)操控步進(jìn)電機(jī)的加速和減速，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；由于AT89C52單片機(jī)不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，所以采用的是L297和L298組合成的驅(qū)動(dòng)操控電路來(lái)驅(qū)動(dòng)二相步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2.2 顯示電路的設(shè)計(jì)顯示模塊：采用1602LCD液晶顯示器成為步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示，1602LCD液晶顯示器由于具備小巧且廉價(jià)和耐用的諸多優(yōu)點(diǎn)，常常被用于我們生活的每一個(gè)地方，1602LCD液晶顯示器外部只有14個(gè)引腳，所以操作起來(lái)極其的簡(jiǎn)便。如圖3-3為該設(shè)計(jì)的顯示模塊圖。圖3-31602LCD液晶顯示圖3.2.3 按鍵電路的設(shè)計(jì)按鍵控制模

38、塊：按鍵可以直接操控步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，根據(jù)按鍵向單片機(jī)輸入相應(yīng)的信號(hào)，然后產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的中斷，調(diào)用相應(yīng)的處理子程序，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的相應(yīng)操作。最后操控步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)（加速、減速、正轉(zhuǎn)、復(fù)位和反轉(zhuǎn)），其中的電路如圖3-4所示。圖3-4按鍵電路圖3.2.4 驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)模塊：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用的是L287和L289組合成的驅(qū)動(dòng)操控電路，此驅(qū)動(dòng)操控電路是典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，前面已經(jīng)詳細(xì)的介紹了L287和L289的相關(guān)知識(shí)，這里就不再過(guò)多的解釋。驅(qū)動(dòng)電路如圖3-5所示。圖3-5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.2.5 時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)作為單片機(jī)系統(tǒng)的心臟，時(shí)鐘電路控制著整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的工作頻率，我們可以通

39、過(guò)提高時(shí)鐘的頻率從而達(dá)到提高單片機(jī)系統(tǒng)的整體速度，在本次設(shè)計(jì)中采用的是12MHz的晶振，外接330pf的保護(hù)電容。如圖3-6所示的時(shí)鐘電路圖。圖3-6時(shí)鐘電路圖第三節(jié) 系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)每一個(gè)微處理系統(tǒng)，除了硬件的支持外還必須有一套與之相對(duì)應(yīng)的軟件支持，這樣才能達(dá)到更好的控制效果，如果說(shuō)硬件框架是整個(gè)系統(tǒng)的軀體，那么對(duì)應(yīng)的軟件系統(tǒng)就是整個(gè)系統(tǒng)的靈魂。每一個(gè)系統(tǒng)都需要一套完整的軟硬件相結(jié)合的開(kāi)發(fā)工具。隨著社會(huì)科學(xué)的不斷進(jìn)步，單片機(jī)的應(yīng)用范圍與日俱增。這次設(shè)計(jì)的核心芯片選用的是AT89C52。3.3.1 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的主要程序分為3大模塊：按鍵模塊直接作為控制步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸入模塊；160

40、2LCD顯示模塊作為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的顯示步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況；最關(guān)鍵的L297和L298組成的驅(qū)動(dòng)模塊用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，為步進(jìn)電機(jī)提供了一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。該設(shè)計(jì)程序框圖如圖3-7所示。開(kāi)始初始化有按鍵按下否？按鍵處理刷新顯示器否是圖3-7主程序框圖3.3.2 按鍵控制程序設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)總的用到5個(gè)依照鍵，分別操控步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和復(fù)位。其中分別連接到單片機(jī)的P3.4、P3.5、P3.2、P3.3、P3.1，當(dāng)對(duì)應(yīng)引腳為低電平（即依照鍵依照下）時(shí)，依照鍵使能，此時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)的子程序。如圖3-8所示。開(kāi)始按鍵按下否？相應(yīng)按鍵子程序是否圖3-8按鍵程序流程圖3.3.4 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)

41、電機(jī)正反轉(zhuǎn)情況在剛開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)初始化為正轉(zhuǎn)，由芯片L297的17引腳（/）控制正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，該引腳又與單片機(jī)的P2.6引腳相連，當(dāng)P2.6輸入高電平時(shí)正轉(zhuǎn)，輸入低電平時(shí)反轉(zhuǎn)?？刂品浅５暮?jiǎn)單。流程圖如3-9所示。開(kāi)始設(shè)置定時(shí)器工作方式設(shè)置定時(shí)器的初始值方式取反轉(zhuǎn)起始地址開(kāi)中斷允許這時(shí)中斷正轉(zhuǎn)否？是否中斷等待取正轉(zhuǎn)起始地址圖3-9正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)程序流程圖3.3.5 加減速與復(fù)位程序設(shè)計(jì)同樣的加速減速和正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)都是由按鍵來(lái)控制的，當(dāng)加速按鍵按下時(shí)，這時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)中斷，主程序會(huì)去調(diào)用加速子程序，執(zhí)行相應(yīng)的加速操作；同樣的加速按鍵按下是，中斷產(chǎn)生，調(diào)用相應(yīng)的減速子程序；復(fù)位也是同樣的道理。通過(guò)按鍵的按下產(chǎn)

42、生相應(yīng)的中斷然后緊接著調(diào)用相應(yīng)的中斷子程序。具體的加速程序流程圖如圖3-10所示，減速程序流程圖如圖3-11所示，復(fù)位程序流程圖如圖3-12所示。開(kāi)始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)加速按鍵按下否？調(diào)用加速中斷模塊恢復(fù)起始控制臺(tái)步數(shù)夠否？禁止定時(shí)中斷關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)否是否是圖3-10 加速程序流程圖開(kāi)始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)減速按鍵按下否？調(diào)用減速中斷模塊恢復(fù)起始控制臺(tái)步數(shù)夠否？禁止定時(shí)中斷關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)否是否是圖3-11 減速程序流程圖開(kāi)始保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位按鍵按下否？調(diào)用復(fù)位程序模塊恢復(fù)起始控制臺(tái)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)否是圖3-12 復(fù)位程序流程圖3.3.6 顯示程序的設(shè)計(jì)顯示器本設(shè)計(jì)采用的是1602LCD液晶顯示器，由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，引腳單一的特點(diǎn)

43、被廣泛的應(yīng)用在生活中的各個(gè)領(lǐng)域。顯示器的引腳外界一個(gè)并排8位的排阻用于驅(qū)動(dòng)顯示器能正常的工作，由單片機(jī)的P0口控制顯示器的所有數(shù)據(jù)位的引腳，然后再由P2.0、P2.1、P2.2控制顯示器的三個(gè)功能引腳。流程圖如3-11所示。等待按鍵操作開(kāi)始初始化顯示器有按鍵中斷否？刷新顯示器顯示否是等待按鍵操作圖3-13顯示程序流程圖第四節(jié) 本章總結(jié)通過(guò)這章的介紹，可以知道本設(shè)計(jì)中的各個(gè)模塊是如何實(shí)現(xiàn)的，各個(gè)模塊之間又有十分密切的關(guān)系，根據(jù)每個(gè)模塊中使用到的芯片，可以更加清晰的認(rèn)識(shí)了解各個(gè)芯片的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。把各個(gè)模塊進(jìn)行細(xì)分，使程序設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，之后再整理結(jié)合在一起使整個(gè)控制系統(tǒng)的功能得以實(shí)現(xiàn)。第四

44、章 系統(tǒng)測(cè)試第一節(jié) 軟件測(cè)試的步驟把編寫(xiě)好的各模塊子程序合理的整理結(jié)合起來(lái)，然后通過(guò) Keil uVision4 軟件編譯生成單片機(jī)可執(zhí)行文件（.HEX）文件，這個(gè) .HEX文件就是最終要下載到單片機(jī)RAM中的文件，在進(jìn)行程序編譯之前，我們還要對(duì) Keil uVision4 軟件進(jìn)行許多必要的配置，配置選用的單片機(jī)是AT89C52系列的，然后在軟件的添加窗口將要編譯的程序添加進(jìn)來(lái)，之后也是比較關(guān)鍵的步驟，配置輸出時(shí)的一些信息，步驟是進(jìn)入Target Options.菜單中，再進(jìn)入Output子菜單中勾選Create HEX File選項(xiàng)，退出保存。之后就可以編譯生成單片機(jī)可執(zhí)行文件了，具體的步

45、驟如圖4-1所示，途中已經(jīng)詳細(xì)標(biāo)出軟件配置的具體順序。圖4-1軟件配置步驟圖之后的工作就是打開(kāi)基于PROTUES軟件的電路仿真圖，將上述已經(jīng)編譯好的.HEX單片機(jī)可執(zhí)行文件下載的AT89C52中，進(jìn)行仿真。通過(guò)5個(gè)按鍵來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)的方向及復(fù)位的效果，通過(guò)觀察1602LCD液晶顯示器上的顯示，可以清晰的知道步進(jìn)電機(jī)的具體實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)信息。第二節(jié) 仿真電路測(cè)試步驟打開(kāi)基于PROTUES軟件的電路仿真圖，并將上述軟件測(cè)試已經(jīng)產(chǎn)生好的.HEX可執(zhí)行文件下載到AT89C52中，就可以進(jìn)行仿真電路的測(cè)試了。通過(guò)按下相應(yīng)的按鍵，然后系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)的中斷，調(diào)用對(duì)應(yīng)中斷處理子程序，分別實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)的

46、加速與減速，正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，和復(fù)位（是一個(gè)條件判斷語(yǔ)句），如果條件成立（即有復(fù)位按鍵按下），則調(diào)用對(duì)應(yīng)的復(fù)位子程序，該子程序是一個(gè)直接操作單片機(jī)的內(nèi)部寄存器，最終達(dá)到復(fù)位的效果，其余的4個(gè)按鍵則會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)的中斷處理子程序。通過(guò)對(duì)按鍵的一一操作，可以在顯示器上看出操作后步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)信息。顯示器顯示的信息分為兩行，第一行顯示的是步進(jìn)電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速；第二行顯示的是步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)情況，CW表示正轉(zhuǎn)，CCW表示反轉(zhuǎn)。比如：某一時(shí)刻步進(jìn)電機(jī)的信息情況如圖4-2所示。圖4-2 某一時(shí)刻步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行情況圖第三節(jié) 本章總結(jié)本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的最后工作，系統(tǒng)的測(cè)試，包括軟件的測(cè)試和仿真電路圖的測(cè)試，軟件

47、測(cè)試方面，應(yīng)該熟練的掌握Keil uVision4 軟件的具體使用，這是一款與單片機(jī)軟件編程密切相關(guān)的工具軟件，其中擁有許多的功能，是一款操作簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大的工具軟件?；赑ROTUES軟件的仿真電路的測(cè)試，這同樣的要求操作者熟練的掌握PROTUES這款軟件，是一款既可以實(shí)現(xiàn)電路圖繪制工作，又可以實(shí)現(xiàn)后期的方正校驗(yàn)等工作的一款工具軟件，此軟件包含的元器件種類(lèi)繁多，并且操作簡(jiǎn)單功能強(qiáng)大。最終實(shí)現(xiàn)了整個(gè)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)測(cè)試工作。第五章 總結(jié)和展望第一節(jié) 總結(jié)當(dāng)我的設(shè)計(jì)論文寫(xiě)到這里時(shí)，我的內(nèi)心莫名的產(chǎn)生了絲絲的喜悅，為期幾個(gè)月的設(shè)計(jì)終于可以告一段落了，老師時(shí)時(shí)刻刻的督促，自己一分一秒的努力，換來(lái)了此刻內(nèi)心的

48、那份喜悅，我覺(jué)得是值得的。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，在此我就不發(fā)表任何關(guān)于內(nèi)心一些奇葩的觀點(diǎn)了。總結(jié)一下自己的不足和以后應(yīng)該如何提升自己。在本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，總有那么一些讓自己措手不及的知識(shí)點(diǎn)，面對(duì)這些“刺頭”的狂轟亂炸，對(duì)這次設(shè)計(jì)失去信心的我，感覺(jué)是不可完成的任務(wù)，之后小小時(shí)間的消沉之后，我開(kāi)始到圖書(shū)館查閱各種相關(guān)的資料圖書(shū)，將自己不懂的地方進(jìn)行臨時(shí)的彌補(bǔ)，設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題馬上想辦法解決，也就是這樣，本次設(shè)計(jì)如露天的高樓，慢慢的有了大概的輪廓，又花費(fèi)了大量的時(shí)間精力進(jìn)行精雕細(xì)琢之后，我的“高樓”筑成了，說(shuō)去說(shuō)來(lái)有點(diǎn)夸張了。下面說(shuō)說(shuō)實(shí)際的，對(duì)于本次設(shè)計(jì)最讓我頭疼的就是步進(jìn)電機(jī)的工作原理，至于為什么頭疼誰(shuí)都知

49、道，老師講課時(shí)自己沒(méi)有認(rèn)真聽(tīng)講，完全打醬油的我感覺(jué)到困惑也就不足為奇了。至于主要芯片和整個(gè)系統(tǒng)的作用功能之類(lèi)的話題，這里就不再進(jìn)行多述了，上面的章節(jié)已經(jīng)敘述的多了。第二節(jié) 展望步進(jìn)電機(jī)從創(chuàng)造出來(lái)到今天，已經(jīng)有幾十年的歷史了，在這短短幾十年的歷史中，它已經(jīng)悄悄的遍歷到了人們生活的各個(gè)角落，在電動(dòng)機(jī)這一大家族中，步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成人們使用最廣泛的電機(jī)之一，國(guó)外有些發(fā)達(dá)國(guó)家試圖研究更經(jīng)濟(jì)適用的產(chǎn)品來(lái)取代步進(jìn)電機(jī)，但是由于種種技術(shù)上的瓶頸，這還是一個(gè)比較困難的國(guó)際化問(wèn)題。對(duì)于未來(lái)的展望，步進(jìn)電機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用中依然會(huì)占很大的比列，原因非常明顯，由于步進(jìn)電機(jī)的體積小巧，穩(wěn)定性能好，工作時(shí)抗外界干擾能力強(qiáng)，

50、比起其它電機(jī)更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等等諸多的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)從幾十年前是就開(kāi)始使用步進(jìn)電機(jī)，并且一直致力于更高轉(zhuǎn)速，更加穩(wěn)定等深層次技術(shù)方面的研究，已經(jīng)取得了顯著的成果。致 謝經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的畢業(yè)論文寫(xiě)作，在今天論文終于可以告一段落，對(duì)此我將要對(duì)那些在此期間幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示由衷的感謝。畢業(yè)答辯同時(shí)也意味著我在北方民族大學(xué)的學(xué)習(xí)生活即將要結(jié)束，回想這幾年的大學(xué)生活，感覺(jué)自己收獲了很多，在此我向曾經(jīng)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示感謝。論文中遇到得到困難，有些是我們所學(xué)專(zhuān)業(yè)上的問(wèn)題，也有一些是論文格式上應(yīng)該引起注意的問(wèn)題，但是在我做論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中一直得到老師的細(xì)心指導(dǎo)，使我的論文最終得以完成。謹(jǐn)向牛老師致以崇高的謝

51、意！參考文獻(xiàn)1張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)M.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.2李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.3王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制入門(mén)M.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.4袁任光,張偉武.電動(dòng)機(jī)控制電路選用與258實(shí)例M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.5王秀和.永磁電機(jī)M.北京: 中國(guó)電力出版社,2007.6房玉明,杭柏林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)J.電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（4）：64-64.7孫笑輝,韓曾晉.減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法J.電氣傳動(dòng),2001，(1):8-11.8馮江華,陳高華,黃松濤.異步電動(dòng)機(jī)的直

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