步進電機原理及使用說明

1、步進電機原理及使用說明一、前言步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。目前,生產(chǎn)步進電機的廠家的確

2、不少，但具有專業(yè)技術(shù)，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況，決定以廣泛的感應(yīng)子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。二、感應(yīng)子式步進電機工作原理（一）反應(yīng)式步進電機原理由于反應(yīng)式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進電機原理。1、結(jié)構(gòu)：電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3 、2/3 ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A 與齒 1 相對齊，

3、B 與齒 2 向右錯開 1/3 ，C 與齒 3 向右錯開 2/3 ，A與齒 5相對齊，（A就是 A，齒 5 就是齒 1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖：2、旋轉(zhuǎn)：如A 相通電，B，C 相不通電時，由于磁場作用，齒 1 與 A 對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B 相通電，A，C 相不通電時，齒 2 應(yīng)與B 對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過 1/3，此時齒 3 與 C 偏移為 1/3 ，齒 4 與 A 偏移（-1/3 ）=2/3 。如C 相通電，A，B 相不通電，齒 3 應(yīng)與C 對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3 ，此時齒 4 與 A 偏移為 1/3 對齊。如A 相通電，B，C 相不通電，齒 4 與A 對齊，轉(zhuǎn)子又

4、向右移過 1/3 這樣經(jīng)過A、B、C、A 分別通電狀態(tài)，齒 4（即齒 1 前一齒）移到 A 相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機就每步（每脈沖）1/3 ,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機就反轉(zhuǎn)。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導電順序決定。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 A-AB-B-BCC-CA-A 這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步 1/3 改變?yōu)?1/6 。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3 變?yōu)?1/12 ，1/24 ，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。不難推出：電機定子上有m

5、 相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。3、力矩：電機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量 ）當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F 與（d/d）成正比S其磁通量=Br*SBr 為磁密，S 為導磁面積F 與L*D*Br 成正比L 為鐵芯有效長度，D 為轉(zhuǎn)子直徑Br=NI/RNI 為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R 為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此

6、，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。（二）感應(yīng)子式步進電機1、特點：感應(yīng)子式步進電機與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，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。感應(yīng)子式步進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。（必須采極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-D

7、A-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=.一個二相電機的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、分類感應(yīng)子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像 70BYG、90BYG、 130BYG 等均為國內(nèi)標準。3、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不

8、同對極N、S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m 表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 表示。=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機為例。四拍運行時步距角為=360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱整步），八拍運行時步距角為 =360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖

9、定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁及機械噪音。提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱4、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語：1、步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。2、失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失

10、調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。4、最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。5、最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6、運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流

11、），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖所示：其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高;曲線 1 電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。7、電機的點：步進電機均有固定的區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的區(qū)一般在 180-250pps 之間（步距角 1.8 度）或在 400pps 左右（步距角為 0.9 度），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移區(qū)較多。8、電機正反轉(zhuǎn)控制：當電機繞組通電時

12、序為 AB-BC-CD-DA 或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CA-BC-AB 或()時為反轉(zhuǎn)。三、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：1、脈沖信號的產(chǎn)生。脈沖信號一般由單片機或CPU 產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為 0.3-0.4 左右，電機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。2、信號分配我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有,步距角二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為為 1.8 度；二相八拍為,步距角為 0.9 度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為 AB-BC-CD-DA-AB,步距角為 1.8 度；四相八拍

13、為 AB-B-BC-C-CD-D-DA,(步距角為 0.9 度）。3、功率放大功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源。我廠生產(chǎn)的 SH 系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下：說明：CP接CPU 脈沖信號（負信號，低電平有效）OPTO接

14、CPU+5VFREE脫機，與CPU 地線相接，驅(qū)動電源不工作DIR方向控制，與CPU 地線相接，電機反轉(zhuǎn)VCC直流電源正端GND直流電源負端A接電機引出線紅線接電機引出線綠線B接電機引出線黃線接電機引出線藍線步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進電機轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：4、細分驅(qū)動器在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機，細分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變場的夾角來控制步進電機運轉(zhuǎn)的。磁四、步進電機的應(yīng)用（一）步進電機的選擇步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流

15、三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應(yīng)走多少角度（包括）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有 0.36 度/0.72 度（五相電機）、0.9 度/1.8 度（二、四相電機）、1.5 度/3 度 （三相電機）等。2、靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加

16、速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的 2-3 倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）3、電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）綜上所述選擇電機一般應(yīng)遵循以下步驟：4、力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：P= M=2n/60P=2nM/60其P 為功率為瓦， 為每秒角速度，米為弧度，n 為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩為P=2fM/400(半步工作）其中f 為每秒脈沖數(shù)（簡

17、稱PPS)(二）、應(yīng)用中的1、步進電機應(yīng)用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過 1000 轉(zhuǎn)，（0.9 度時6666PPS)，最好在 1000-3000PPS(0.9 度）間使用，可通過此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。裝置使其在2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。3、由于歷史原因，只有標稱為 12V 電壓的電機使用 12V 外，其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG 采用直流 24V-36V，86BYG 采用直流 50V,110BYG 采用高于直流 80V），當然 12伏的電壓除 12V 恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源， 不過要考慮。4、轉(zhuǎn)

18、動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。6、高精度時，應(yīng)通過機械、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用 5 相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。7、電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、電機在 600PPS（0.9 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。9、應(yīng)遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。五、其他說明有關(guān)低頻振動、升降速、機械、工作往復運動的誤差、平面圓弧 X、Y插補誤差以

19、及其他問題。具體解決辦法恕不便在此敘述，我廠用戶可來電可根據(jù)具體情況解決。，不同廠家的電機在設(shè)計、使用材料及加工工藝方面差別很大，選用步進電機應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價格。最好采用同一生產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動器和電機。這樣便于最終客戶的。 概述機電產(chǎn)品一般由機械系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)組成，電氣設(shè)備控制機械的正確。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，采用單片機控制機械系統(tǒng)越來越普遍，采用微機控制后不僅提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量也得到了提高，而且使機械系統(tǒng)實現(xiàn)了“智能”化。自動回轉(zhuǎn)刀架是運用微機控制的典型，用單片機實現(xiàn)編程來控制刀架的硬件環(huán)分，單片機換刀，單片機是整個的。在本設(shè)計中采用 CH250主要控制電機的

20、正反轉(zhuǎn)及轉(zhuǎn)速，單片機采用 8031 并用 2764 片外器擴展，74LS373 地址鎖存，8255I/O 擴展。在該系統(tǒng)中能夠體現(xiàn)機械系統(tǒng)采用單片機控制的“智能”性，能判斷最佳的換刀方案。二 控制原理自動回轉(zhuǎn)刀架的控制部分采用步進電機驅(qū)動，MCS-51 系列單片機控制系統(tǒng)，硬件環(huán)分，由鍵盤輸入實現(xiàn)開環(huán)控制。步進電需要驅(qū)動電源對其各相繞組按照一定的運行方式送入脈沖電流，才能正常工作。步進電三部分。的驅(qū)動電源一般由變頻信號源，環(huán)行分配器和功率放大器1總體方案設(shè)計當車床發(fā)出換刀指令后將換刀指令及即將使用的刀具的傳送到單片機系統(tǒng)，再由單片機系統(tǒng)通過一定的處理程序判斷電的正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)就近換刀，當確定

21、完電機的正反轉(zhuǎn)后就調(diào)用其各自的子程序，電的轉(zhuǎn)速由單片機所用的晶振頻率及電2、硬件環(huán)分每秒鐘運行的步數(shù)決定，本設(shè)計將采用定時器產(chǎn)生延時。由機械系統(tǒng)的設(shè)計可知，步進電的型號為 75BF003，分配方式為三相六拍，功率為 120w，電機轉(zhuǎn)速為 1250r/min，步距角 1.5。由于步進電機采用三相六拍分配方式，選用三相步進電機CH250 工作狀態(tài)的環(huán)行分配器 CH250，其工作狀態(tài)如表：R1 R2 CL EN J3r J3l J6r J6l 功能0 0 0 下降沿 0 0 1 0六拍（1-2 相） 正轉(zhuǎn)0 0 0 下降沿 0 0 0 1 反轉(zhuǎn)設(shè)計采用 CH250 各端口的工作狀態(tài)來控制電機，要使電

22、機正、反轉(zhuǎn)只要改變 J6r、 J6l 的狀態(tài)，步進電正轉(zhuǎn)子程序：zz: ；正轉(zhuǎn)子程序(采用循環(huán)嵌套) mov p1,Alcall yszcx loop1: move Rl ,A mov p1,Ainc R0 cjneR0,#0FFh,yszcx movR0,#00hinc R1cjne R1,#030h,loop1 mov R1,#00hjxzz: mov p1,A jxzz1: move Rl, A mov p1,Adjnz R2,yszcx1 djnz R4,fin步進電機反轉(zhuǎn)子程序：fz: ；反轉(zhuǎn)子程序(采用循環(huán)嵌套) mov p1,Alcall yszcxloop3: move Rl

23、,A ；循環(huán) 30ffh 次mov p1,A inc R0cjne R0,#0FFh,yszcx mov R0,#00hinc R1cjne R1,#030h,loop3 mov R1,#00hjxfz: mov p1,Ajxfz1: move Rl, A ；循環(huán) bfh 次mov p1,Adjnz R2,yszcx1 djnz R4,fin4步進電轉(zhuǎn)速的確定控制步進電機的運行速度實際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出的步進脈沖的頻率或者換相的周期。系統(tǒng)可以采用兩種辦法來確定步進脈沖的周期，一種是延時，另一種是用定時器。延時的方法是通過調(diào)用延時子程序的方法來實現(xiàn)，它占用CPU 時間，定時器方法是通過設(shè)置定時時

24、間常數(shù)的方法來實現(xiàn)。在本設(shè)計中采用8031 內(nèi)的定時計數(shù)器來實現(xiàn)延時功能。當槽輪機構(gòu)轉(zhuǎn)一圈帶動轉(zhuǎn)塔軸使刀架轉(zhuǎn)過 45 度時，二級齒輪傳動中的大齒輪剛好轉(zhuǎn)過一圈。已知傳動比為 14/65 和 14/96，步距角為 1.5，因此當大齒輪轉(zhuǎn)過 360 度時所需要的脈沖數(shù)為： n=360/1.5（1414）/（6596）=7641電的運行速度為每秒 1250 步，即為 1250pps，則周期為 50us，系統(tǒng)采用的晶振頻率為 12MHz，則機器周期為 1us。定時器應(yīng)該每 50 個周期停止一次，用定時器 TIMER0 來控制電的運行速度。由于定時器實行加計數(shù)，因此將 50 轉(zhuǎn)換為 16 進制數(shù)為 32

25、H，再轉(zhuǎn)換為補碼為 FFCEH，在此基礎(chǔ)上加上 50 即產(chǎn)生溢出。但由于采用這種定時程序只能產(chǎn)生不精確的定時，這是由于從定時器裝載完成重新啟動開始到申請中斷共經(jīng)過 50 個機器周期，而從申請中斷到系統(tǒng)產(chǎn)生中斷，再到中斷服務(wù)程序中對定時器進行加載都需要花一定的時間，這個時間形成附加的延時，導致電運行速度與實際設(shè)定不相符。因此，為了實現(xiàn)精確定時需要將上述時間計算在內(nèi)，所以應(yīng)將定時器中 TL0 與 TH0 兩字節(jié)中已經(jīng)計入的機器周期加在裝載值的補碼上，同時，在裝載過程中需要停定時器，裝載完成后再開定時器，實際的裝載值也應(yīng)當將這段時間算在內(nèi)，經(jīng)計算可以知道，定時器需停 7個機器周期，因此把 50 的步

26、碼 FFCEH 加上 7 后得 FFD6H 作為裝載值先存在中間單元 R6 和R7 內(nèi)，R6 中存低 8 位，R7 中存高八位，程序為：yszcx: ；延時子程序,延時 50usmov mov movTmod,#01H ；使用方式 1 TH0,#0FFH ；賦給定時器的初值 TL0,#D6Hsetb TR0loop2:JNB TF0,jxzz1 sjmp loop2ret setb TR1 ；開定時器loop:JNB TF0,loop1 ；中斷查詢sjmp loop retyszcx1:mov Tmod,#01h mov TH0,#0FFhmov TL0,#D6h setb TR0 setb

27、TR14換刀方向的判斷當自動回轉(zhuǎn)刀架在進行換刀時應(yīng)選擇就近換刀，即當前使用的刀具為 1#刀時，若要換成第 8#刀則應(yīng)當先選擇最近的換刀路線為 1#-8#而非1#-2#-3#-4#-5#-6#-7#-8#，因此需要先判斷電省換刀時間，提高效率。判斷轉(zhuǎn)向子程序為：的轉(zhuǎn)向，這樣可以節(jié)zx: mov inc；判斷轉(zhuǎn)向子程序Rl ,A R4cjne A,30h,zx ；30h 的地址空間內(nèi)存放當前使具的代碼mov mov30h,31h ；換刀后的當前使A,R4 ；將移位的次數(shù)賦給A具subb A,#04h ；判斷移位的次數(shù)是否大于 4 次,以判斷正反轉(zhuǎn)jnz cpl add mov mov mov mo

28、v clr mov movjxfz ；如果移位次數(shù)大于四次則跳轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)子程序A A,#01h R4,A R0,#00h R1,#00hR2,#0bfh c20h,#0f8h ；電機a 相通電時p1 口的狀態(tài)A,20h5鍵盤掃描子程序： KEY1：MOV A，#00HMOV SBUF，A ；使掃描鍵盤的輸出為 00H，使所有列線為 0KL0：JNB TI，KL0 ；串行輸出完否？CLR TI ；清 0 中斷標志KL1：JNB PB.0,PK1 ；第一行鍵中有閉合鍵嗎？ JB PB.1,KL1 ；在第二行鍵中有閉合鍵嗎？ PK1：ACALL DL10 ；調(diào)用延時子程序 DL10JNB PB.0,P

29、K2 ；是否抖動引起的？JB PB.1，KL1PK2：MOV R7，#04H ；不是抖動引起的MOV R6，#0FEH ；判別是那一個鍵按下，跳 PK1 進行處理MOV R3，#00H MOV A，R6KL5：MOV SBUF，AKL2；JNB PB.0，PKONE ；是第一行某鍵否JB PB.1，NEXT ；是第二行某鍵否MOV R4，#04H ；第二行鍵中有鍵被按下AJMP PK3PKONE：MOV R4，00H ；第一行鍵中有鍵按下PK3：MOV SBUF，#00H ；等待鍵KL3：JNB PB.0，KL3JNB MOV ADD RETPB.1，KL3 A，R4 A，R3NEXT：MOV

30、 A，R6 RL AMOV R6，A INC R3DJNZ R7，KL5 ；四列鍵都檢查完否？AJMP KEYI ；掃描完畢，開始下一個掃描周期DLI0：MOV R7，0AH ；延時 10ms 子程序DL： MOV R6，#0FFH DL6：DJNZ R6，DL6 DJNZ R7，DLRET6自動回轉(zhuǎn)刀架單片機控制程序的設(shè)計綜上所述，采用單片機控制電00f0h mov R4,#00h轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速的程序為：lcall yszcx；r4 中將存放刀具轉(zhuǎn)過工位的個數(shù)mov movA,31h ；31h 的地址空間內(nèi)存放即將換上的刀具的DPTR,#00f0h ；存放刀具代碼的表格的首地址movc A,TR

31、mov clr zx: mov inc31h,A ；將即將換上的刀具的代碼存放到 31h c；判斷轉(zhuǎn)向子程序Rl, A R4cjne A,30h,zx ；30h 的地址空間內(nèi)存放當前使具的代碼mov mov30h,31h ；換刀后的當前使A,R4 ；將移位的次數(shù)賦給a具subb A,#04h ；判斷移位的次數(shù)是否大于 4 次,以判斷正反轉(zhuǎn)jnz cplfz ；如果移位次數(shù)大于四次則跳轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)子程序Aadd mov mov mov mov clr mov mov zz: movA,#01h R4,A R0,#00h R1,#00h R2,#0BFhc20h,#0F8h ；電機a 相通電時p1 口

32、的狀態(tài)A,20h；正轉(zhuǎn)子程序(采用循環(huán)嵌套) p1,Alcall yszcx loop1: mov Rl ,A mov p1,Ainc R0cjne R0,#0FFh,yszcx mov R0,#00hinc R1cjne R1,#D6h,loop1 mov R1,#00hjxzz: mov p1,A jxzz1: mov Rl ,A mov p1,Adjnz R2,yszcx1 djnz R4,finyszcx: ；延時子程序,延時 200usmov mov movTmod,#01h ；使用方式 1 TH0,#0FFh ；賦給定時器的初值 TL0,#D6hsetb TR0setb TR1 ；

33、開定時器loop:jnb TF0,loop1 ；中斷查詢sjmp loop retyszcx1:mov Tmod,#01h mov TH0,#0FFhmov TL0,#D6h setbTR0setb TR1loop2:jnb TF0,jxzz1 sjmp loop2retfz: ；反轉(zhuǎn)子程序(采用循環(huán)嵌套) mov p1,Aloop3: mov Rl, A ；循環(huán) 30ffh 次mov p1,A inc R0cjne R0,#0FFh,yszcx mov R0,#00hinc R1cjne R1,#D6h,loop3 mov R1,#00hjxfz: mov p1,Ajxfz1: mov Rl

34、 ,A ；循環(huán) bfh 次mov p1,Adjnz djnz fin: tab: endR2,yszcx1 R4,fin nopDB 01h,02h,04h,08h,10h,20h,40h,80h7程序流程圖8單片機的擴展對于 8031 單片機片內(nèi)沒有程序器，需和鎖存器 74LS373、片外程序器（本設(shè)計采用 2764）單片機的最小應(yīng)用系統(tǒng)。8031 單片機的擴展電路（詳見圖紙 0101 右部分）元件列表：元件名稱 型號 數(shù)量單片機鎖存器程序 9光電8031KB 174LS373 1器 2764 1電路的設(shè)計為了防止強電干擾及其它干擾信號通過 I/O 控制電路進入計算機，影響其工作，通常的辦法

35、是首先采用濾波吸收，抑制干擾信號的產(chǎn)生，然后采用光電的辦法，使微機與強電部分不共地，阻斷干擾信號的傳導。光電電路主要由光電藕合器的光電轉(zhuǎn)換元件組成。控制輸出時微機輸出的控制信號經(jīng) 74LS04 非門反相后，加到光電偶合器的發(fā)光二極管正端。當控制信號為時，經(jīng)反相后加到發(fā)光二極管正端的電平為低電平，因此發(fā)光二極管不導通，沒有光發(fā)出，這時光敏三極管截止，輸出信號幾乎等于加在光敏三極管集電極的電源電壓。當控制信號為低電平時，發(fā)光二極管導通發(fā)光，光敏三極管接收發(fā)光二極管發(fā)出的光導通，于是輸出的電平幾乎為零。信息通過光電轉(zhuǎn)換，單向傳遞，又由于光電偶合器輸入與輸出之間的絕緣電阻非常大，寄生電容很小，因此干擾信號很難從輸出端反饋到輸入端，從而起到作用。在自動回轉(zhuǎn)刀架控制電路中使用光電可以防止強電對單片機產(chǎn)生的干擾，提高了電路的可靠性。本設(shè)計共采用了四套光電電路。光電耦合電路圖（圖紙部分）所示元件列表：元件名稱 型號（大小） 數(shù)量非門 74LS04 3發(fā)光二極管 3光敏三極管 3電阻 1 1K 3電阻 2 3.3K 310驅(qū)動電路的選擇根據(jù)自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀時間及步進電的參數(shù)可知其運行頻率較高，因此需采用性能較好的功率放大電路。本設(shè)計采用高低壓功率放大電路（電路圖圖紙左下角部分）。采用脈沖變壓器 TI 組成的高壓控制電路原理圖。無脈沖輸入是，VT1、VT2、VT3、VT4 均截止，電