下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763摘要如今，由于工作臺操作簡單，精度高，能夠滿足一般生產(chǎn)需求。正因為如此，所以它廣泛應(yīng)。本文主要研究的是兩維步進(jìn)單片機(jī)控制工作臺的控制部分。主要的任務(wù)就是用單片機(jī)實現(xiàn)兩個步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度的控制。本控制系統(tǒng)可以由鍵盤輸入運行的步數(shù)，由LED管顯示，信號經(jīng)單片機(jī)轉(zhuǎn)換，采用軟件對信號進(jìn)行環(huán)形分配，利用光電隔離器進(jìn)行光電隔離，經(jīng)功率放大器進(jìn)行信號的放大，用放大的信號來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的運行。由各個功能鍵控制系統(tǒng)的運行，按啟動鍵后，步進(jìn)電機(jī)按照輸入的步數(shù)進(jìn)行走步；如在運行期間按停止鍵，則步進(jìn)電機(jī)停止運行。工作臺的兩頭都有行程開關(guān)，如果超出了極限位置，行程開關(guān)閉合，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，并且蜂鳴器報警。關(guān)鍵詞工作臺；步進(jìn)電機(jī)；單片機(jī)下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763ABSTRACTNOWADAYS,THEWORKBENCHISEASYTOOPERATE,THEPRECISIONISHIGH,ANDITCANMEETTHEGENERALLYPRODUCTIONDEMANDJUSTBECAUSEOFTHIS,SOITISWIDELYUSEDMAINRESEARCHOFTHISPAPERISTHATTHEPARTOFCONTROLOFTHETWODIMENSIONSTEPPINGSINGLECHIPMICROCOMPUTERCONTROLWORKBENCHTHEMAINTASKISTOREALIZETWOSTEPPINGMOTORSROTATINGPOSITIVEANDNEGATIVELYANDCONTROLOFPACEWITHSINGLECHIPMICROCOMPUTERTHERUNNINGSTEPSAREINPUTBYKEYBOARDINTHISCONTROLSYSTEM,DISPLAYEDBYTHELEDTUBETHESIGNALISTRANSFORMEDBYSINGLECHIPMICROCOMPUTERTHESIGNALLOOPALLOTTERISACHIEVEDBYSOFTWARETHEPHOTOELECTRICITYSECLUSIONISACHIEVEDBYELECTROOPTICALDISCONNECTORTHESIGNALISENLARGEDBYPOWERAMPLIFIERTHENTHESIGNALCANRUNTHESTEPPINGMOTORTHESYSTEMSRUNISCONTROLLEDBYFUNCTIONALKEYSSTEPPINGMOTORWILLRUNTOTHEGIVENSTEPSIFTHE“START”KEYISPRESSEDMEANWHILE,STEPPINGMOTORWILLSTOPIFTHE“STOP”KEYISPRESSEDTHEREARELIMITSWITCHESONTHETWOHEADSOFTHEWORKBENCH,IFTHEWORKBENCHGOBEYONDTHETERMINALPOSITION,THELIMITSWITCHISOFF,THESTEPPINGMOTORWILLBESTOPATONCE,ANDTHEBUZZERSCREAMKEYWORDSWORKBENCHSTEPPINGMOTORSINGLECHIPMICROCOMPUTER下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763買文檔送全套圖紙扣扣414951605目錄1緒論111課題研究的背景112工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀與方向113本課題研究的范圍和意義314步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀315單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀42控制系統(tǒng)的總體設(shè)計621系統(tǒng)總體方案622機(jī)械系統(tǒng)623控制系統(tǒng)設(shè)計6231接口設(shè)計6232控制方案的選擇7233伺服系統(tǒng)設(shè)計73控制系統(tǒng)的設(shè)計方案831硬件系統(tǒng)設(shè)計8311系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)8312步進(jìn)電機(jī)8313微處理器的選擇15314鍵盤操作的接口電路設(shè)計17315顯示部分操作的接口和電路設(shè)計21316報警電路的設(shè)計24317單片機(jī)與PC機(jī)的通信25318系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計2632軟件系統(tǒng)設(shè)計28321軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計28322系統(tǒng)的程序流程29結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄43下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976311緒論11課題研究的背景當(dāng)今社會，隨著科技的發(fā)展，工作臺的應(yīng)用越來越廣泛?，F(xiàn)在的工作臺廣泛用于焊接，點膠，打孔，包裝，取料等各類精密位置控制設(shè)備的應(yīng)用等。人們對工作臺的研究從來沒有停止過。為了滿足不同的要求，出現(xiàn)了各式各樣的工作臺。例如，用于普通畫線用的二維工作臺，具有防靜電功能的防靜電工作臺，還有回轉(zhuǎn)工作臺可用于分度，用于高精度的加工的納米微動工作臺等。隨著人類的進(jìn)步，越來越多并且越來越好的工作臺將會被制造出來，來滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。12工作臺的發(fā)展現(xiàn)狀與方向（1）納米級微動工作臺的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢納米級微動工作臺為從事納米科學(xué)技術(shù)研究提供一維、二維或三維的納米級微運動，是納米科學(xué)技術(shù)研究應(yīng)必備的關(guān)鍵儀器設(shè)備?，F(xiàn)代納米科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展對微動工作臺提出了迫切的更高要求，即在提供大范圍運動的前提下，還應(yīng)具有納米級的運動精度。在為納米科學(xué)技術(shù)研究提供小范圍納米級精度的微運動時，最常見的是以壓電陶瓷PZT作為驅(qū)動部件的柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)微動工作臺，要為納米科學(xué)技術(shù)研究提供大范圍納米級精度的微運動時，柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)、壓電堆、絲桿滑動機(jī)構(gòu)和氣浮微動工作臺等卻都不能滿足要求，它們不能同時實現(xiàn)納米級運動精度和大運動范圍。磁懸浮微動工作臺由于運動平臺和驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用非接觸的磁懸浮驅(qū)動技術(shù)，因此，易于實現(xiàn)大范圍納米級微運動，并且消除了摩擦、磨損對運動精度造成的影響。納米級微動工作臺的研究現(xiàn)狀I(lǐng)柔性鉸鏈?zhǔn)轿庸ぷ髋_柔性鉸鏈微動機(jī)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型的微位移機(jī)構(gòu)。它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積很小，可以做到無機(jī)械摩擦、無間隙，具有較高的位移分辨率，可達(dá)1NM。使用壓電或電致伸縮器件驅(qū)動，可以實現(xiàn)亞微米甚至是納米級的精度，同時不產(chǎn)生噪音和發(fā)熱，可適于各種介質(zhì)環(huán)境工作，是精密機(jī)械中理想的微位移機(jī)構(gòu)。已在航空、宇航、微電子工業(yè)部門、精密測量和生物工程領(lǐng)域獲得重要的應(yīng)用。由于它的出現(xiàn),開創(chuàng)了精度進(jìn)入納米的新時代。II滾動導(dǎo)軌式微動工作臺滾動導(dǎo)軌也是微動工作臺中一種常見的導(dǎo)軌形式，它具有行程大,運動靈活、結(jié)構(gòu)簡單、工藝性好、容易實現(xiàn)較高的定位精度的優(yōu)點，采用滾珠導(dǎo)軌作為微動工作臺的支承和導(dǎo)向元件，直流伺服電機(jī)傳動、實現(xiàn)了對自動分步重復(fù)光刻機(jī)的微定位控制。III磁懸浮式微動工作臺下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605懸浮式微動工作臺由于運動平臺和驅(qū)動機(jī)構(gòu)采用非接觸式的磁懸浮驅(qū)動技術(shù)，因此沒有摩擦力和機(jī)械部件的磨損，易于實現(xiàn)高精度、大范圍的要求。納米級微動工作臺發(fā)展趨勢及需要解決的問題大范圍、高精度是納米科技對微動工作臺提出的新要求，然而大行程和高精度是微動技術(shù)中的一對矛盾。因此微動工作臺的未來研究方向應(yīng)圍繞如何解決這一對矛盾展開。I多種微運動相結(jié)合技術(shù)結(jié)合多種微動方法以彌補(bǔ)各自的不足仍然是解決以上問題的主要辦法，比如在現(xiàn)有研究已經(jīng)成熟的各種微動工作臺基礎(chǔ)上，妥善解決好其中兩種或者多種微動工作臺間的兼容性，解決好機(jī)械結(jié)構(gòu)間的裝配誤差、多種平臺間的定位誤差，采用粗動和微動相結(jié)合的方法，粗動臺用以完成快速大范圍，微動工作臺實現(xiàn)高精度，也就是說通過微動工作臺對粗動工作臺由于運動所帶來的誤差進(jìn)行精度補(bǔ)償，以此實現(xiàn)大范圍、高精度的要求。II新型納米級微動工作臺的研究運動方向間的交叉耦合嚴(yán)重影響納米微動工作臺的定位精度，因此需進(jìn)一步研究運動導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，從運動原理上有效地消除運動方向間的交叉耦合產(chǎn)生的定位誤差，提高納米級微動工作臺的定位精度。III改進(jìn)控制策略，如采用建立遲滯和蠕變數(shù)學(xué)模型進(jìn)行開環(huán)控制來避免因反饋而可能引起的不穩(wěn)定問題,采用自適應(yīng)控制消除建模的誤差和參數(shù)的不確定性及系統(tǒng)環(huán)境的變化等因數(shù)對系統(tǒng)精度的影響，提高系統(tǒng)的魯棒性。采用模糊控制、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制等方法改善系統(tǒng)的非線性和不確定性。IV磁懸浮微動工作臺性能的進(jìn)一步提高在現(xiàn)有磁懸浮微動工作臺基礎(chǔ)上，充分考慮磁滯非線性、磁飽和以及高次諧波對系統(tǒng)精度的影響，解決運動控制和定位技術(shù)，從而實現(xiàn)納米級精度的大范圍運動。隨著微米、納米科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，納米級微動工作臺的研究正日益受到國內(nèi)外的重視。但因受到機(jī)械加工精度、控制精度和機(jī)構(gòu)復(fù)雜性等技術(shù)水平的制約，其精度和運動范圍還受到一定影響，隨著對微動工作臺的深入研究,結(jié)構(gòu)合理、高精度和高分辨率的微動工作臺必將不斷問世。（2）旋轉(zhuǎn)升降式工作臺的發(fā)展趨勢多種多樣的升降工作臺有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。許多工業(yè)企業(yè)除了在生產(chǎn)線上或生產(chǎn)線外使用升降工作臺以外，往往還利用升降工作臺來運送較大的工件。例如在物資入庫的時候，人們可以利用升降工作臺首先將成批的鋼材運送到指定的貨架處，然后再存放到貨架的不同規(guī)格格層中或者在室外，將工作臺升降到合適的工作高度或者將單臂吊之類的起重設(shè)備運送到室外讓它在室外工作等等。在2002年的漢諾威博覽會上，BOLZONIAURAMO有限責(zé)任公司推出他們開發(fā)生產(chǎn)的移動式升降工作臺。該公司的設(shè)計師們設(shè)計的升降工作臺帶有運動裝置使升降的物體重通過運動設(shè)備的輪子傳遞到地面，從而可以使升降工作臺在任何器要它的地點發(fā)揮作用。這下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605移動式的結(jié)構(gòu)設(shè)計也可“移植”到超薄型升降工作臺的設(shè)計中。尤其是在汽車制造業(yè)中使用更為頻繁。這種升降工作臺不需要液壓驅(qū)動系統(tǒng)，幾乎不需要維護(hù)保養(yǎng)。早在20年前,FLEXLIFT公司就研制開發(fā)出了機(jī)械式升降工作臺。但是在今天機(jī)電一體化驅(qū)動技術(shù)取得了重大進(jìn)步之后,才使機(jī)械式升降工作臺也有了較大的發(fā)展。13本課題研究的范圍和意義本課題研究的是XY工作臺的控制部分，主要的任務(wù)就是通過單片機(jī)實現(xiàn)對兩個步進(jìn)電機(jī)的控制。包括速度，轉(zhuǎn)向等的控制。采用并行控制方式。通過鍵盤可以輸入控制的運行步數(shù)，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，運行出錯時候可以急停鍵停止，還有其他的一些操作等都可以通過鍵盤實現(xiàn)。本系統(tǒng)的顯示功能是利用8位的數(shù)碼管實現(xiàn)運行步數(shù)的顯示，在工作臺運行超過極限位置時候，安裝在工作臺兩端的行程開關(guān)會被按下，產(chǎn)生電流信號，通過光電轉(zhuǎn)換裝置，向單片機(jī)發(fā)出信號，經(jīng)單片機(jī)發(fā)出信號，蜂鳴器報警，報警的同時，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。通過本課題的學(xué)習(xí)與研究，使我了解工作臺的工作原理，知道了單片機(jī)的發(fā)展與簡單的應(yīng)用，對步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，工作原理有了更進(jìn)一步的理解。使我認(rèn)識了很多的電子元件，懂得了許多的控制方面的知識。14步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀步進(jìn)電機(jī)最早是在20年代由英國人所開發(fā)。20年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。往后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指令動作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。（1）步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)依其構(gòu)造上的差異可分為三大類可變磁阻式（VR型）轉(zhuǎn)子以軟鐵加工成齒狀，當(dāng)定子線圈不加激磁電壓時，保持轉(zhuǎn)矩為零，故其轉(zhuǎn)子慣性小、響應(yīng)性佳，但其容許負(fù)荷慣性并不大。其步進(jìn)角通常為15。永久磁鐵式（PM型）轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁化方向為輻向磁化，無激磁時有保持轉(zhuǎn)矩。依轉(zhuǎn)子材質(zhì)區(qū)分，其步進(jìn)角有45、90及75、1125、15、18等幾種?；旌褪剑℉B型）轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù)極的形式，兼有可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)及永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢4149516052）步進(jìn)電機(jī)的歷史步進(jìn)電機(jī)在我國已有幾十余年的生產(chǎn)史，近幾年，大規(guī)模集成電路及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步推動了步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)進(jìn)步和廣泛應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計，全世界步進(jìn)電機(jī)的年產(chǎn)量已達(dá)一億多臺，市場銷售量占世界微電機(jī)銷售總量的左右。步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展依賴計算機(jī)外設(shè)和辦公自動化機(jī)械的發(fā)展。我國計算機(jī)工業(yè)雖然起步晚，但經(jīng)過三十年的努力，已經(jīng)初具規(guī)模。我國早在六十年代中期開始致力于步進(jìn)電機(jī)的研究和開發(fā)，直到20世紀(jì)80年代，一直是磁阻式步進(jìn)電動機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電動機(jī)是80年代后期才開始發(fā)展，至今仍然是二種結(jié)構(gòu)類型同時并存。盡管新的混合式步進(jìn)電動機(jī)完全可能替代磁阻式電動機(jī)，但磁阻式電動機(jī)的整機(jī)獲得了長期應(yīng)用，對于它的技術(shù)也較為熟悉，特別是典型的混合式步進(jìn)電動機(jī)的步距角（09/18）與典型的磁阻式電動機(jī)的步距角（075/15）不一樣，用戶改變這種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不是很容易的，這就使得兩種機(jī)型并存的局面難以在較短時間內(nèi)改變。這種現(xiàn)狀對步進(jìn)電動機(jī)的發(fā)展是不利的。（3）步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展趨勢小型化、高精度計算機(jī)外部設(shè)備趨向小型，也就要求永磁式和混合式步進(jìn)電機(jī)向小機(jī)座號發(fā)展，目前直徑為39、42的步進(jìn)電機(jī)使用就較多。電機(jī)與線路一體化機(jī)電一體化的步進(jìn)電機(jī)更受到用戶的歡迎，雖然控制線路的成本比較高，但與電機(jī)組成一體化產(chǎn)品后更便于整機(jī)使用。多功能新一代的磁盤與光盤需要具有兩個自由度的圓柱式步進(jìn)電機(jī)，直接完成橫向運動和旋轉(zhuǎn)運動兩個功能，這種產(chǎn)品在日本電話電信公司已有產(chǎn)品。另外，美國已推出帶電傳感器的步進(jìn)電機(jī)，能自檢位置和轉(zhuǎn)速。直線小步距、高分辨率據(jù)日本和歐美國家報道，此類步進(jìn)電機(jī)已制成步距為01微米，在40英寸/秒的線速度下產(chǎn)生50磅推力，分辨率達(dá)12500步/英寸，定位精度為0001英寸。新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)步進(jìn)電機(jī)總的發(fā)展趨向是增大出力、提高精度、改善動態(tài)特性，為此已出現(xiàn)一種盤式、軸向氣隙的新結(jié)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)。同時，還在研究采用如高磁能積的鐵氧體、稀土、壓電等新材料。15單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀隨著目前微電子技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)工藝的不斷提高，單片機(jī)技術(shù)也有了長足的進(jìn)步。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605片機(jī)在最近幾年中得到了極大的發(fā)展，目前世界范圍內(nèi)單片機(jī)發(fā)展的主要領(lǐng)域有4個一是歐美，最新開發(fā)產(chǎn)品及主要廠商有NATIONALSEMICUNDUTOR的COP8系列單片機(jī)，美國的SCENIX的八位單片機(jī)，荷蘭PHILLIPS的51系列單片機(jī)，美國AMD公司186系列16位嵌入式微機(jī)控制器，MOTOROLA的各個系列單片機(jī)；二是日本，TOSHIBA公司開發(fā)了從4位到64位多系列單片機(jī)，日立公司也有從4位到32位多系列單片機(jī)，NEC公司的75X、78X系列微機(jī)；三是臺灣地區(qū)，主要有WINBOND的W741/W516,W78/W77等系列產(chǎn)品微控制器；四是韓國，主要有HYUNDAIMICROELECTRIONICS的GMS800、GMS30系列微控制器。另外還有LG公司也生產(chǎn)單片機(jī)，可見單片機(jī)發(fā)展到今天可以說種類繁多、性能各異。但目前我國的許多單片機(jī)應(yīng)用單位仍停留在采用片內(nèi)無ROM等低檔單片機(jī)狀態(tài)。當(dāng)國內(nèi)從80年代起開始了單片機(jī)的熱潮,二十多年過去了，單片機(jī)從研究所走出來,成為日常生活中的一個不可缺少的部件。硬件方面日趨多樣化，4位、8位、16位、32位等型號共同并存,在不同的領(lǐng)域存在,如家電、玩具、工業(yè)設(shè)備、儀器、通訊等。軟件方面發(fā)展主要為匯編語言、C語言、嵌入式操作系統(tǒng)。速度、穩(wěn)定性特別要求的場合較多采用匯編語言和C語言。單片機(jī)作為微型計算機(jī)的一個重要分支,應(yīng)用面很廣，發(fā)展很快。自單片機(jī)誕生至今，已發(fā)展為上百種系列的近千個機(jī)種。目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976362控制系統(tǒng)的總體設(shè)計21系統(tǒng)總體方案圖21總體設(shè)計圖22機(jī)械系統(tǒng)傳動機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副與齒輪減速。導(dǎo)向機(jī)構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌。執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用步進(jìn)電機(jī)。23控制系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)選用的微型機(jī)是8051單片機(jī)，采用開環(huán)的控制方式，采用三相六拍步進(jìn)電機(jī)。圖22開環(huán)控制流程圖231接口設(shè)計（1）人機(jī)接口下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605用鍵盤作為輸入。采用矩陣式鍵盤，用20個鍵來控制步進(jìn)電機(jī)。采用蜂鳴器作為警報裝置。采用數(shù)碼管作為顯示器。采用八段數(shù)碼管作為步數(shù)的顯示。（2）機(jī)電接口采用光電偶合器作為微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的接口，實現(xiàn)電氣隔離，以保護(hù)單片機(jī)。232控制方案的選擇控制的方案不外乎有三種開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。上圖為最簡單的“開環(huán)控制”，若在“機(jī)械傳動”機(jī)構(gòu)中引出反饋給控制部分，在經(jīng)過比較放大的則為“半閉環(huán)控制”。如若是在機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中引出反饋則為閉環(huán)控制。開環(huán)控制特點是簡單，控制精度低?？刂频木韧耆Q于所用元件的精度和校準(zhǔn)的精度，且抗干擾的能力差。但由于其結(jié)構(gòu)簡單、成本低。在精度要求不高的情況下，有一定的使用價值。閉環(huán)控制特點是控制精度高，抗干擾能力強(qiáng)。缺點是使用的元件多，線路復(fù)雜，系統(tǒng)的分析和設(shè)計都比較麻煩。半閉環(huán)特點是控制的精度介于閉環(huán)和開環(huán)之間。采用步進(jìn)電機(jī)來實現(xiàn)驅(qū)動，一般情況下多采用開環(huán)控制。因為步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與控制器提供的脈沖數(shù)有正比的關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速與控制器提供的脈沖頻率成正比。因此通常在精度要求不是很高時，負(fù)載不是很大的情況下采用步進(jìn)電機(jī)是合理的。下圖為開環(huán)控制的框圖計算執(zhí)行受控對象給定值干擾被控量圖23開環(huán)控制框圖233伺服系統(tǒng)設(shè)計由于本系統(tǒng)的精度要求不高，載荷不大，再考慮了其經(jīng)濟(jì)要求等因素后，決定采用開環(huán)控制。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976383控制系統(tǒng)的設(shè)計方案31硬件系統(tǒng)設(shè)計311系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)計算機(jī)的硬件和軟件是相互結(jié)合而工作的，有些任務(wù)必須由硬件來實現(xiàn)，另外有些任務(wù)必須由軟件來實現(xiàn)。但是也有一些任務(wù)可以由軟件來完成，也可由硬件來完成。一般來說，增加硬件會提高成本，但能簡化設(shè)計程序，且實時性好。反之，加重軟件任務(wù)，會增加編程調(diào)試工作量，但能降低硬件成本。所以要合理的安排軟、硬件的結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)速度的控制是由改變發(fā)出脈沖的時間間隔來實現(xiàn)的，用定時器來控制發(fā)出脈沖的時間間隔，這樣更能發(fā)揮硬件實時性的優(yōu)勢，同時能夠減輕軟件的任務(wù)。由于本工作臺控制系統(tǒng)采用單片機(jī)作為核心部件，利用單片機(jī)構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)從元件級進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，根據(jù)任務(wù)需要，選擇合理的單片機(jī)并配置必須的存儲器、接口和外圍設(shè)備來構(gòu)成系統(tǒng)。在進(jìn)行系統(tǒng)的擴(kuò)展和配置設(shè)計時考慮了以下原則（1）盡可能的選擇典型電路，并符合單片機(jī)的常規(guī)用法。為硬件系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化打下良好的基礎(chǔ)。（2）系統(tǒng)的擴(kuò)展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能的要求，并留有適當(dāng)?shù)挠嗟兀员氵M(jìn)行二次開發(fā)。（3）硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。硬件結(jié)構(gòu)與軟件方案會產(chǎn)生相互影響?？紤]的原則是，軟件能實現(xiàn)的功能盡可能的由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件電路。但是由軟件實現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)的時間要比直接用硬件實現(xiàn)的時間長，而且占用CPU時間。（4）整個系統(tǒng)中的相關(guān)的器件要盡可能的做到性能匹配。（5）單片機(jī)外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力，增設(shè)線驅(qū)動器或者減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。根據(jù)以上設(shè)計原則及結(jié)構(gòu)框圖，逐一設(shè)計出每個單元電路，最后組合起來，成為完整的硬件系統(tǒng)。312步進(jìn)電機(jī)圖31為三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理圖，其定子上有六個極，每個極上裝有控制繞組，每相對的兩極組成一相。轉(zhuǎn)子上有四個均勻分布的齒，其上沒有繞組，當(dāng)A相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子在磁場力的作用下與定子齒對齊，即轉(zhuǎn)子齒1、3和定子齒A、A對齊，如圖31（A）所示。若切斷A相，同時接通B相，在磁場力作用下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30，轉(zhuǎn)子齒2、4和定子齒B、B對齊，如圖31（B）所示，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角。如再使B相斷電，同時C相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子齒C、C對齊，下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605圖31（C）所示。如此循環(huán)往復(fù)，并按ABCA順序通電，步進(jìn)電機(jī)按一定方向轉(zhuǎn)動。電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于控制繞組接通和斷開的變化頻率。（A）（B）（C）圖31三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)單三拍工作時工作原理圖實際的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心和定子磁極上均有小齒，齒距相等。定子和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)要有一定比例的配合，即要求在某一相的一對極下，定子和轉(zhuǎn)子的齒一一對齊，而此時在其它兩相的磁極下，定子和轉(zhuǎn)子的齒要分別錯開一定的角度。這樣，如果步進(jìn)電機(jī)的三相繞組按一定的方式通電，那么它就以一定的步矩角進(jìn)行走步。步進(jìn)電機(jī)的步距角的大小是由轉(zhuǎn)子的齒數(shù)、控制繞組的相數(shù)和通電方式?jīng)Q定，它們之間存在以下關(guān)系式SCMZR360（31）式中，為步距角；C為通電狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單相或雙相通電方式時，C1；而采S用單、雙相輪流通電方式時，C2；M為步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)；ZR為步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)?？刂评@組通電狀態(tài)的改變，是由外加輸入脈沖驅(qū)動電路來實現(xiàn)的。每當(dāng)外電路送入一個脈沖，控制繞組的通電狀態(tài)即改變一次，與此對應(yīng)步進(jìn)電機(jī)將轉(zhuǎn)動一個步距角。因此步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過的步距角數(shù)等于外加脈沖數(shù)，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為N式CMFZR60（32）式中F為步進(jìn)電機(jī)通電的脈沖頻率，單位為HZ；N為步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為R/MIN。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速用步矩角表示為N式（33）360CMFRFCMR360FS由式（31）和（32）可知，電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)越多，則步距角就越小，電機(jī)在脈沖頻率一定時的轉(zhuǎn)速也越低。當(dāng)電機(jī)的相數(shù)和轉(zhuǎn)子的齒數(shù)一定時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和輸入的脈沖頻率成正比。因此，改變輸入的脈沖頻率就可以改變轉(zhuǎn)速，改變通電狀態(tài)順序就可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)。由于這些特性，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，能夠按照控制命令實現(xiàn)啟下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976310動、停止、升速、降速、正反轉(zhuǎn)等操作。3121步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成舊式的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)由步進(jìn)控制器、功率放大器和步進(jìn)電機(jī)組成，如圖32所示。步進(jìn)控制器包括緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門等其作用是把輸入脈沖變?yōu)榄h(huán)形脈沖，以便實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動和正反向控制。功率放大器的作用是將步進(jìn)控制器輸出的環(huán)形脈沖加以放大，以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動。在這種控制中，由于步進(jìn)控制器線路復(fù)雜，成本高，限制了它的應(yīng)用。圖32步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的組成隨著微型計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，采用計算機(jī)控制系統(tǒng)，只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向。這不僅簡化了線路，降低了成本，而且控制方便，提高了可靠性。圖33為微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖33微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3122步進(jìn)電機(jī)的串行和并行控制使用微機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，有串行和并行兩種方式。（1）串行控制具有串行控制功能的單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源之間有較少的連線。將信號送入步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源的為環(huán)形分配器，所以在這種系統(tǒng)中，驅(qū)動電源必須含有環(huán)形分配器。這種控制方式的示意圖見圖34所示。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976311圖34串行控制示意圖（2）并行控制用微型計算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)條端口線直接去控制步進(jìn)電機(jī)各相驅(qū)動電路的方法稱為并行控制。在電機(jī)的驅(qū)動電源內(nèi)，不包括環(huán)形分配器，其功能由微型計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)。并行控制方案示意圖見圖35。圖35并行控制示意圖3123步進(jìn)電機(jī)的失步在步進(jìn)電機(jī)的運行過程中，將可能出現(xiàn)失步，其失步原因有兩種（1）轉(zhuǎn)子的加速度慢于步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場，也就是低于換相速度而產(chǎn)生的。這是因為輸入電機(jī)的電能不足，在步進(jìn)電機(jī)中產(chǎn)生的同步力矩?zé)o法使轉(zhuǎn)子速度跟隨定子磁場的旋轉(zhuǎn)，從而引起失步。（2）轉(zhuǎn)子的平均速度高于定子磁場的平均旋轉(zhuǎn)速度，這時定子通電勵磁的時間較長，大于轉(zhuǎn)子步進(jìn)一步所需要的時間，則轉(zhuǎn)子在步進(jìn)過程中獲得過多的能量，從而產(chǎn)生前沖和后沖的擺動振蕩，當(dāng)振蕩足夠嚴(yán)重時就會導(dǎo)致失步。以步進(jìn)電機(jī)三相單三拍通電方式為例分析步進(jìn)電機(jī)的失步。在圖31中，由B相斷電，接通C相時，轉(zhuǎn)子齒2、4與B相磁極對齊而轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)子齒1、3與C相磁極對齊（圖C），若是由于某一原因造成轉(zhuǎn)子的阻轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩的作用，則轉(zhuǎn)子齒1、3沒有轉(zhuǎn)到與C相磁極對齊的位置，而停留在原處未動的位置（圖B），那么當(dāng)C繞組斷電再接通A相時，受A相磁極影響最大的轉(zhuǎn)子齒1、3仍返回到與A相磁極對齊（圖A）。由此可見，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)發(fā)生失步時，往往丟掉一個通電循環(huán)的步數(shù)或其整數(shù)倍。也就是說步進(jìn)電機(jī)運行時失步的規(guī)律是，所失的步數(shù)是通斷電循環(huán)拍數(shù)的整數(shù)倍。同理在停止過程中，如果負(fù)載超過步進(jìn)電機(jī)的極限制動能力，步進(jìn)電機(jī)將產(chǎn)生滑步或過沖。丟掉的步數(shù)也是循環(huán)拍數(shù)的整數(shù)倍。所以要使步進(jìn)電機(jī)快速的達(dá)到所要求的速度又不失步或過沖，其關(guān)鍵在于使加速過程中加速度所要求的轉(zhuǎn)矩既能充分利用各個運行頻率下步進(jìn)電機(jī)所提供的轉(zhuǎn)矩，又不能超過這個轉(zhuǎn)矩。3124步進(jìn)電機(jī)的的脈沖分配步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)要求按一定的順序及頻率接通和斷開步進(jìn)電機(jī)的控制繞組，這樣步下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976312進(jìn)電機(jī)才能按要求啟動、運轉(zhuǎn)和停止。所以這就需要脈沖分配。以提供步進(jìn)電機(jī)所需要的脈沖信號。要使步進(jìn)電機(jī)按要求步進(jìn)，就要確定的給出脈沖分配，加到功率放大器輸入端。實現(xiàn)脈沖環(huán)行分配的方法有三種。一種是采用計算機(jī)軟件，利用查表或計算的方法來進(jìn)行脈沖的環(huán)行分配。把相應(yīng)的狀態(tài)代碼列入程序數(shù)據(jù)表中，通過軟件可順次在數(shù)據(jù)表中提取數(shù)據(jù)并通過輸出接口輸出即可，通過正向順序讀取和反向順序讀取數(shù)據(jù)表可控制電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)，通過控制讀取一次的時間間隔可控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。該方法能充分利用計算機(jī)軟件資源以降低硬件成本，尤其是對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點。但由于軟件分配法占用計算機(jī)的運行時間，易影響步進(jìn)電機(jī)的運行速度。另一種是采用小規(guī)模集成電路搭接而成的環(huán)行分配器。這種方式靈活性大，可搭接任意相任意通電順序的環(huán)行分配器，同時在工作時不占計算機(jī)的工作時間。第三種即采用專用的環(huán)行分配器件。如市售的CH250即為一種三相步進(jìn)電機(jī)專用環(huán)行分配器。它可以實現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)的各種環(huán)行分配，使用方便、接口簡單。本系統(tǒng)采用軟件分配法來進(jìn)行脈沖的分配。三相六拍工作方式的脈沖分配的時序圖如圖36所示。在此方式下，繞組的通電順序是，正轉(zhuǎn)時，按AABBBCCCAA；反轉(zhuǎn)時，按AACCCBBBAA進(jìn)行。圖36三相六拍脈沖時序圖三相六拍控制方式的通電狀態(tài)參看表31，可知正轉(zhuǎn)時I/O口應(yīng)循環(huán)輸出控制字0X010X030X020X060X040X05，反轉(zhuǎn)時I/O口應(yīng)循環(huán)輸出控制字0X050X040X060X020X030X01。在輸出最后一個控制字0X05（正轉(zhuǎn)）或0X01（反轉(zhuǎn)）后，要修改控制字地址指針，即地址指針重新賦值。表31步進(jìn)電機(jī)三相六拍環(huán)行脈沖分配狀態(tài)表方向節(jié)拍序號通電相C相B相A相控制字正轉(zhuǎn)反向0A0010X011AB0110X032B0100X023BC1100X06下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763134C1000X065CA1010X050A0010X01在輸出每一個控制字之前，判斷地址指針中的內(nèi)容是否為0X00。如果是0X00，則地址指針重新指向第一個控制字；否則，直接將地址指針中的內(nèi)容輸出到I/O口中，然后地址指針加1。如此循環(huán)，便實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運轉(zhuǎn)。3125步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源從計算機(jī)輸出口或從環(huán)行分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的工作特性在很大程度上取決于驅(qū)動電源的特性，對其每一相繞組來說，驅(qū)動電源相當(dāng)于一個電流無觸點開關(guān)，理想的驅(qū)動電源應(yīng)使通過繞組的電流盡量接近矩形波。由于電機(jī)繞組有很大的電感，要做到這一點是困難的。傳統(tǒng)的雙極型功率晶體管驅(qū)動電路有兩種型式，一種是應(yīng)用于小功率步進(jìn)電機(jī)的單電源驅(qū)動線路，另一種是應(yīng)用于功率步進(jìn)電機(jī)的高、低壓雙電源驅(qū)動線路。這兩種電路的共同問題是損耗大，效率低，而且大功率管易發(fā)生擊穿故障。本控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動IC，內(nèi)含四組NPN達(dá)靈頓晶體管，使步進(jìn)電機(jī)有足夠大的驅(qū)動電流，各個B極有3MA的輸入電流，才可使CE導(dǎo)通。每個輸入可承受的最大電流為4A，非常適合來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)因為B極需要3MA的輸入電流方可導(dǎo)通，所以要用緩沖器來推動，其可用的組件有4050、74244。3126步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動電路的設(shè)計（1）步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)具體的產(chǎn)品的型號為75BF003技術(shù)數(shù)據(jù)見表32表3275BF003步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)相數(shù)步距角/電壓（V）相電流/A最大靜轉(zhuǎn)矩/NM空載啟動頻率31530408821250電感/MH電阻/N分配方式外形尺寸（軸徑）（MM重量/KG轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量3550823相六拍7576（8）1581563（2）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計輸出通道的設(shè)計內(nèi)容是確定通道結(jié)構(gòu)和元件裝置，合理選擇驅(qū)動電路。本系統(tǒng)的輸出通道也就是控制步進(jìn)電機(jī)的通道，由于8051的P1口可以作為輸出使用，所以將其作為輸出通道的控制端口，采用三相六拍的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行并行控制需要P1口中的六位。另外，單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口由專用的控制裝置來實現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配由單片機(jī)通過軟件控制構(gòu)成環(huán)行分配器。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976314除了上面的，一個完整的步進(jìn)電機(jī)的控制還需要光電隔離器。光電隔離器的作用的把步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)隔離開來，即把強(qiáng)電部分與弱電部分隔開，以保護(hù)單片機(jī)在步進(jìn)電機(jī)漏電的時候單片機(jī)不會被損壞。光電隔離器是隔離器的一種,它是把發(fā)光器件與光敏接受器件集成在一起,或用一根光導(dǎo)纖維把兩部分連接起來的器件。通常發(fā)光器件為發(fā)光二極管LED,光接受器件為光敏晶體管等。加在發(fā)光器件上的電信號為耦合器的輸入信號,接受器件輸出的信號為隔離器的輸出信號。當(dāng)有輸入信號加在光電隔離器的輸入端時,發(fā)光器件發(fā)光,光敏管受光照射產(chǎn)生光電流,使輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的電信號,于是實現(xiàn)了光電的傳輸和轉(zhuǎn)換。其主要特點是以光為媒介實現(xiàn)電信號的傳輸,而且器件的輸入和輸出之間在電氣上完全是絕緣的。從結(jié)構(gòu)上看,光電隔離器由一發(fā)光二極管和光敏晶體管封裝在同一個管殼內(nèi)組成,其表示符號如圖37所示。它們在結(jié)構(gòu)排列上使LED輻射能量有效地耦合到光敏晶體管上,一般有金屬封裝和塑料封裝兩種形式。金屬封裝采用金屬外殼并用玻璃絕緣,芯片采用環(huán)焊以保證發(fā)光管與接受管對準(zhǔn)。塑料封裝采用雙列直插式結(jié)構(gòu),管芯先裝于管腳上,中間用透明樹脂固定,具有聚光作用,故靈敏度較高,是目前應(yīng)用較多的一種。圖37光電隔離器原理圖本控制系統(tǒng)選用TLP5214型光電耦合器。引腳如圖38下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976315圖38TLP5214型光電耦合器引腳每一個TLP5214型光電耦合器有四個光電隔離器，所以本系統(tǒng)需要兩個這樣的光電耦合器，實現(xiàn)單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的隔離。313微處理器的選擇微處理器的主要性能指標(biāo)是位數(shù)、主頻、尋址能力、指令系統(tǒng)、內(nèi)部寄存器情況等。位數(shù)是重要的指標(biāo)，除了影響運算精度外，還關(guān)系到指令系統(tǒng)的功能、尋址能力以及操作速度等。主頻影響操作速度。尋址能力決定可能的最大存儲容量。指令系統(tǒng)性能影響數(shù)據(jù)處理、輸入輸出等操作功能以及編程的方便性。內(nèi)部寄存器的數(shù)量和功能也和操作方便性有關(guān)。此外，單片機(jī)都帶有一定數(shù)量的內(nèi)部RAM，還有內(nèi)部ROM或其它器件。考慮到需要滿足的要求及經(jīng)濟(jì)因素，本系統(tǒng)選擇MCS51單片機(jī)。1MCS51單片機(jī)簡介MCS51單片機(jī)是一種單片機(jī)系列的名稱，由INTEL公司研發(fā)，是目前國內(nèi)廣泛應(yīng)用的單片機(jī)，屬于這一系列的單片機(jī)型號有許多種，包括8051、8751、8031、80C51、87C51、80C31等，它們的基本組成和基本性能都是相同的，但是性能上略有差別。MCS51單片機(jī)是在一塊芯片上集成了CPU、ROM、RAM、定時器/計數(shù)器和多種功能的I/O端口等一臺計算機(jī)所需要的基本功能部件。單片機(jī)內(nèi)部包含了下列的幾個部件一個8位CPU；一個片內(nèi)震蕩器及時鐘電路；下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或1304139763164K字節(jié)程序存儲器；128字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器；兩個16位可編程定時器/計數(shù)器；一個可編程全雙工串行口；四個8位可編程并行I/O口；64K字節(jié)外部數(shù)據(jù)存儲器和64K字節(jié)程序存儲器擴(kuò)展控制電路；五個中斷源，兩個優(yōu)先級嵌套中斷機(jī)構(gòu)。以上部分通過總線連接。MCS51系列單片機(jī)的引腳MCS51系列單片機(jī)中各種型號的引腳是相互兼容的，而絕大多數(shù)都采用40引腳的雙列直插封裝方式。如圖39所示圖398051引腳圖（2）8051的引腳功能主電源引腳VCC和VSSVCC（40腳）接5V電壓；下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976317VSS（20腳）接地。外接晶體引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）接外部晶體的一個引腳。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個反相放大器的輸入端，這個放大器構(gòu)成了片內(nèi)振蕩器。當(dāng)采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，此引腳應(yīng)接地；對CHMOS單片機(jī)，此引腳作為驅(qū)動端。XTAL2（18腳）接外晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至上述振蕩器的反相放大器的輸出端。采用外部振蕩器時，對HMOS單片機(jī)，該引腳接外部振蕩器的信號，即把外部振蕩器的信號直接接到內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端；對CMOS，此引腳應(yīng)懸浮。控制或與其它電源復(fù)用引腳RST/VPD、ALE/PROG、PSEN和EA/VPPRST/VPD（9腳）當(dāng)振蕩器運行時，在此腳上出現(xiàn)兩個機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。推薦在此引腳與VSS引腳之間連接一個約82K的下拉電阻，與VCC引腳之間連接一個約10F的電容，以保證可靠地復(fù)位。VCC掉電期間，此引腳可接上備用電源，以保證內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失。當(dāng)VCC主電源下掉到低于規(guī)定的電平，而VPD在其規(guī)定的電壓范圍（505V）內(nèi)，VPD就向內(nèi)部RAM提供備用電源。ALE/PROG（30腳）當(dāng)訪問外部存貯器時，ALE（允許地址鎖存）的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。即使不訪問外部存儲器，ALE端仍以不變的頻率周期性地出現(xiàn)正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此，它可用作對外輸出的時鐘，或用于定時目的。然而要注意的是，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。ALE端可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）8個LS型的TTL輸入電路。對于EPROM單片機(jī)（如8751），在EPROM編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖（PROG）。PSEN（29腳）此腳的輸出是外部程序存儲器的讀選通信號。在從外部程序存儲器取指令（或常數(shù)）期間，每個機(jī)器周期兩次PSEN有效。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN信號將不出現(xiàn)。PSEN同樣可以驅(qū)動（吸收或輸出）8個LS型的TTL輸入。EA/VPP（引腳）當(dāng)EA端保持高電平時，訪問內(nèi)部程序存儲器，但在PC（程序計數(shù)器）值超過0FFFH（對851/8751/80C51）或1FFFH（對8052）時，將自動轉(zhuǎn)向執(zhí)行外部程序存儲器內(nèi)的程序。當(dāng)EA保持低電平時，則只訪問外部程序存儲器，不管是否有內(nèi)部程序存儲器。對于常用的8031來說，無內(nèi)部程序存儲器，所以EA腳必須常接地，這樣才能只選擇外部程序存儲器。輸入/輸出（I/O）引腳P0、P1、P2、P3（共32根）P0口（39腳至32腳）是雙向8位三態(tài)I/O口，在外接存儲器時，與地址總線的低8位及數(shù)據(jù)總線復(fù)用，能以吸收電流的方式驅(qū)動8個LS型的TTL負(fù)載。P1口（1腳至8腳）是準(zhǔn)雙向8位I/O口。由于這種接口輸出沒有高阻狀態(tài)，下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976318輸入也不能鎖存，故不是真正的雙向I/O口。P1口能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。P2口（21腳至28腳）是準(zhǔn)雙向8位I/O口。在訪問外部存儲器時，它可以作為擴(kuò)展電路高8位地址總線送出高8位地址。在對EPROM編程和程序驗證期間，它接收高8位地址。P2可以驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。P3口（10腳至17腳）是準(zhǔn)雙向8位I/O口，在MCS51中，這8個引腳還用于專門功能，是復(fù)用雙功能口。P3能驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個LS型的TTL負(fù)載。7314鍵盤操作的接口電路設(shè)計3141鍵盤操作實現(xiàn)的功能分析參數(shù)設(shè)定本系統(tǒng)在開始運行之前要求輸入步進(jìn)電機(jī)勻速的運行速度和運行的總步數(shù)，所以要進(jìn)行按鍵輸入數(shù)值以傳入?yún)?shù)。系統(tǒng)啟動、停止等操作為了實現(xiàn)系統(tǒng)的啟動、停止和正、反轉(zhuǎn)，要設(shè)置相應(yīng)的按鍵和開關(guān)進(jìn)行功能鍵的處理。根據(jù)上面對鍵盤要求的分析，考慮到本系統(tǒng)還要求有顯示功能，所以選用8255并行接口芯片作為鍵盤與顯示接口。31428255芯片簡介MCS51單片機(jī)是INTEL公司的產(chǎn)品，INTEL公司的配套I/O接口芯片與MCS51單片機(jī)的接口最為簡單、可靠。8255是用INTELMCS80/85系列的通用可編程并行輸入/輸出接口芯片。它也可以和MCS51單片機(jī)系統(tǒng)相連，以擴(kuò)展MCS51系統(tǒng)的I/O端口，8255與MCS51單片機(jī)相連時是作為外部RAM單元來處理的。它具有三個8位并行輸入/輸出口，具有三種工作方式，可通過程序來改變其工作方式，因而其使用起來靈活方便，通用性強(qiáng)，可以作為單片機(jī)與多種外圍設(shè)備連接時的中間接口電路。8255的引腳功能8255有40個引腳，采用雙列直插式封裝，如圖310下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976319圖3108255引腳圖8255各個引腳的功能D0D7三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當(dāng)CPU執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。CS片選信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，表示芯片被選中，允許8255與CPU進(jìn)行通訊。RD讀信號線，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)WR寫入信號，當(dāng)這個輸入引腳為低電平時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。RESET復(fù)位輸入線，當(dāng)該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。A1、A0端口地址總線，8255中有端口A、B、C和一個內(nèi)部控制字寄存器，共4個端口，由A0、A1輸入地址信號來尋址。PA0PA7端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976320PB0PB7端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器，一個8位的輸入輸出緩沖器。PC0PC7端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設(shè)定而分成2個4位的端口，每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。63143矩陣式鍵盤掃描方式工作原理與去抖動的方法無鍵按下時，各行線均為高電平。當(dāng)采用列線輸出低電平時，有鍵按下相應(yīng)行線上出現(xiàn)低電平。根據(jù)此原理，CPU對整個鍵盤進(jìn)行掃描，即CPU不斷對列線逐列置低電平，然后檢查行線輸入狀態(tài)，確定按鍵情況。若無鍵按下時，行線與列線斷開，行線上全是高電平，當(dāng)有鍵按下時，總有鍵把某行某列短接，使行線端口不全為高電平，即不全為“1”。此時讀到的鍵值就是按下的鍵。掃描全部鍵盤時間很短，僅十幾微秒，而按鍵時間一次至少幾十毫秒，所以只要有鍵按下，都能被掃描到。鍵是機(jī)械開關(guān)結(jié)構(gòu)，由于機(jī)械觸點的彈性及電壓突跳等原因，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動，所以要進(jìn)行鍵的去抖動處理。去抖動的方法有硬件去抖動和軟件去抖動。硬件去抖動對于單個按鍵或按鈕可以采用RC濾波器或RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（如圖）來抑制開關(guān)輸出邏輯信號的抖動，當(dāng)開關(guān)從A端打向B端時，無法避免的在Q輸入一個近似于圖示的脈沖序列，利用RS雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器連續(xù)的“置0”和“保持”功能，可以使輸出端Q保持翻轉(zhuǎn)為低電平，維持高電平。如圖311，該方法比較復(fù)雜，如果系統(tǒng)按鍵輸入較多，則因附加電路太多而不用這種方法。圖311硬件去抖原理圖軟件法I延遲法。下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976321延遲法是采用時間延遲來躲過抖動，當(dāng)檢測到按鍵被按下或釋放時，由CPU產(chǎn)生一段延時，時間大約為1020MS，然后再進(jìn)入掃描檢測程序，從而將按鍵抖動510MS躲過，所以不會造成系統(tǒng)誤讀輸入狀態(tài)。因為這種方法比較簡單，不需要增加成本，所以在大多數(shù)微機(jī)控制系統(tǒng)中常常使用。II采樣法。在數(shù)據(jù)采集時利用程序?qū)崿F(xiàn)開關(guān)機(jī)械抖動的消除，程序設(shè)計的思路是在檢測到鍵有動作時，按照一定的時間間隔對端口進(jìn)行周期性的采樣，采樣時間比產(chǎn)生抖動的時間稍長（如3035MS），若考慮器件的差異和老化等因素，采樣的時間應(yīng)該更長一些，如果連續(xù)采樣得到同樣狀態(tài)的信號，則認(rèn)為信號值是正確的。但是如果在采樣時出現(xiàn)抖動噪聲，則噪聲信號也可能被誤認(rèn)為信號，為防止噪聲可能被誤認(rèn)為信號，通常采用多次采樣的模式。由于本控制系統(tǒng)的鍵數(shù)多，使用硬件會使成本增加，所以是用軟件法。3144鍵盤各鍵功能規(guī)劃各數(shù)值鍵及功能鍵具體設(shè)計如下I數(shù)字鍵09本系統(tǒng)在開始運行之前要求輸入步進(jìn)電機(jī)勻速的運行步數(shù)，所以要進(jìn)行按鍵輸入數(shù)值以傳入?yún)?shù),并通過顯示器顯示。II系統(tǒng)啟動、停止、急停鍵當(dāng)要輸入的參數(shù)輸入并無誤后，按動啟動鍵，步進(jìn)電機(jī)開始走步，運行結(jié)束后按停止鍵結(jié)束走步。如果遇到緊急情況，可以按急停鍵，步進(jìn)電機(jī)同樣停止運轉(zhuǎn)，待問題解決后，系統(tǒng)才能正常使用。III正/反轉(zhuǎn)控制可以控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)IVX，Y，X，Y鍵可以實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的手動控制，在輸入?yún)?shù)時，先按此鍵，然后輸入相應(yīng)的數(shù)值。V確定與刪除鍵在輸入?yún)?shù)時候如果發(fā)現(xiàn)輸入錯誤，可以使用刪除鍵刪除然后重新輸入，在輸入完畢后，按確定鍵進(jìn)行下一個參數(shù)的設(shè)定或者運行步進(jìn)電機(jī)。315顯示部分操作的接口和電路設(shè)計3151LED顯示器的設(shè)計LED顯示器的發(fā)光二極管有兩種連接方法，共陽極接法和共陰極接法。本設(shè)計中采用共陰極接法。七段發(fā)光二極管，再加上一個小數(shù)點位，共計八段，因此提供給LED顯示器的字形代碼正好一個字節(jié)。用單片機(jī)驅(qū)動LED數(shù)碼管有很多方法，按顯示方式分，有靜態(tài)顯示和動態(tài)（掃描）顯示LED靜態(tài)顯示方式LED工作于靜態(tài)顯示方式時，各位的共陰極（或共陽極）連接在一起并接地（或5V）；每位的段選線（ADP）分別與一個8位的鎖存輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，下載論文就送你全套CAD圖紙，Q咨詢414951605或130413976322是由于顯示器中的各位相互獨立，而且各位的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器的輸出將維持不變，直到顯示另一