畢業(yè)論文課題:GSM基站電調(diào)天線控制器班級:姓名:指導(dǎo)教師：完成日期：2013年12月畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書一、課題名稱GSM基站電調(diào)天線控制器二、適用專業(yè)通信專業(yè)三、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)1、根據(jù)當前國內(nèi)外GSM電調(diào)天線控制器運用的詳細需求，確定電調(diào)天線功能和性能技術(shù)指標，探討實現(xiàn)電調(diào)天線控制器的機械機構(gòu)原理和方法，比對各種機械原理對產(chǎn)品性能的影響，提出產(chǎn)品設(shè)計方案和產(chǎn)品性能研究的發(fā)展方向。2、分析電調(diào)天線控制器的工作原理及工作過程3、分析電調(diào)天線的的硬件組成四、畢業(yè)設(shè)計要求1、需求分析時要針對具體的系統(tǒng)進行分析，詳細說明工作原理及組成部分。2、控制技術(shù)（1）介紹電調(diào)天線控制器的詳細信息（2）闡述電調(diào)天線控制器的技術(shù)原理五、畢業(yè)設(shè)計論文格式要求畢業(yè)設(shè)計論文或報告主要包括以下部分：1.封面2.畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書3.摘要4.目錄5.引言（敘述題目背景，項目開發(fā)特色，技術(shù)應(yīng)用情況等）6.正文（圖、表位置：圖標題位于圖的下方；表標題位于表上方；圖號和表號分別按章節(jié)的第幾個圖標示，如第二章的第二個圖則圖號為圖2-2接著寫明圖的標題；一般情況下一張表不延續(xù)兩頁，實在需要的話則采用續(xù)表的方式）7.畢業(yè)設(shè)計總結(jié)或心得體會：網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)劃的心得體會和擴展性分析，實現(xiàn)中遇到和解決的主要問題，今后的維護和改進等等8.致謝參考文件摘要步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)為角位移或線位移的開環(huán)控制元件。由步進電動機組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單廉價，又可靠穩(wěn)定。它有瞬間啟動，急速停止，精度高等特點。目前打印機，繪圖儀，機器人，數(shù)控機床等等設(shè)備都以步進電機為核心動力。在各種辦公自動化設(shè)備以及控制裝置等領(lǐng)域中有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹的是基于單片機控制步進電機的控制系統(tǒng)設(shè)計，通過單片機、ULN2003驅(qū)動芯片以及相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)各種功能，并且步進電機的工作狀態(tài)要用相應(yīng)的數(shù)碼管顯示出來。本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，清晰明了。通過人機交互換接口可實現(xiàn)各功能設(shè)置，操作簡單，易于掌握。介紹了步進電機以及單片機原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時對軟、硬件進行了調(diào)試，介紹了制作PCB板步驟。該設(shè)計具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強等特點，通過調(diào)試實現(xiàn)以下幾個主要功能：(1)控制步進電機實現(xiàn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；(2)控制步進電機轉(zhuǎn)速；(3)設(shè)計步進電機的脈沖放大電路，能驅(qū)動相電壓為5V、相電流位為0.4A的步進電機工作；(4)實現(xiàn)對步進電機圈數(shù)的預(yù)置；(5)同步顯示步進電機所轉(zhuǎn)圈數(shù)。關(guān)鍵詞步進電機PM25L-024-STB6；SST89E516RD；C語言AbstractThesteppermotorisaopen-loopcontrolcomponentsthatcouldbetotransformtheelectricalpulsesignalintoangulardisplacementorlineardisplacement.Steppermotoropen-loopsystemisbothsimpleandcheap,reliableandstable.Ithasinstantstart,rapidstop,andhighaccuracy.Atpresent,printer,plotter,robot,CNCmachinetoolsandotherequipmentwithsteppingmotorasthecoredrivingpower.Invariouskindsofofficeautomationequipmentandcontroldevices,andotherfieldshaveextremelyextensiveapplication.Thisarticledescribethesteppermotorcontroledsystemdesignwhichisbasedonthemicrocontroller,Throughthesingle-chipmicrocomputer,ULN2003drivechipandcorrespondingkeyachievethosefunctions,andtheworkingstateofthesteppingmotorwithcorrespondingdigitaltubedisplay.ThesystemUSESthemodulardesign,simplestructure,reliable,andclarity.Throughtheman-machineinterfacecanrealizeAvarietyoffunctionsetting,simpleoperation,easytomaster.Thispaperintroducesthecontentofthesteppingmotorandtheprincipleofsingle-chipmicrocomputer,thesystemhardwarecircuit,programcomposition,atthesametimeforthesoftwareandhardwaredebugging,introducesmakingPCBsteps.Thisdesignhasclearthinking,highreliability,andstrongstabilityandothercharacteristics,throughthedebuggingrealizethefollowingmainfunctions:(1)Controllingthecorotationandinversionofthesteppermotor;(2)Controllingthespeedofsteppermotor;(3)designingthepulseamplifiercircuitofsteppermotortodrivethesteppermotorwith5Vvoltage，0.4Aphasecurrent;(4)achievingthepresettingoflapsofthesteppermotor;(5)synchronouslydisplayingthecirclenumberandspeedofthesteppermotor.KeywordssteppingmotorPM25L-024-STB6;SST89E516RD;Clanguage目錄畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書 2摘要 3Abstract 4第一章緒論 71.1引

言 71.2國內(nèi)外研究概況及趨勢 71.3論文的主要內(nèi)容 8第二章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 92.1步進電機的概念 92.1.1步進電機的特點 102.1.2步進電機的分類 102.2步進電機參數(shù)的選擇 102.2.1步角距的選擇 112.2.2靜力矩的選擇 112.2.3電流的選擇 112.3步進電機的工作原理 122.3.1步進電機結(jié)構(gòu) 122.3.2對齒和錯齒 142.3.3工作原理 142.3.4工作方式 152.3.5步進電機的常用術(shù)語 152.4步進電機的驅(qū)動系統(tǒng) 162.4.1單電壓功率驅(qū)動接口 172.4.2雙電壓功率驅(qū)動接口 172.4.3高低壓功率驅(qū)動接口 182.4.4控制模塊 192.4.5單片機原理 202.4.6單片機的應(yīng)用系統(tǒng) 202.4.7AT89C51簡介 212.4.8顯示模塊 242.4.9按鍵模塊 242.4.10步進電機部分 25第三章步進電機的運行控制 273.1步進電機的速度控制 273.2步進電機的位置控制 273.3步進電機的加減速控制 283.3.1短距離 293.3.2中短距離 293.3.3中長距離 29第四章軟件設(shè)計 304.1程序流程圖 304.2系統(tǒng)主程序 314.3定時中斷設(shè)置 324.4外部中斷設(shè)置 33第五章系統(tǒng)的測試與調(diào)試 355.1軟件調(diào)試記錄 355.2硬件調(diào)試記錄 35第六章畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 36致謝 37參考文獻 38附錄 39第一章緒論1.1引言步進電動機又稱脈沖電動機或階躍電動機，其應(yīng)用發(fā)展己有約80年的歷史?？梢哉f步進電機是純粹的數(shù)字控制電動機，步進電機驅(qū)動器通過控制脈沖，控制步進電動機各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電動機產(chǎn)生步進運動。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，同時步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高。步進電動機可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進電動機最突出的優(yōu)點。正是由于步進電機具有突出的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。為了得到良好的控制性能，對步進電機的控制的研究就一直沒有停止過，許多重大的技術(shù)得以實現(xiàn)。上世紀80年代以后，由于微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電動機的控制方式變得更加靈活多樣。但是在有些應(yīng)用場合，并不需要高精度的控制，而是需要在滿足一般工作要求的情況下，盡量使控制系統(tǒng)做到：系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，成本低；功能較為齊全；適應(yīng)性強；電機各種運行狀態(tài)指示一目了然，操作方便；系統(tǒng)抗干擾能力強，可靠性高等要求。而采用單片機的軟件和硬件結(jié)合進行控制，運用其強大的可編程和運算功能，充分利用單片機的各種資源，能靈活的對步進電機進行控制，實現(xiàn)其不同模式、步數(shù)、正反轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)速等控制，如果需改變控制要求，一般只需改變軟件就能適應(yīng)新的環(huán)境，并且在本設(shè)計中利用動態(tài)掃描技術(shù)，把顯示電路和鍵盤電路有機的結(jié)合起來，能做到一定的人機交換，而且為了抗干擾，提高可靠性，具有一定的應(yīng)用價值。1.2國內(nèi)外研究概況及趨勢在日本，60年代初期，開發(fā)了用于數(shù)控裝置及計算機外部設(shè)備的磁阻式步進電動機。60年代中期至今，開發(fā)了混合式步進電動機。在我國，步進電動機的研制始于1958年。當時只有清華大學(xué)，華中理工大學(xué)等少數(shù)高等院校在從事這項工作。到了60年代末，70年代初，由于電子工業(yè)和數(shù)字控制技術(shù)的發(fā)展，特別是數(shù)字控制線切割機床發(fā)展的需要，才使步進電動機的研究工作蓬勃開展起來。經(jīng)過四十幾年的發(fā)展，隨著步進電動機理論的日臻完善，特別是磁阻式步進電動機，產(chǎn)品品種、規(guī)格，門類的系列化以及出現(xiàn)了象無刷直流電動機系統(tǒng)那種更優(yōu)越的伺服系統(tǒng)，才使得步進電動機的發(fā)展勢頭有所緩和，總體看來，目前其發(fā)展正趨于平緩。步進電動機的種類很多，按其工作原理可分為磁阻式、永磁式、混合式三大類型。由于上述三種類型步進電動機的結(jié)構(gòu)及作用原理各不相同，因此其市場的應(yīng)用以及發(fā)展的情況也各不相同。但不管如何發(fā)展，總離不開“輕、薄短小、高效率、低振動、低噪聲、低價格”—微特電機發(fā)展的永恒主題。1.3論文的主要內(nèi)容本論文所選的步進電機是四相步進電機，實現(xiàn)步進電機加速、減速，正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，預(yù)置圈數(shù)，圈數(shù)同步，以及轉(zhuǎn)速級別顯示。采用的方法是利用單片機控制步進電機的驅(qū)動。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為步距角），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。本次畢業(yè)設(shè)計就是通過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進電機的速度的，并且通過數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級別。另外通過單片機實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。第二章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計2.1步進電機的概念步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。我們可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時我們也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。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。

從原理上講，步進電機是一種低速同步電動機。2.1.1步進電機的特點一般步進電機的精度為步進角的3-5%，角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。步進電機外表不允許較高的溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常的可靠。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停，正反轉(zhuǎn)及變速。速度可在相當寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應(yīng)的措施。10.步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。11.步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。如打印機，繪圖儀、數(shù)控機床切割。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。2.1.2步進電機的分類步進電動機的種類很多，從廣義上講，步進電機的類型分為機械式、電磁式和組合式三大類型。按結(jié)構(gòu)特點電磁式步進電機可分為反應(yīng)式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大類；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。目前使用最為廣泛的為反應(yīng)式和混合式步進電機。反應(yīng)式步進電機(VariableReluctance，簡稱VR)反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子中沒有繞組。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態(tài)性能較差。反應(yīng)式步進電機有單段式和多段式兩種類型；永磁式步進電機(PermanentMagnet，簡稱PM)永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子是用永磁材料制成的，轉(zhuǎn)子本身就是一個磁源。轉(zhuǎn)子的極數(shù)和定子的極數(shù)相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，消耗功率小(相比反應(yīng)式)，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電；混合式步進電機(Hybrid，簡稱HB)混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點。混合式與傳統(tǒng)的反應(yīng)式相比，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。2.2步進電機參數(shù)的選擇2.2.1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，計算出每個當量電機應(yīng)走多少角度(包括減速)。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O.36o／O.72o(五相電機)、0.9o／1.8o(二、四相電機)、1.5o／3o(三相電機)等。2.2.2靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩很難一下子確定，我們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兩種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接啟動時(一般由低速)，兩種負載都要考慮；加速啟動時，主要考慮慣性負載；恒速運動時，只考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)為好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度(幾何尺寸)便能確定下來。2.2.3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)綜上所述電機一般應(yīng)遵循以下步驟：負載負載電機型號靜轉(zhuǎn)距步角距電流修正矩頻特性曲線圖2-1步進電機的選型步驟2.3步進電機的工作原理2.3.1步進電機結(jié)構(gòu)(三相)圖2-2步進電機結(jié)構(gòu)圖圖2-2步進電機結(jié)構(gòu)圖如圖2-2所示，步進電機分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分：定子：由硅鋼片疊成的，定子上有6大磁極，每2個相對的磁極（N，S）組成一對，共有3對。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、1/3π、2/3π，（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以π表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3π，C與齒3向右錯開2/3π，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）。轉(zhuǎn)子：由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒，與定子上的小齒并且小齒的大小相同，間距相同。圖2-3步進電機轉(zhuǎn)子展開圖2.3.2對齒和錯齒反應(yīng)式步進電機的動力來源于電磁力，只有電機存在錯齒現(xiàn)象才能轉(zhuǎn)動。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被推動到最大磁導(dǎo)率的位置，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置，并處于平衡狀態(tài)，如圖2-3中的A相位置，這種現(xiàn)象被稱為對齒。而對于三相步進電機來說，當某一相得磁極處于最大磁導(dǎo)位置時，另外兩相必須處于非最大磁導(dǎo)位置，即定子和轉(zhuǎn)子不對齊位置，這種現(xiàn)象被稱為錯齒。2.3.3工作原理圖2-4步進電機三相接線圖開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。在單相激磁時，電機轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機轉(zhuǎn)軸將移動半個步距角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩項線圈進行單項，然后雙相激磁步進電機將以每個脈沖半步方式轉(zhuǎn)動。2.3.4工作方式（四相）單四拍：通電順序為：A→B→C→D；雙四拍：通電順序為：AB→BC→CD→DA；四相八拍：通電順序為：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA；這三種工作方式的區(qū)別，如下表所示：表2-1步進電機三種工作方式的性能比較工作方式單四拍雙四拍八拍步進周期TTT每相通電時間T2T3T走齒周期4T4T8T相電流小較大最大高頻性能差較好較好轉(zhuǎn)矩小中大電磁阻尼小較大較大振蕩容易較容易不容易功耗小大中由表2-1可以看出這三種工作方式中，八拍的性能最好，單四拍的性能最差，因此，在步進電機的控制應(yīng)用中，選擇合適的工作方式非常重要，本文主要研究的是四相八拍工作方式。2.3.5步進電機的常用術(shù)語1.齒距角：相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。θz=2π/Z(Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù))2.步距角：指每給一個電脈沖信號電動機轉(zhuǎn)子所應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度的理論值。θb=θz/N=2π/NZ(N是工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù))3.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)。4.失調(diào)角：指轉(zhuǎn)子偏離零位的角度。轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機轉(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。5.零位或初始穩(wěn)定平衡位置：指不改變繞組通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在理想空載狀態(tài)下的平衡位置。6.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。7.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。

8.響應(yīng)頻率：在某一頻率范圍內(nèi)步進電機可以任意運行而不會丟失一步，則這一最大頻率稱為響應(yīng)頻率。9.運行頻率：指拖動一定負載使頻率連續(xù)上升時，步進電機能不失步運行的極限頻率。10.單步響應(yīng)：指步進電機在帶電不動的情況下，改變一次脈沖電壓，轉(zhuǎn)子由起動到停止的運動軌跡。2.4步進電機驅(qū)動系統(tǒng)步進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設(shè)備——步進電機驅(qū)動器.步進電機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，除與電機本身的性能有關(guān)外，也在很大程度上取決于驅(qū)動器的優(yōu)劣。典型的步進電機驅(qū)動系統(tǒng)是由步進電機控制器、步進電機驅(qū)動器和步進電機本體三部分組成。步進電機控制器發(fā)出步進脈沖和方向信號，每發(fā)一個脈沖，步進電機驅(qū)動器驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個步距角，即步進一步。步進電機轉(zhuǎn)速的高低、升速或降速、啟動或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低?？刂破鞯姆较蛐盘枦Q定步進電機的順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)。通常，步進電機驅(qū)動器由邏輯控制電路、功率驅(qū)動電路、保護電路和電源組成。步進電機驅(qū)動器一旦接收到來自控制器的方向信號和步進脈沖，控制電路就按預(yù)先設(shè)定的電機通電方式產(chǎn)生步進電機各相勵磁繞組導(dǎo)通或截止信號?？刂齐娐份敵龅男盘柟β屎艿?，不能提供步進電機所需的輸出功率，必須進行功率放大，這就是步進電機驅(qū)動器的功率驅(qū)動部分。2.4.1單電壓功率驅(qū)動接口單電壓驅(qū)動是指電動機繞組在工作時，只用一個電壓電源對繞組供電，它的特點是電路最簡單。步進電機使用脈沖電源工作，脈沖電源的獲得可通過下圖說明，開關(guān)管T是按照控制脈沖的規(guī)律“開”和“關(guān)”，使直流電源以脈沖方式向繞組L供電，這一過程我們稱為步進電機的驅(qū)動。實用電路如下圖所示。在電機繞組回路中串有電阻Rs，使電機回路時間常數(shù)減小，高頻時電機能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，還能緩解電機的低頻共振現(xiàn)象，但它引起附加的損耗。一般情況下，簡單單電壓驅(qū)動線路中，Rs是不可缺少的。Rs對步進電動機單步響應(yīng)的改善如圖2-5所示：圖2-5單電壓功率驅(qū)動接口電路圖在圖3-1中，電路中只有一個電源V，電路中的限流電阻R1決定了時間常數(shù)，但R1太大會使繞組供電電流減小。這一矛盾不能解決時，會使電動機的高頻性能下降，可在R1兩端并聯(lián)一個電容，以使電流的上升波形變陡，來改善高頻特性，但這樣做又使低頻性能變差。R1在工作中腰消耗一定的能量，所以這個電路損耗大，效率低，一般只用于小功率步進電機的驅(qū)動。2.4.2雙電壓功率驅(qū)動接口用提高電壓的方法可以使繞組中的電流上升波形變陡，這樣就產(chǎn)生了雙電壓驅(qū)動雙電壓驅(qū)動有。兩種工作方式：雙電壓法和高低壓法。雙電壓驅(qū)動的基本思路是在較低（低頻段）用較低的電壓UL驅(qū)動，而在高速（高頻段）時用較高的電壓UH驅(qū)動。這種功率接口需要兩個控制信號，Uh為高壓有效控制信號，U為脈沖調(diào)寬驅(qū)動控制信號。圖3.2中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成電源轉(zhuǎn)換電路。當Uh低電平，TH關(guān)斷，DL正偏置，低電壓UL對繞組供電。反之Uh高電平，TH導(dǎo)通，DL反偏，高電壓UH對繞組供電。這種電路可使電機在高頻段也有較大出力，而靜止鎖定時功耗減小。其電路圖如2-6所示：圖2-6雙電壓功率驅(qū)動接口電路雖然這方法保證了低頻段仍然具有單電壓驅(qū)動的特點，在高頻段具有良好的高頻特性，但仍沒有擺脫單電壓驅(qū)動的弱點，在限流電阻R上仍然會產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。2.4.3高低壓功率驅(qū)動接口高低壓驅(qū)動的設(shè)計思想是，不論電機工作頻率如何，均利用高電壓UH供電來提高導(dǎo)通相繞組的電流前沿，而在前沿過后，用低電壓UL來維持繞組的電流。這一作用同樣改善了驅(qū)動器的高頻性能，而且不必再串聯(lián)電阻Rs，消除了附加損耗。高低壓驅(qū)動功率接口也有兩個輸入控制信號Uh和Ul，它們應(yīng)保持同步，且前沿在同一時刻跳變，高壓管VTH的導(dǎo)通時間tl不能太大，也不能太小，太大時，電機電流過載；太小時，動態(tài)性能改善不明顯。一般可取1~3ms。（當這個數(shù)值與電機的電氣時間常數(shù)相當時比較合適）。高低壓驅(qū)動電路如圖2-7所示：圖2-7高低壓驅(qū)動接口電路圖高低壓驅(qū)動法是目前普遍應(yīng)用的一種方法，由于這種驅(qū)動在低頻時電流有較大的上沖，電動機低頻噪聲較大，低頻共振現(xiàn)象存在，使用時要注意。2.4.4控制模塊本設(shè)計采用SST89E516RD單片機作為控制系統(tǒng)的核心。SST89E516RD單片機組成結(jié)構(gòu)中包含運算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能部件。采用HMOS制造工藝的MCS-51單片機都采用40管腳雙列直插式封裝，除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。40管腳雙列直插式封裝管腳圖如2-8圖所示。圖2-8AT89C51單片機引腳圖脈沖信號由單片機產(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。信號分配實際上就是按照某一種控制方式（根據(jù)需要進行選定）所規(guī)定的順序發(fā)送脈沖序列，達到控制步進電機方向的目的根據(jù)要求，所設(shè)計的步進電機八拍通電順序為A→AB→B→BC→C→CD→D→DA。步進電機的方向控制方法是：用單片機輸出接口的每一位控制一根相繞組。本設(shè)計中，用P0.0，P0.1，P0.2，P0.3分別接至步進電機的A，B，C，D四相繞組。2.4.5單片機原理單片機（single-chipmicrocomputer）是把微型計算機主要部分都集成在一塊芯片上的單芯片微型計算機。圖2-9中表示單片機的典型結(jié)構(gòu)圖。由于單片機的高度集成化，縮短了系統(tǒng)內(nèi)的信號傳送距離，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)配置，大大地提高了系統(tǒng)的可靠性及運行速度，同時它的指令系統(tǒng)又很適合于工業(yè)控制的要求，所以單片機在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到了廣泛的應(yīng)用。圖2-9典型單片機結(jié)構(gòu)2.4.6單片機的應(yīng)用系統(tǒng)單片機在進行實時控制和實時數(shù)據(jù)處理時，需要與外界交換信息。人們需要通過人機對話，了解系統(tǒng)的工作情況和進行控制。單片機芯片與其它CPU比較，功能雖然要強得多，但由于芯片結(jié)構(gòu)、引腳數(shù)目的限制，片內(nèi)ROM、RAM、I/O口等不能很多，在構(gòu)成實際的應(yīng)用系統(tǒng)時需要加以擴展，以適應(yīng)不同的工作情況。單片機應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成基本上如圖2-10所示。圖2-10單片機應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單片機應(yīng)用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)擴展和系統(tǒng)配置的狀況，可以分為最小應(yīng)用系統(tǒng)、最小功耗系統(tǒng)、典型應(yīng)用系統(tǒng)。本設(shè)計是設(shè)計一款最小應(yīng)用系統(tǒng)，最小應(yīng)用系統(tǒng)是指能維持單片機運行的最簡單配置的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)成本低廉、結(jié)構(gòu)簡單，常用來構(gòu)成簡單的控制系統(tǒng)，如開關(guān)量的輸入/輸出控制、時序控制等。對于片內(nèi)有ROM/EPROM的芯片來說,最小應(yīng)用系統(tǒng)即為配有晶體振蕩器、復(fù)位電路和電源的單個芯片；對與片內(nèi)沒有ROM/EPROM芯片來說，其最小應(yīng)用系統(tǒng)除了應(yīng)配置上述的晶振、復(fù)位電路和電源外，還應(yīng)配備EPROM或EEPROM作為程序存儲器使用。2.4.7AT89C51簡介AT89C51的主要參數(shù)如表2-2所示：表2-2AT89C51的主要參數(shù)型號存儲器定時器I/0串行口中斷速度（MH）其它特點E2PROMROMRAM89C514K1282321624低電壓AT89C51含E2PROM電可編閃速存儲器。有兩級或三級程序存儲器保密系統(tǒng)，防止E2PROM中的程序被非法復(fù)制。不用紫外線擦除，提高了編程效率。程序存儲器E2PROM容量可達20K字節(jié)。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。其引腳如圖2-8所示。主要特性：

·與MCS-51兼容

·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器

壽命：1000寫/擦循環(huán)·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz

·三級程序存儲器鎖定

·128*8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數(shù)器

·5個中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2、管腳說明：

VCC：供電電壓。

GND：接地。

P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。

P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。

P2口：P2口為一個內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。

P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。

P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：

P3口管腳備選功能

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（記時器0外部輸入）

P3.5T1（記時器1外部輸入）

P3.6/WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通）

P3.7/RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。

RST：復(fù)位輸入。當振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。

ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。

/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。

/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。

XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3、I/O口引腳：a：P0口，雙向8位三態(tài)I/O口，此口為地址總線（低8位）及數(shù)據(jù)總線分時復(fù)用；b：P1口，8位準雙向I/O口；c：P2口，8位準雙向I/O口，與地址總線（高8位）復(fù)用；d：P3口，8位準雙向I/O口，雙功能復(fù)用口。4、振蕩器特性：

XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。5、芯片擦除：整個EPROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。

此外，AT89C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。2.5顯示模塊顯示模塊采用六位LED六段共陰數(shù)碼管進行動態(tài)顯示，由SST89E516RD單片機產(chǎn)生的段選信號從P0輸出，經(jīng)過1K左右的上拉排阻驅(qū)動數(shù)碼管顯示，位選信號從P2口輸出通過74HC245直接送數(shù)碼管顯示。采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰2.6按鍵模塊人機交互模塊采用獨立式按鍵，中斷工作方式?？偣苍O(shè)置了4個按鍵，如圖2-11所示，其中四個控制按鍵組合執(zhí)行對步進電機的啟動停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)、加速減速四種控制功能，由單片機的P3.2～P3.5口輸入。每個按鍵操作有長按短按操作方式，K1短按為啟動停止，長按進入模式設(shè)置；K2短按為方向設(shè)置，長按使運行模式在1與2之間切換；K3為數(shù)值加一，K4位向右移動一位數(shù)碼管。圖2-11按鍵部分電路2.7步進電機部分該設(shè)計中所用到的步進電機為四相六線步進電機。圖2-12步進電機部分硬件電路圖本設(shè)計中步進電機的參數(shù)：步進電機型號為PM25L-024-STB6，工作方式為四相八拍。電機是種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進電機接收到一個脈沖信號，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率實現(xiàn)步進電機的調(diào)速。市面上一般的步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖2-13所示。圖2-13步進電機的接線采用的步進電機是四相六線步進電機，因生產(chǎn)廠家不同，其接線也有所不同。電機共引出四根線，其余兩根線是公共端，經(jīng)測量后可得到其正確的接線順序，表2-3給出了電機所對應(yīng)的相序。表2-3步進電機控制線紅色紅色橙色棕色黃色黑色公共端公共端ABCD其中，A與C是電機內(nèi)部一組線圈的兩個抽頭，D與B是另一組線圈的兩個抽頭。只需以一定的順序向步進電機四相時序供電即可使步進電機按指定方向轉(zhuǎn)動。35步進電機的主要技術(shù)參數(shù)如下表2-4所示。表2-435步進電機技術(shù)參數(shù)電壓相電阻步距角啟動轉(zhuǎn)矩（g.cm）啟動頻率（P.P.S）定位轉(zhuǎn)矩（g.cm）5V64Ω7.5≥120≥200≥48

第三章步進電機的運行控制3.1步進電機的速度控制步進電機的速度控制是通過單片機發(fā)出的步進脈沖頻率來實現(xiàn)，對于軟脈沖分配方式，可以采用調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實現(xiàn)調(diào)速，對于硬脈沖分配方式，可以控制步進脈沖的頻率來實現(xiàn)調(diào)速?？刂撇竭M電機的速度的方法可有兩種：1.軟件延時法：改變延時的時間長度就可以改變輸出脈沖的頻率，但這種方法CPU長時間等待，占用大量的機時，因此沒有實踐價值。2.定時器中斷法：在中斷服務(wù)子程序中進行脈沖輸出操作，調(diào)整定時器的定時常數(shù)就可以實現(xiàn)調(diào)速，這種方法占有的CPU時間較少，在各種單片機中都能實現(xiàn)，是一種比較實用理想的調(diào)速方法。定時器法利用定時器進行工作，為了產(chǎn)生步進脈沖，要根據(jù)給定的脈沖頻率和單片機的機器周期來計算定時常數(shù)，這個定時器決定了定時時間，當定時時間到而使定時器產(chǎn)生溢出時發(fā)生中斷，在中斷子程序中進行改變P1.0的電平狀態(tài)的操作，這樣就可以得到一個給定頻率的方波輸出，改變定時常數(shù)，就可以改變方波的頻率，從而實現(xiàn)調(diào)速。3.2步進電機的位置控制步進電機的位置控制，指的是控制步進電機帶動執(zhí)行機構(gòu)從一個位置精確地運行到另一個位置，步進電機的位置控制是步進電機的一大優(yōu)點，它可以不用借助位置傳感器而只需要簡單的開環(huán)控制就能達到足夠的位置精度，因此應(yīng)用很廣。步進電機的位置控制需要兩個參數(shù)：1.第一個參數(shù)：步進電機控制執(zhí)行機構(gòu)當前的位置參數(shù)（我們稱為絕對位置），絕對位置時有極限的，其極限時執(zhí)行機構(gòu)運動的范圍，超越了這個極限就應(yīng)報警。2.第二個參數(shù)：從當前位置移動到目標位置的距離我們可以用折算的方式將這個距離折算成步進電機的步數(shù)，這個參數(shù)是外界通過鍵盤或可調(diào)電位器旋鈕輸入的，所以折算的工作應(yīng)該在鍵盤程序或A/D轉(zhuǎn)換程序中完成。對步進電機位置控制的一般作法是：步進電機每走一步，步數(shù)減1，如果沒有失步存在，當執(zhí)行機構(gòu)到達目標位置時，步數(shù)正好減到0，因此，用步數(shù)等于0來判斷是否移動到目標位，作為步進電機停止運行的信號。3.3步進電機的加減速控制步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動和負載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并能實現(xiàn)快速起動、制動、正反轉(zhuǎn)、加減速，而且有自鎖的能力，不需要機械制動裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運行。它每轉(zhuǎn)過一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)從A點到B點移動的時，要經(jīng)歷升速，恒速，減速過程，如果啟動時一次將速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率，步進電機就有失步現(xiàn)象，因此會造成不能正常啟動，如果到終點時突然停下來，由于慣性作用，步進電機會發(fā)生過沖現(xiàn)象，會造成位置精度降低。如果升速非常緩慢的升降速，步進電機雖然不會發(fā)生失步和過沖現(xiàn)象，但影響執(zhí)行機構(gòu)的工作效率，所以，對步進電機的加減速要有嚴格的要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度（或最短的時間）移動到有可能指定位置。為滿足加減速要求，步進電動機運行通常按照加減速曲線進行。圖4.1是加減速運行曲線。加減速運行曲線沒有一個固定的模式，一般根據(jù)經(jīng)驗和實驗得到的。最簡單的是勻加速和勻減速曲線，如圖4-1所示：圖4-1加減速曲線圖其加減速曲線都是直線，因此容易編程實現(xiàn)。按直線加速時，加速度是不變的，因此要求轉(zhuǎn)矩也應(yīng)該是不變的。但是，由于步進電動機的電磁轉(zhuǎn)矩玉轉(zhuǎn)速時非曲線關(guān)系，因而加速度玉頻率也應(yīng)該是非曲線關(guān)系。因此，實際上當轉(zhuǎn)速增加時，轉(zhuǎn)矩下降，所以，按直線加速時，有可能造成因轉(zhuǎn)矩不足而產(chǎn)生失步的現(xiàn)象。采用指數(shù)加、減速曲線或S形（分段指數(shù)曲線）加、減速曲線是最好的選擇。步進電機的運行可以根據(jù)距離的長短分如下3種情況處理：3.3.1.短距離由于距離較短，來不及升到最高速，因此，在這種情況下，步進電機以潔凈啟動頻率運行，運行過程沒有加、減速。3.3.2.中、短距離在這樣的距離里，步進電機只有加、減速過程，而沒有恒速過程。3.3.3.中、長距離在這樣的距離里，步進電機不經(jīng)有加、減速過程，而且還有恒速過程。由于距離較長，要盡量縮短用時，保證快速反應(yīng)性。因此，在加速時，盡量用接近啟動頻率啟動，在恒速時，盡量工作在最高速。單片機在用定時器法調(diào)速時，用改變定時常數(shù)的方法來改變輸入步進脈沖頻率，達到改變轉(zhuǎn)速的目的，對于MCS-51系列單片機，其定時器屬于加1定時器。因此，在步進電機加速時，定時常數(shù)應(yīng)增加；減速時，定時常數(shù)應(yīng)減小。如果采用非線性加、減速曲線，要用離散法將加減速曲線離散化，將離散所得的轉(zhuǎn)速序列所對應(yīng)的定時常數(shù)序列，做成表格存儲在程序存儲器重。在程序運行中，使用查表得方式重裝定時常數(shù)，這樣做比用計算機節(jié)省時間，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速。第四章軟件設(shè)計4.1程序流程圖下面系統(tǒng)程序總流程圖圖4-1系統(tǒng)程序流程圖通過流程圖分析可以看出，實現(xiàn)系統(tǒng)功能可以采用多種方法，由于隨時有可能輸入加速、加速信號和方向信號，因而采用中斷方式效率最高，這樣總共要完成4個部分的工作才能滿足課題要求，即主程序部分、定時器中斷部分、外部中斷0和外部中斷1部分，其中主程序的主要功能是系統(tǒng)初始參數(shù)的設(shè)置及啟動開關(guān)的檢測，若啟動開關(guān)合上則系統(tǒng)開始工作，反之系統(tǒng)停止工作；定時器部分控制脈沖頻率，它決定了步進電機轉(zhuǎn)速的快慢；兩個外部中斷程序要做的工作都是為了完成改變速度這一功能。4.2系統(tǒng)主程序主程序中要完成的工作主要有系統(tǒng)初始值的設(shè)置、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示以及各種開關(guān)狀態(tài)的檢測判斷等。其中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初始化定時器、外部中斷；對P1口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲區(qū)送初值決定步進電機的啟動速度，對方向值存儲區(qū)送初值決定步進電機旋轉(zhuǎn)方向等內(nèi)容。若初始化P1=11H、速度和方向初始值均設(shè)為0，就意味著步進電機按四相單八拍運行，系統(tǒng)上電后在沒有操作的情況下，步進電機不旋轉(zhuǎn)，方向值顯示“0”，速度值顯示“0”，主程序流程圖如圖4-2所示。開始開始初始化顯示開關(guān)啟動？停止計數(shù)器速度為1？停止計數(shù)器啟動計數(shù)器延時結(jié)束NNYYYNYNNYN圖4-2系統(tǒng)主程序4.3定時中斷設(shè)計進電機的轉(zhuǎn)動主要是給電機各繞組按一定的時間間隔連續(xù)不斷地按規(guī)律通入電流，步進電機才會旋轉(zhuǎn)，時間間隔越短，速度就越快。在這個系統(tǒng)中，這個時間間隔是用定時器重復(fù)中斷一定次數(shù)產(chǎn)生的，即調(diào)節(jié)時間間隔就是調(diào)節(jié)定時器的中斷次數(shù)，因而在定時器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機的運行方向、發(fā)下一個脈沖，以及保存當前的各種狀態(tài)。程序流程圖如圖4-3所示。圖4-3定時中斷設(shè)計4.4外部中斷設(shè)計外部中斷所要完成的工作是根據(jù)按鍵次數(shù)，改變速度值存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進電機的輸出脈沖頻率，也就是改變了電機的轉(zhuǎn)速。速度增加按鈕K3為INT0中斷，其程序流程為原數(shù)據(jù)，當值等于9時，不改變原數(shù)值返回，小于9時，數(shù)據(jù)加1后返回；速度減少按鈕K4，當原數(shù)據(jù)不為1，減1保存數(shù)據(jù)，原數(shù)據(jù)為1則保持不變。程序流程圖如圖4-4所示。圖4-4外部中斷設(shè)計第五章系統(tǒng)的測試與調(diào)試5.1軟件調(diào)試記錄把編好的程序（包括正反轉(zhuǎn)程序、停止程序、顯示程序等）合理安排好結(jié)合到一起進行編譯。由于編譯只能檢查是否存在語法錯誤，所以還要看是否存在邏輯錯誤。程序修改好以后，當顯示編譯0錯誤，0警告的時候，這說明已經(jīng)沒有語法錯誤了，是否有邏輯錯誤還要看接上電路板通過仿真以后，步進電機能否正常轉(zhuǎn)動，顯示是否正常。5.2硬件調(diào)試記錄電路的工作離不開電源，所以電源是必不可少的。電源采用的是利用變壓器將220V的電壓轉(zhuǎn)換為12V的電壓，再利用橋堆整流使交流電變成直流電，最后分別利用ULN2003芯片得到5V的電壓。電路板焊接好以后，首先要檢查一下電路設(shè)計是否合理、元器件焊接是否正確，焊接好以后需要仔細檢查。用萬用表分別檢測從2003第三個端口出來的電壓是否是5V，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2003兩端電壓非常不穩(wěn)定。用萬用表仔細檢查了每根線，發(fā)現(xiàn)了原因，電路板存在虛焊的現(xiàn)象。再次將電路板焊好，檢查好以后，用萬用表檢測兩端輸出電壓，結(jié)果正確，電源準備工作完畢