步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制第一章緒論、設(shè)計(jì)要求1、 緒論步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電設(shè)備中廣泛使用的一種電機(jī)，它將電脈沖信號(hào)直接轉(zhuǎn)化為角位移或直線位移。步進(jìn)電機(jī)輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，因此可用輸入電脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)各相繞組的通電順序來精確控制步進(jìn)電機(jī)的啟停、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制方法是由觸發(fā)器產(chǎn)生控制脈沖來進(jìn)行控制的。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，需要重新進(jìn)行控制器的設(shè)計(jì)。而且傳統(tǒng)的觸發(fā)器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，控制電路復(fù)雜、控制精度低、生產(chǎn)成本高。以微電子芯片為控制核心，以電力電子功率變換器為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的控制系統(tǒng)，能通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩進(jìn)而控制生產(chǎn)機(jī)械或運(yùn)動(dòng)部件按照人們所希望的規(guī)律運(yùn)動(dòng)?？朔藗鹘y(tǒng)控制器的缺點(diǎn)，滿足工業(yè)生產(chǎn)新的控制要求，體現(xiàn)了更大的優(yōu)越性，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。如今各領(lǐng)域步進(jìn)電機(jī)無(wú)處不在，高精度，實(shí)時(shí)監(jiān)控的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有重要意義和實(shí)用價(jià)值。目前單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢(shì)將是進(jìn)一步向著COMS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價(jià)格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個(gè)方面發(fā)展。同時(shí)，EDA技術(shù)的發(fā)展，使得芯片的功能能夠按人的意愿進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)省能源和人性化設(shè)計(jì)有著重要的促進(jìn)意義。本文介紹一種利用AT89C51單片機(jī)作為控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)易控制的方案。該控制系統(tǒng)具有電路簡(jiǎn)單可靠，通用性強(qiáng)，成本低廉，靈活方便等特點(diǎn)。2、 設(shè)計(jì)要求（1） 掌握硬件原理基礎(chǔ)上，編寫C程序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)、加減速和停止控制。（2） 設(shè)置多個(gè)按鍵，按不同的按鍵控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。（3） 在實(shí)驗(yàn)箱上的現(xiàn)有電路編寫程序來實(shí)現(xiàn)功能。（4） 調(diào)試，并且完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。第二章系統(tǒng)原理及設(shè)計(jì)1、 步進(jìn)電機(jī)原理反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是本系統(tǒng)的控制部件，它的定子是四相8個(gè)磁極，每個(gè)極靴上有相等的小齒，轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布著許多個(gè)小齒。定、轉(zhuǎn)子的尺寬、尺距都相等。當(dāng)A相通電，A相極下的小齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，B相下小齒剛好錯(cuò)開t/4,B相錯(cuò)開2t/4,D相錯(cuò)開3t/4?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度實(shí)際上就是控制系統(tǒng)發(fā)出CP脈沖的頻率或者換向的周期。步進(jìn)電機(jī)的工作方式：實(shí)際使用的步進(jìn)電機(jī)以單、雙八拍的方式工作。若以A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A次序通電為正轉(zhuǎn)，則按A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A通電為反轉(zhuǎn)。2)運(yùn)動(dòng)速度的控制：當(dāng)改變脈沖的周期時(shí)，ABCD四相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化，這就導(dǎo)致通電和斷電變化的速率發(fā)生變化，使電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，所以調(diào)節(jié)脈沖的周期就可以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度。(3)旋轉(zhuǎn)角度的控制：因?yàn)槊枯斎胍粋€(gè)脈沖，就使步進(jìn)電機(jī)四相繞組的狀態(tài)變化一次，并相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，所以步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度由輸入的脈沖數(shù)確定。2、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。主要由3個(gè)模塊組成：鍵盤、單片機(jī)模塊、驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)、步進(jìn)電機(jī)模塊；可實(shí)現(xiàn)如下功能：通過按鈕可設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過“復(fù)位”鍵設(shè)定電機(jī)啟動(dòng)；⑶通過“正向”和“反向”開關(guān)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向；步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由AT89S51單片機(jī)及單片機(jī)工作外同電路組成。采用試驗(yàn)箱上兩個(gè)按鈕和三個(gè)開關(guān)作為鍵盤。單片機(jī)的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3分別連到步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相繞組，單片機(jī)的控制信號(hào)輸出到步進(jìn)電機(jī)繞組就可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由鍵盤設(shè)置步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速和步數(shù)；由各個(gè)功能鍵控制系統(tǒng)的運(yùn)行，啟動(dòng)后按正轉(zhuǎn)按鍵或者反轉(zhuǎn)按鍵，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)按加速或減速按鈕控制加減速，按停止開關(guān)電機(jī)停止。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖：第三章硬件設(shè)計(jì)1、單片機(jī)單片微型機(jī)計(jì)算機(jī)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支，也是具有生命力的機(jī)種，單片微型計(jì)算機(jī)簡(jiǎn)稱單片機(jī)。特別適用于控制領(lǐng)域，故又稱為微控制器。通常，單片機(jī)由單塊集成電路芯片構(gòu)成，內(nèi)部包含有計(jì)算機(jī)的基本功能部件;中央處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路等。因此，單片機(jī)只需要和適當(dāng)?shù)能浖巴獠坎考O(shè)備和結(jié)合，便可成為一個(gè)單片機(jī)控制系統(tǒng)。圖2中：P1、P2、P3、P4相分別接步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D相。

UllRSTL4~~6SCQsda7XTALiINT土Y2■II1L0592M —UllRSTL4~~6SCQsda7XTALiINT土Y2■II1L0592M —T燈",—vcc1431~O06475R￡4LOKrnlIL2L3I4L5L6L7Em|研1ppppppppINnsT1TCDXXRESETRDWRRXDTXDALE/PPSEN3S37363534更32212223242526272310II30欺器囂P06P07P20P21參P24探P27PE9V51RD22、按鍵鍵盤部分，設(shè)定正，反轉(zhuǎn)和啟動(dòng)、停止、加減速等功能操作。本系統(tǒng)在啟動(dòng)電機(jī)后步進(jìn)電機(jī)勻速的運(yùn)行。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止和正、反轉(zhuǎn)，要設(shè)置相應(yīng)的按鈕和開關(guān)進(jìn)行功能鍵處理。第四章軟件設(shè)計(jì)1、程序流程圖程序流程圖如下所示。（1） 啟動(dòng)后首先讀一遍鍵盤。（2） 根據(jù)鍵盤判斷電機(jī)是正轉(zhuǎn)代碼、反轉(zhuǎn)代碼或者停止代碼。（3） 根據(jù)鍵盤所讀判斷是否加速、減速或者保持啟動(dòng)時(shí)候的速度，然后設(shè)定延時(shí)的時(shí)間。（4） 判斷設(shè)計(jì)的八拍是否完成，完成后清零從頭開始下一個(gè)八拍，沒有完成接著完成。（5） 返回開始繼續(xù)循環(huán)。

2、設(shè)計(jì)程序#include<reg51.h>unsignedintspeed,count=0;unsignedintspeedlevel=60;intstep_index=0;unsignedcharkeyval=3;sbitP3_0=P0"0;sbitP3_1=P0"1;sbitP3_2=P0"2;sbitP3_4=P0"4;sbitP3_5=P0"5;sbitP1_0=P「0;sbitP1_1=P1"1;sbitP1_2=P1"2;sbitP1_3=P1"3;voiddelay(unsignedintendcount);voidkeyscan(void);voidgorun(void);voidmain(void){P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;EA=1; //允許CPU中斷TMOD=0x11;//設(shè)定時(shí)器0和1為16位模式1ET0=1; //定時(shí)器0中斷允許TH0=0xFE;TL0=0x0C;//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次TR0=1; //開始計(jì)數(shù)while(1){keyscan();gorun();}}voidtimeint(void)interrupt1//定時(shí)器0中斷處理{TH0=0xFE;TL0=0x0C;//設(shè)定時(shí)每隔0.5ms中斷一次count++;}voiddelay(unsignedintendcount)//延時(shí)控制速度{count=0;do{}while(count<endcount);}voidgorun(void){switch(step_index)//給脈沖{case0:P1_0=1;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;case1:P1_0=1;P1_1=1;P1_2=0;P1_3=0;break;case2:P1_0=0;P1_1=1;P1_2=0;P1_3=0;break;case3:P1_0=0;P1_1=1;P1_2=1;P1_3=0;break;case4:P1_0=0;P1_1=0;P1_2=1;P1_3=0;break;case5:P1_0=0;P1_1=0;P1_2=1;P1_3=1;break;case6:P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=1;break;case7:P1_0=1;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=1;}delay(speedlevel);//控制時(shí)間來控制速度switch(keyval)//正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和停止控制{case1:step_index++;if(step_index>7)step_index=0;break;case2:step_index--;if(step_index<0)step_index=7;break;case3:P1_0=0;P1_1=0;P1_2=0;P1_3=0;break;}switch(speed)//加減速控制{case1:if(speedlevel<=80)speedlevel++;break;case2:if(speedlevel>=1)speedlevel--;break;}}voiddelayms(unsignedcharz)//給讀鍵盤延時(shí)，防止誤讀{unsignedchari,j;for(i=z;i>0;i--)for(j=110;j>0;j--);voidkeyscan()//讀鍵盤{if((0x07&P0)!=0x07){delayms(5);if(P3_0==0)//正轉(zhuǎn)keyval=1;if(P3_1==0)//反轉(zhuǎn)keyval=2;if(P3_2==0)//停止keyval=3;if(P3_4==0)//加速speed=1;if(P3_5==0)//減速speed=2;}}第五章系統(tǒng)調(diào)試1、 硬件調(diào)試檢測(cè)各硬件模塊是否斷路或者短路，根據(jù)電路圖查看接線線路是否正確。檢測(cè)接線無(wú)誤后，接入電源，測(cè)量各芯片的供電電壓，檢查無(wú)誤后，進(jìn)入軟件調(diào)試階段。2、 軟件調(diào)試首先下載程序到單片機(jī)后復(fù)位啟動(dòng)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，然后可以按正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，接下來可以按加速按鈕或者減速按鈕進(jìn)行加速或者減速，調(diào)試完成后按關(guān)停止開關(guān)可以步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行。結(jié)束語(yǔ)本文基于AT89C51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了鍵盤輸入控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速運(yùn)行。