基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的四相步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)論文

四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 1 頁(yè) 共 52 頁(yè) 基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的四相步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì) 摘要 ：本設(shè)計(jì)采用 司 裝的 片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的手動(dòng)和遙控控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)脈沖分配后分解出對(duì)應(yīng)的四相脈沖，分解出的四相脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn) 速的調(diào)節(jié)和狀態(tài)的改變由按鍵進(jìn)行選擇。通過(guò)鍵盤(pán)掃描把選擇的信息 反饋給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)反饋信息做出相應(yīng)的判斷并改變輸出脈沖的頻率或轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的不同狀態(tài)由 碼管顯示。紅外信號(hào)的發(fā)射由 另一塊單片機(jī)和紅外線 成，用紅外萬(wàn)能接收頭接收紅外信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制進(jìn)行紅外遙控。 關(guān)鍵字 ：四相步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī) 功率放大 紅外 遙控 to by by to to to to is by to 相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 2 頁(yè) 共 52 頁(yè) 目錄 前言 . 3 . 3 能介紹 . 3 體設(shè)計(jì)方案 . 3 體設(shè)計(jì)思路 . 3 案論證與比較 . 3 機(jī)的參數(shù) . 7 統(tǒng)組成 . 7 . 8 率放大驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì) . 8 示電路方案設(shè)計(jì) . 9 片機(jī)電源電路設(shè)計(jì) . 9 外發(fā)射電路設(shè)計(jì) . 10 . 10 程語(yǔ)言 . 10 件實(shí)現(xiàn)方法 . 10 四拍正轉(zhuǎn) . 11 四拍反轉(zhuǎn) . 11 雙八拍正轉(zhuǎn) . 11 雙 B 八拍反轉(zhuǎn) . 11 序流程圖 如下所示： . 12 相步進(jìn)電機(jī)程序清單 . 15 . 15 附錄 1 . 16 附錄 2 . 17 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 3 頁(yè) 共 52 頁(yè) 前言 一般，電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故 稱(chēng)為 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，該電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（有的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以直接輸出線位移，稱(chēng)為直線電動(dòng)機(jī)）。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件 。它有兩個(gè)工作：其一是傳遞轉(zhuǎn)矩，其二是傳遞信息。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專(zhuān)門(mén)電源輸入電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入的是脈沖信號(hào)，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱(chēng)為脈沖電動(dòng)機(jī)。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)很多，按勵(lì)磁方式可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。 這里使用的是反應(yīng)式四相步進(jìn)電機(jī)，它的工作方式有單四拍正轉(zhuǎn)，單四拍反轉(zhuǎn)，雙四拍正轉(zhuǎn)，雙四拍反轉(zhuǎn)，單雙八拍正 轉(zhuǎn)，單雙八拍反轉(zhuǎn)六種。針對(duì)這些狀態(tài)，設(shè)計(jì)的控制器能很好地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換及轉(zhuǎn)速的改變。 能介紹 一、基本功能 （ 1）步進(jìn)電機(jī)能夠在雙四拍和單雙八拍兩種工作方式間切換。 （ 2）能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)單步和連續(xù)運(yùn)行。 （ 3）能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)正 反轉(zhuǎn)及速度變換。 （ 4）顯示工作狀態(tài) 二、擴(kuò)展功能 紅外線遙控實(shí)現(xiàn)電機(jī)的各種狀態(tài)之間的啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換 體設(shè)計(jì)方案 體設(shè)計(jì)思路 用于控制的電機(jī)是 司生產(chǎn)的 四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。為滿足手動(dòng)和紅外遙控相 互獨(dú)立，采用兩塊 片機(jī)分別 控制 手動(dòng)模塊和紅外遙控模塊 。 手動(dòng)模塊完成所有基本功能以及紅外接收 ，遙控模塊用來(lái)發(fā)射紅外遙控信號(hào)。 案論證與比較 方案一、用邏輯電路實(shí)現(xiàn)。用 時(shí)器芯片產(chǎn)生脈沖，用 74成的電路實(shí)現(xiàn)脈沖的分配。用組合和時(shí)序 電路 實(shí)現(xiàn)頻率的調(diào)節(jié)。整個(gè)電路要用到的分立元件太多，電路聯(lián)接復(fù)雜，而且抗干擾能力不強(qiáng)，穩(wěn)定性和精確度不高。 方案二、用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)集成了運(yùn)算器電路、控制電路、存儲(chǔ)器、中斷系統(tǒng)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器以 及輸入 /輸出口電路等，所以用單片機(jī)設(shè)計(jì)控制電路省去了很多分立元器四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 4 頁(yè) 共 52 頁(yè) 件。對(duì)于脈沖的產(chǎn)生及分配，頻率的調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速及狀態(tài)的改變都可以由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，不必再分別用分立元器件實(shí)現(xiàn)。由于單片機(jī)的可編程特性，應(yīng)用單片機(jī)程序?qū)λ南嗖竭M(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，不僅功能易于實(shí)現(xiàn)，而且精確度高，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng) 。 方案三、用 現(xiàn)。眾所周知， 控制 核心， 外圍電路簡(jiǎn)單，整體性能好，有更好的穩(wěn)定性，更高的精度，更強(qiáng)的抗干擾能力。但是其價(jià)格昂貴，用于本設(shè)計(jì)的電機(jī)控制性?xún)r(jià)比不高。 綜上所述，選擇方案二 。 利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)主要控制，按 鍵進(jìn)行選擇。 單片機(jī)端口輸出的電流只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。為了給步進(jìn)電機(jī)提供足夠的電流，必須設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路?？紤]到本次驅(qū)動(dòng)的電機(jī)所帶負(fù)載和功率不大，對(duì)電源的要求也不是太高，故采用單一電壓型電源供電。 由于繞組 是 感性的，功率放大器必須設(shè)計(jì)得能保護(hù)晶體管不受電感 在接通和斷開(kāi) 瞬間 時(shí)的 尖峰信號(hào)的沖擊。同時(shí)，為了使繞組在斷電時(shí)能夠加快電流的衰減，以免斷開(kāi)的相繞組中的衰減電流對(duì)電動(dòng)機(jī)起制動(dòng)效應(yīng)，還必須為放大電路設(shè)計(jì)抑制電路或是泄放回路。這里對(duì)抑制電路有三種方案如下： 方案一：二極管抑制電路 二極管抑制電路如圖 示。當(dāng)繞組通電時(shí)，二極管承受反向電壓，不導(dǎo)通。當(dāng)三極管轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)或是繞組斷電時(shí)，繞組將產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)承受的電壓極性相反的感應(yīng)電勢(shì)，使二極管導(dǎo)通，形成繞組 L 和二極管構(gòu)成的回路。假設(shè)繞組電阻為 R，則回路中電流的衰減時(shí)間常數(shù)為 T=L/R 。由于 R 一般較小，因而 T 一般較大，只適用于步進(jìn)電機(jī)低速運(yùn)行。 圖 極管抑制電路 圖 極管 方案二：二極管 二極管 所示。在這個(gè)抑制電路中，增加了一個(gè)與二 極管串聯(lián)的電阻 繞組斷電時(shí)泄放回路的時(shí)間常數(shù)為 T=L/（ R+這就加快了斷電繞組中電流的衰減，減小了泄放回路時(shí)間常數(shù)。但由于 存在，使三極管在繞組斷電時(shí)承受較大的反向電壓。 方案三：穩(wěn)壓二極管抑制電路 這種電路是用一個(gè)穩(wěn)壓二極管代替串聯(lián)電阻，其電路如圖 示。當(dāng)繞組斷電時(shí)，由于穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性，給三極管的反向電壓也不會(huì)太大，泄放回路電流衰減得更快。當(dāng)斷電相繞組的感應(yīng)電勢(shì)升高到使穩(wěn)壓二極管擊穿并導(dǎo)通時(shí)，斷電相繞組中的儲(chǔ)能以熱能形式在穩(wěn) 壓二極管內(nèi)消散。 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 5 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 壓二極管抑制電路 綜上所述，考慮達(dá)到設(shè)計(jì)要求選擇方案二 。 利用二極管 9014 三極管組成驅(qū)動(dòng)電路。 方案一、采用 態(tài)顯示。 碼管的公共端 選控制信號(hào)）接電源（而對(duì)于共陰數(shù)碼管是接地），數(shù)碼管的段碼分別和 I/O 口相連，這樣 N 位數(shù)碼管就需要占用 位（共 8N 位） I/O 口線。特點(diǎn)是占用較多的硬件資源，控制簡(jiǎn)單方便。 圖 態(tài)顯示 方案二、采用 態(tài)顯示。 碼管的所有段碼連接在 同一個(gè) 8 位的 I/O 口線上，每 個(gè) 碼管的位碼則單獨(dú)使用一個(gè) I/O 口，這樣 N 位動(dòng)態(tài)顯示的 碼管只需占用8+N 位 I/O 口線；特點(diǎn)是占用較少硬件資源（ I/O 口），功耗相對(duì)于靜態(tài)顯示來(lái)講大大降低，但編程較復(fù)雜并需要占用系統(tǒng)的軟件資源。 1A M B E R C 2A M B E R C 選圖 態(tài)顯示 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 6 頁(yè) 共 52 頁(yè) 單片機(jī)的 I/O 端口較少，且系統(tǒng)要用 8 個(gè) 碼管，若選靜態(tài)顯示則需占用太多 I/用動(dòng)態(tài)顯示不僅可以減少占用硬件資源，降低功耗，而且本系統(tǒng)單片機(jī)能提供足夠的軟件資源。綜上所述，選擇方案二。 由于本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)工作電源為 5V，所以需要穩(wěn)壓，對(duì)于 5V 電源這里有以下兩種方案。 方案一 ： 用固定式三端穩(wěn)壓器 ,例如 7805 系列穩(wěn)壓器輸出固定 的正電壓 5V,輸入端接電容 以進(jìn)一步濾除紋波 ,輸出端接電容 改變負(fù)載的瞬態(tài)影響 ,使電路穩(wěn)定工作 2 最好采用漏電流小的鉭電容。如果采用電解電容，則電容要比圖中數(shù)值增加 10 倍。 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 15- S e 001 S he e t F i l e : F : M y D oc um e nt s 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 電子設(shè)計(jì) - 小車(chē) r a w n B y :V i +5V+-+9V 定式三端穩(wěn)壓器圖 固定式三端穩(wěn)壓器 方案二 ： 雖然 7805 三端集成穩(wěn)壓管內(nèi)部有過(guò)流、過(guò)熱和安全區(qū)的保護(hù)電路，但其輸出仍有可能發(fā)生過(guò)壓的危險(xiǎn)。因此本電路加了過(guò)壓保護(hù)電路，該電路由穩(wěn)壓管 阻 S 組成。 另外由于 7805 的最大輸出電流為 以通過(guò)在 7805 的 1 腳與 基極相連，7805 的 2 腳與 集電極相連，這樣就可輸出 2A 的電流。如需更大的電流，可再并聯(lián)幾個(gè)大功率三極管。 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e vi s i i z a t e : 15- S e 001 S he e t F i l e : F : M y D oc um e nt s 電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽 電子設(shè)計(jì) - 小車(chē) r a w n B y :V i 588525 12S B 683+流過(guò)壓的55 可擴(kuò)流過(guò)壓保護(hù) 5V 穩(wěn)壓電源 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 7 頁(yè) 共 52 頁(yè) 綜上所述，基于單片機(jī)電源只使用到 5V 的電源，所以不必考慮去調(diào)節(jié)它的穩(wěn)壓值，再加上第二種方案所用元件較多，性能價(jià)格比不高，因此我們采用了第一種方案。 紅外線是波長(zhǎng)約大于 770不可見(jiàn)光。將發(fā)射紅外線的發(fā)光二極管（ 感知紅外線的接受模塊組合在一起就可以實(shí)現(xiàn)紅外線通信。設(shè)計(jì)采用基于 紅外線通信方式。應(yīng)用紅外線接收模塊通信時(shí) ，將所使用的紅外線設(shè)置成如圖所示的頻率 40方波形式，即 1 秒鐘內(nèi)斷續(xù)地發(fā)送紅外線 4 萬(wàn)次。這種調(diào)制方式被稱(chēng)為脈沖周期調(diào)制（ 方案一、采用脈沖個(gè)數(shù)編碼。不同的脈沖個(gè)數(shù)代表不同的碼，最小為兩個(gè)脈沖，最大為8 個(gè)脈沖。為了使接收可靠，第一個(gè)碼寬為 3余為 1控碼數(shù)據(jù)幀間隔大于 10種方式易于實(shí)現(xiàn)，可靠性佳。 方案二、采用 8 位數(shù)字組成的代碼編碼。第一個(gè)數(shù)字為 1 代表起始位，接下來(lái)的三位為遙控碼，剩下的 4 位為停止碼。 綜上所述，采用方案一的編碼實(shí)現(xiàn)紅外通信。 機(jī)的參數(shù) 轉(zhuǎn) 速 n=60f / 其中 轉(zhuǎn)子齒數(shù)， N 為運(yùn)行拍數(shù)， f 是控制脈沖的頻率 。 由此可見(jiàn)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖頻率成正比，或者說(shuō)其轉(zhuǎn)速和脈沖頻率同步。改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。 此設(shè)計(jì)使用的電機(jī)步距角 b=以 60o/ b=360o/8。 故 n=60f/48。由于可調(diào)頻率為 16500以轉(zhuǎn)速為 20625r/ 統(tǒng)組成 經(jīng)過(guò)方案比較與論證，最終確定的系統(tǒng)組成框圖如圖 示。其中單片機(jī)作為主控設(shè)備控制系統(tǒng)的輸入和輸出。紅外發(fā)射和接收模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的較遠(yuǎn)距離的遙控控制。功率放大驅(qū)動(dòng)電路放大單片機(jī)分配的控制脈沖，顯示模塊則能顯示電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 圖 8 系統(tǒng)組成方框圖 按鍵輸入 功率放大驅(qū) 動(dòng)電路 四相步進(jìn) 電 機(jī) 控制開(kāi)關(guān) 單 片 機(jī) 單片機(jī)電源 狀態(tài)顯示 紅外接收 單 片 機(jī) 紅外 發(fā)射 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 8 頁(yè) 共 52 頁(yè) 率放大驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路圖如圖 示。該單元電路 采用 兩 級(jí) 9014 三極管達(dá)林頓接法，能很好的滿足放大要求。泄放回路采用二極管 方案，發(fā)光二極管通過(guò)一級(jí)三極管放大用來(lái)顯示通電的相。根據(jù)本次采用的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，使用 9014 三極管兩極放大能滿足驅(qū)動(dòng)要求。參數(shù)計(jì)算如下： ( ) / ( 5 0 . 7 * 2 ) / 3 3 0 0 . 0 1 11* * 2 5 0 * 2 5 0 * 0 . 0 1 1 6 8 7 . 52 1 2* 2 5 0 * 0 . 0 1 1 2 . 7 5116 8 7 . 5 2 . 7 5 6 9 0 . 2 50 1 2I U U R m Ab i b m m I m 理論計(jì)算的最大輸出電流為 際值并沒(méi)這么大，且電機(jī)每一相的運(yùn)行是斷續(xù)的，不會(huì)給三級(jí)管帶來(lái)太大的負(fù)擔(dān)， 所以此 方案基本 滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。 0 0 0 01 0000R 2 2 4 7 34 7 44 71 41 41 41 41 41 41 41 4R 2 14 70 19 01 3V T 29 01 3V T 39 01 3V T 49 01 3R 3 11 00R 3 21 00R 3 31 00R 3 41 00 1I N 2I N 3I N 4 30 驅(qū)動(dòng)電路電路圖 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 9 頁(yè) 共 52 頁(yè) 示電路方案設(shè)計(jì) 采用動(dòng)態(tài)顯示的方法實(shí)現(xiàn)狀態(tài) 的顯示： 44 P（雙四正轉(zhuǎn)）， 44 N（雙四反轉(zhuǎn)）， 48 （單雙八拍正轉(zhuǎn)）， 48 N（單雙八拍反轉(zhuǎn)），以及頻率的顯示。本設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示電路如圖 示。 H C 3 7 3R 2 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 D 7 1L E D 7 D 7 0L E D 7 1 21 21 21 2R 1 0 4 70R 1 1 4 70R 1 2 4 70R 1 3 4 70R 1 4 4 70R 1 5 4 70R 1 6 4 70R 1 7 4 701 21 21 21 2R 2 4 1 0 5 1 0 6 1 0 7 1 0 C V C C V C C V C C V C C V C C V C C V C I T 1K B I T 2K B I T 3K B I T 4K B I T 5K B I T 6K B I T 7K B I T 82 4 6 8圖 示電路電路圖 該單元電路主要采用總線來(lái)擴(kuò)展 I/O 單元，其中有 8 個(gè)共陰 碼管和一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器 數(shù)碼管的位選控制信號(hào)， 鍵盤(pán)輸入檢測(cè)信號(hào)。 數(shù)碼管在系統(tǒng)中是分時(shí)掃描控制的，當(dāng)控制數(shù)碼管顯示時(shí)， 制八個(gè)數(shù)碼管的位碼， 低電平，三極管 通，數(shù)碼管點(diǎn)亮，顯示段碼的數(shù)據(jù)。當(dāng)鍵盤(pán)控制時(shí)， 連在單片機(jī)的 上的（該口內(nèi)部有上拉電阻），給 入高電平，控制單片機(jī)掃描 ，如果鍵盤(pán)有鍵按下，與鍵盤(pán)相連的二極管導(dǎo)通，將電平鉗制在 以只要掃描到 為高電平，就可以判斷有鍵按下了。 片機(jī)電源電路設(shè)計(jì) 該電路主要由 1 個(gè) 7805 芯片 1 個(gè)整流橋 D 以及一些電阻和電容組成。輸出固定的正 5V 電壓 ,輸入端接電容 以進(jìn)一步濾除低次紋波 ,出高次諧波。 改變負(fù)載的瞬態(tài)影響。輸出 端接電容 次濾波，使輸出電壓更穩(wěn)定。電路如圖 示。 1 2 3 4 5 6i t l eN um be r R e v i s i i z a t e : 11 - A 2 00 5 S he e t o f F i l e : F : 下載文件 學(xué)習(xí)期的設(shè)計(jì)與制作 M c u .d r a w n B y :+ C 1247 0 u+C 1147 0 i 5 78 N 2 W E R ( + 9V )V C I D G S P S 單片機(jī)電源電路圖 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 10 頁(yè) 共 52 頁(yè) 外發(fā)射電路設(shè)計(jì) 此電路用單片機(jī)和矩陣式按鍵實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換及加減速的脈沖發(fā)射，單片機(jī)采用 采用最小化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管顯示紅外發(fā)射管是否發(fā)射出紅外信號(hào)。采用了兩個(gè)紅外發(fā)射管同時(shí)發(fā)射紅外信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大范圍，寬角度發(fā)射，保證接收的可靠性。采用矩陣式按鍵便于擴(kuò)展功能。電路圖如圖 示。 E A / V S E T 012I N T 11301P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E E / 89 S 5 1 Y 6 Y 8 Y 7 Y 4 Y 5p p 1K B 2K B 3K B 4K B 5X T A L 1X T A L 2K B 6K B 7K B 8K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5123456789 N 9K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5K B 6K B 7K B 8V C A L 1X T A L 2V C Y 3 Y 2 Y 1K B 6K B 7K B 81234561 _ I S S S S E S S S E 2 7 19 01 3u S E 1T T 1 Y 9S 10K E Y 10S 11K E Y 11S 12K E Y 12S 13K E Y 13S 14K E Y 14S 15K E Y 15S 16K E Y 16R 1 14 R 1 24 R 1 34 R 1 44 V C 7 29 01 3V C 2T T 2 u+C 1 1 1 00 N 2V C 紅外發(fā)射電路圖 程語(yǔ)言 本設(shè)計(jì)中采用匯編語(yǔ)言對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程。采用的是自下而上的設(shè)計(jì)方式，先設(shè)計(jì)出每一個(gè)模塊（子程序），然后再慢慢擴(kuò)大，最后組成整個(gè)系統(tǒng)。采用匯編語(yǔ)言編程對(duì)編程者有著特殊的要求，它不如用 C 語(yǔ)言編程輕松，它要求編程者對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍電路非常了解，尤其是對(duì)指令系統(tǒng)必須非常熟悉，而且用匯編語(yǔ)言開(kāi)發(fā)軟件是比較辛苦的，程序量也比較大，方方面面都需要考慮，一切問(wèn)題都需要編程者安排。但是使用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程所占的資源較少，產(chǎn)生代碼質(zhì)量高，且執(zhí)行完成情況佳。 件實(shí)現(xiàn)方法 軟件的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)按鍵查表控制 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并用按鍵來(lái)切換電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，用兩個(gè)數(shù)碼管分別顯示頻率與電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，運(yùn)行狀態(tài)雙四拍正轉(zhuǎn)，雙四拍反轉(zhuǎn)，單雙八拍正轉(zhuǎn)，單雙八拍反轉(zhuǎn)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其設(shè)計(jì)原理框圖如圖 3示。 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 11 頁(yè) 共 52 頁(yè) 圖 程序設(shè)計(jì)原理框圖 由于所用的晶振為 12以此作為步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)的話電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步甚至不能啟動(dòng)，且作為運(yùn)行的頻率也太高。因此首先對(duì)該晶振進(jìn)行分頻，得到頻率比較小的脈沖作為電機(jī)的步進(jìn)脈沖信號(hào)。經(jīng)驗(yàn)證， 方波的頻率為 1500能很好的驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。通過(guò)分頻的信號(hào)疊加產(chǎn)生不同頻率的脈沖，這些頻率（ 16轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的定時(shí)器基值，然后以表的形式存儲(chǔ)在單片機(jī)程序存貯器中。通過(guò)按鍵查表更新定時(shí)器基值，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。 四拍正轉(zhuǎn) 雙四拍正轉(zhuǎn)運(yùn)行方式是 應(yīng)的功能如表 示。 四拍反轉(zhuǎn) 雙四拍反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式是 應(yīng)的功能如表 示。 表 四拍正轉(zhuǎn) 表 四拍反轉(zhuǎn) 輸出代碼 通電繞組 輸出 00001001 09H 00001100 00000110 6H 00000011 3H 雙八拍正轉(zhuǎn) 單雙八拍正轉(zhuǎn)運(yùn)行方式是 A B C D A。其功能如表 示。 雙八拍反轉(zhuǎn) 單雙八拍反轉(zhuǎn)運(yùn)行方式是 A C B A。其功能如表 示。 表 雙八拍正轉(zhuǎn) 表 雙八拍反轉(zhuǎn) 輸出代碼 通電繞組 輸出 00000011 03H 00000110 06H 00001100 0001001 9H 輸出代碼 通電繞組 輸出 00000001 A 01H 00000011 03H 00000010 B 02H 00000110 3H 00000100 C 06H 00001100 00001000 D 08H 00001001 9H 輸出代碼 通電繞組 輸出 00000001 A 01H 00001001 09H 00001000 D 08H 00001100 00000100 C 04H 00000110 06H 00000010 B 02H 00000011 3H 12振 不同頻率脈沖 控制電機(jī) 的轉(zhuǎn)速 單 片 機(jī) 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 12 頁(yè) 共 52 頁(yè) 序流程圖 中斷開(kāi)始 接收并對(duì)低電平脈沖計(jì)數(shù) 按脈沖個(gè)數(shù)至 對(duì)應(yīng)程序 中斷返回 低電平脈寬 2高電平脈寬 3N Y N Y 遙控接收程序流程圖 開(kāi)始 初始化 遙控 程序 手控鍵掃描 ? 遙控鍵掃描 ? 否 否 是 是 返回 主程序流程圖 手控 程序 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 13 頁(yè) 共 52 頁(yè) 換拍鍵掃描 手控開(kāi)始 換拍標(biāo)志 =0？ 正反鍵掃描 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 1=0？ 顯示“ 44” 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 1=1？ 顯示“ 44 顯示“ 44 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 1=2？ 正反鍵掃描 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 2=0？ 顯示“ 48” 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 2=1？ 顯示“ 48 顯示“ 48 正反轉(zhuǎn)標(biāo)志 2=2？ Y Y Y Y N N N N Y N Y N N 停止 執(zhí)行鍵掃描 加速鍵掃描 減速鍵掃描 電機(jī)狀態(tài)輸出 停止 執(zhí)行鍵掃描 加速鍵掃描 減速鍵掃描 電機(jī)狀態(tài)輸出 返 回 Y 手控程序 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 14 頁(yè) 共 52 頁(yè) 遙控發(fā)射程序流程圖 開(kāi)始 初始化 調(diào)用鍵掃描 處理子程序 掃鍵開(kāi)始 逐列掃描 查鍵號(hào) 按鍵號(hào)轉(zhuǎn)至相 應(yīng)的發(fā) 射程序 鍵按下 ? 返回 N Y 發(fā)射開(kāi)始 裝入發(fā)射脈沖個(gè)數(shù) (發(fā) 3沖 停發(fā) 1 1沖 停發(fā) 1 1= 0 ? 返回 N Y 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 15 頁(yè) 共 52 頁(yè) 相步進(jìn)電機(jī)程序清單 三相步進(jìn)電機(jī)程序清單見(jiàn)附錄 2。 控制器能完成以下功能： （ 1） 通過(guò)調(diào)節(jié)單片機(jī)輸出脈沖頻率控制電機(jī)加速和減速； （ 2） 改變電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)； （ 3） 實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和紅外遙控控制兩種控制方式 ； （ 4） 顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和脈沖頻率； 在軟硬件的結(jié)合下，控制器能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主要采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。軟件方面采用匯編語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn) ，并下載到自制的實(shí)驗(yàn)板上測(cè)試通過(guò)。 參考文獻(xiàn) 1 杜坤梅 M. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2002 年第二版 2 美 丹尼斯 克爾 譯 宗光華 機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制 M學(xué)出版社， 2004 年第一版 3 日 船倉(cāng)一郎，土屋堯，掘桂太郎， 譯 宗光華 唐伯燕 M學(xué)出版社， 2004 年第一版 4美 邁克 譯 宗光華 機(jī)器人控制器與程序設(shè)計(jì) M 科學(xué)出版社，2004 年第一版 5 陳隆昌 劉新正 M安電子科技大學(xué)出版社， 2000 年第三版 6 陳永甫 M民郵電出版社， 2004 年第一版 7 童詩(shī)白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) M等教育出版社， 2001 年第三版 8 張洪潤(rùn) 張亞凡 M 科學(xué)出版社， 2002 年第一 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 16 頁(yè) 共 52 頁(yè) 附錄 1 元器件清單 名稱(chēng) 型號(hào) 參數(shù) 數(shù)量 單片機(jī) 1 數(shù)碼管 四位一體共陰 2 鎖存器 741 發(fā)光二極 管 7 二極管 12 三極管 9013， 9014 4， 8 紅外線發(fā)射管 紅外 1 紅外線萬(wàn)能接收頭 1 整流電橋 2 穩(wěn)壓管 7805 2 排阻 10K 2 電阻 若干 晶振 12M 1 下載口 2 電源接口 2 電解電容 100 f 470 f 1 4 電容 104 30 f 30 4 插座 單片機(jī)插座 所存器插座 40 引腳， 24 引腳 2 1 按鍵 電源按鍵 普通按鍵 2 24 四相步進(jìn)電機(jī)控制器 第 17 頁(yè) 共 52 頁(yè) 附錄 2 程序清單如下： ; 基于單片機(jī) 四相步進(jìn)電機(jī)控制程序 ; 作者： 凌鑫華 肖遠(yuǎn)青 譚輝 ; ;偽定義 08H ;遙控鍵 1 標(biāo)志 09H ;遙控