基于瑞薩M16C的步進(jìn)電機(jī)精確控制

1、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文基于瑞薩m16c的步進(jìn)電機(jī)精確控制摘 要本論文題目是在windows xp為操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)下，使用瑞薩的hew編輯器，瑞薩的nc30編譯器和瑞薩的kd30調(diào)試器，編寫(xiě)好控制系統(tǒng)代碼，使用瑞薩的m16c系列單片機(jī)芯片，來(lái)實(shí)現(xiàn)sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)的基本驅(qū)動(dòng)，鍵盤(pán)的基本控制，lcd顯示器的基本顯示。并運(yùn)用l298n驅(qū)動(dòng)電路作為接受m16c系列單片機(jī)的電脈沖輸出信號(hào)從而滿足二相六線步進(jìn)電機(jī)的基本驅(qū)動(dòng)要求并通過(guò)lcd顯示器準(zhǔn)確的描述其基本轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)容。通過(guò)m16c系列單片機(jī)的芯片自帶定時(shí)器的pwm輸出來(lái)構(gòu)成對(duì)二相六線步進(jìn)電機(jī)所需要的時(shí)序脈

2、沖的輸入,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)二相六線步進(jìn)電機(jī)的精確和細(xì)分的控制。本文主要論述的是二相六線步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用的背景知識(shí)和背景技術(shù)外，另外，還對(duì)二相六線步進(jìn)電機(jī)的工作原理進(jìn)行描述，然后以瑞薩的m16c系列單片機(jī)的芯片為主的控制器提出了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案及如何利用瑞薩的m16c系列單片機(jī)的芯片來(lái)控制二相六線步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，m16c單片機(jī)，pwm，細(xì)分，精確控制precise control for stepper motor based on renesas m16cabstractthe topic of this paper is in the windows xp operating

3、system development platform, the use of renesas hew editor, renesas nc30 compiler and kd30 debugger, to write a good control system code, the use of renesas m16c series single chip, to achieve sihongmotor16h38-0806a phase six wire stepper motor basic drive, keyboard control, lcd basic display displa

4、y. and the use of l298n drive circuit as to accept the m16c series mcu electrical pulse output signal to meet two phase six wire stepper motor basic drive requirements and through the lcd display accurate description of its basic contents of rotation. through the m16c series mcu chip built-in timer

5、pwm output of two phase six wire stepper motor need timing pulse input, and then the two phase six wire stepper motor subdivision control precision and.this article main elaboration is phase six wire stepper motor application background and technical background, in addition, also on two phase six wi

6、re stepper motor principle are described, and then to renesas m16c series single chip based controller is presented. the system hardware design and how to use renesas m16c series mcu the chip to control the phase six wire stepper motor running.key words：stepper motor，renesas single-chip m16c,pwm,sub

7、division,precise control目 錄第一章 緒論11.1 引言11.2 步進(jìn)電機(jī)的分類11.3 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景21.4 國(guó)內(nèi)外研究情況2第二章 技術(shù)概述32.1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理32.1.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理32.1.2 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理42.2 瑞薩m16c芯片及其開(kāi)發(fā)板的介紹52.3 nc30編譯器及kd30調(diào)試器使用技術(shù)說(shuō)明62.3.1 nc30的編譯過(guò)程62.3.2 kd30軟件調(diào)試器的使用方法6第三章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.1 控制系統(tǒng)總體構(gòu)成83.2 控制系統(tǒng)的電路圖93.2.1 瑞薩m16c芯片平面圖93.2.2 lcd電路圖103.2.

8、3 按鍵的電路圖103.2.4 細(xì)分控制按鍵電路圖113.2.5 瑞薩m16c單片機(jī)+二相六線步進(jìn)電機(jī)+l298n的電路設(shè)計(jì)圖113.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及工具12第四章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)134.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖134.2 系統(tǒng)功能模塊層次劃分圖144.3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的操作序列圖和狀態(tài)遷移圖及示意圖154.4 步進(jìn)電機(jī)的主要文件構(gòu)成表194.5 控制系統(tǒng)的功能檢測(cè)20第五章 結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝23附 錄24第一章 緒論1.1 引言 歷史證明了，一個(gè)發(fā)展國(guó)家的制造業(yè)水平在相當(dāng)大的程度上決定了該國(guó)家的綜合實(shí)力，國(guó)家的發(fā)展也在相當(dāng)大的程度上依考于其先進(jìn)的制造業(yè)水平，

9、所以，絕大多數(shù)的發(fā)展國(guó)家都相當(dāng)重視并發(fā)展制造業(yè)，在二戰(zhàn)之后，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、微電子技術(shù)、信息和自動(dòng)化技術(shù)有了疾快的發(fā)展，并在制造業(yè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，擁有很多特點(diǎn)的步進(jìn)電機(jī)就是一個(gè)極其重要角色。 步進(jìn)電機(jī)又稱脈沖電機(jī)或稱階躍電機(jī)，是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€位移或角位移的開(kāi)環(huán)控制元件，它不能直接接到交流電源上。在不超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決與電脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)和頻率，而不會(huì)受其負(fù)載變化而變化， 其應(yīng)用發(fā)展己有八十多年的歷史。可以說(shuō)步進(jìn)電機(jī)是純粹的數(shù)字在控制的，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)控制電脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或者是截止，從而使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)可以在很寬廣

10、的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變電脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)其調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這也是步進(jìn)電機(jī)最突出的特點(diǎn)。正是由于步進(jìn)電機(jī)具有這么突出的特點(diǎn)，所以才能成為了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，在廣泛應(yīng)用的各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子及其計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，與昔日不能相提并論，在各個(gè)國(guó)家的國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有很廣泛的應(yīng)用，所以本課題的研究是非常有必要的。1.2 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)種類很多，但，主要可以分為機(jī)械式，電磁式，組合式3種類。如果按其結(jié)構(gòu)分，可以分為反應(yīng)式（vr）,永磁式（pm）和混合式（hb）3種類。（1）variable reluctant (反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī))一般為三相的

11、步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)角為1.5度。其步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組，是由軟磁材料構(gòu)成的。成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，步距角也可以很小。但只有單段式的步進(jìn)電機(jī)和多段式的步進(jìn)電機(jī)，動(dòng)態(tài)性能比較差。（2）permanent magnet (永磁式步進(jìn)電機(jī)) 一般為兩相的步進(jìn)電機(jī)，體積小，步進(jìn)角一般為7.5度或者15度。其步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身就是個(gè)磁源，是永磁材料構(gòu)成的。并定子極數(shù)和它的極數(shù)相等，所以一般的步距角相對(duì)的比較大。但，它的動(dòng)態(tài)性能也相對(duì)的較好，消耗的功率也相對(duì)的比反應(yīng)式的要低。（3）hybri(混合式步進(jìn)電機(jī))其結(jié)構(gòu)上的轉(zhuǎn)子加有永磁體，這是提供軟磁材料的工作點(diǎn)。它是綜合了反應(yīng)式和永磁式兩種的特點(diǎn)。因此這種步進(jìn)電機(jī)

12、的工作效率高，使用電流小，并具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，在其轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，比其他的平穩(wěn)且低噪聲。它一般分為兩相或者無(wú)相：兩相步進(jìn)電機(jī)一般為1.8度，無(wú)相步進(jìn)電機(jī)一般為0.72度。1.3 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用背景步進(jìn)電機(jī)是將其電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€位移或角位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在其不超載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，停止的位置只取決于電脈沖信號(hào)的脈沖數(shù)和頻率，而不會(huì)受其負(fù)載變化而隨之變化的，這也使得其在速度、位置等方面更加讓人感覺(jué)到很簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)的輸入脈沖數(shù)與輸出軸的角位移量成正比，不受其環(huán)境溫度及電壓的影響，沒(méi)有累積的定位誤差，所以控制輸入的數(shù)字脈沖數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的精確定位；而步進(jìn)電機(jī)的輸入的脈沖頻率與輸出軸的轉(zhuǎn)

13、速成正比，所以控制輸入的脈沖頻率就能夠準(zhǔn)確的控制著步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)在很寬廣的范圍內(nèi)精確調(diào)其轉(zhuǎn)速。并且由于它的體積小，控制方便等的特點(diǎn)，所以在自動(dòng)生產(chǎn)線，自動(dòng)化儀表，打印機(jī)，數(shù)控系統(tǒng)，繪圖機(jī)，機(jī)器人及計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備中得到非常廣泛應(yīng)用1。1.4 國(guó)內(nèi)外研究情況國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)：電機(jī)產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。并且以每年一定的速度遞增，已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)中不可缺少的基礎(chǔ)性工業(yè)。國(guó)民經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界電機(jī)制造基地正在快速地向中國(guó)轉(zhuǎn)移，為電機(jī)產(chǎn)業(yè)提供了無(wú)限的發(fā)展空間。國(guó)內(nèi)：過(guò)去在浙江，江蘇，北京，四川等地都在生產(chǎn)且使用大力距步步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行機(jī)床控制，資金雄厚的公司采

14、用了交流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行機(jī)床控制。設(shè)施還是比較的落后。國(guó)外：基本不再使用大力距步步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槌杀颈容^高，多數(shù)用直流電動(dòng)機(jī)或者是空心轉(zhuǎn)杯電機(jī)。第二章 技術(shù)概述2.1 單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理2.1.1 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理如圖2-1-1和圖2-1-2所示，這是一個(gè)二相六線的步進(jìn)電機(jī)，其在結(jié)構(gòu)上也是由轉(zhuǎn)子和定子組成的，當(dāng)脈沖電流流過(guò)其定子繞組時(shí)，在其磁拉力的作用下，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度，使其磁極方向改變，且，又帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度。本論文以二相六線步進(jìn)電機(jī)為例,若按abcda規(guī)律循環(huán)順序通電，這種控制方式稱為二相四拍。若按aabbbcccdddaa規(guī)律循環(huán)順序通電，這種控制方式稱為二相八拍。無(wú)論采取

15、哪一種方式，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角恒為一個(gè)齒距角。電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移用a表示，則a=360度，四拍的控制方式的步距角為a=360度/（50*4）=1.8度，俗稱為整步（圖2-1-3）。八拍的控制方式的步距角為a=360度/（50*8）=0.9度，俗稱為半步（圖2-1-4）。運(yùn)用單片機(jī)的輸出功能，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)輸出四個(gè)信號(hào)分別給步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)端口a+（blk）、a-（grn）、b+（red）、b-（blu），通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)的通電循環(huán)順序來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向5。圖2-1-1 兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖圖2-1-2 兩相步進(jìn)電機(jī)繞線的示意圖圖2-1-3 整步狀態(tài)的電流方波和磁場(chǎng)矢量的示意圖圖2-1-4 半步狀態(tài)

16、的電流方波和磁場(chǎng)矢量的示意圖2.1.2 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分原理電機(jī)的細(xì)分方法有諸多種，其中，pwm細(xì)分技術(shù)是目前較為常用的細(xì)分方式，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)在其電機(jī)線圈中產(chǎn)生階梯型的電流，改善其電機(jī)性能并達(dá)到細(xì)分的目的3。也就是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁繞組中的電流控制，使其內(nèi)部形成均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并讓其電流范圍能在零到最大值之間有多個(gè)穩(wěn)定的電流值，磁場(chǎng)矢量值和方向也就會(huì)存在多個(gè)穩(wěn)定的值，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。在正常的情況下，合成的磁場(chǎng)矢量值就決定了其步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力矩的值，所以，相鄰的磁場(chǎng)矢量之間的夾角值也就決定了步距角的值。因此，要想進(jìn)行對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒力矩進(jìn)行均勻細(xì)分控制，就必須得合理的控制步進(jìn)電機(jī)繞

17、組線中的電流 7。pwm（pulse width modulation）控制技術(shù)-脈沖寬度調(diào)制方式，通過(guò)對(duì)一系列的脈沖寬度實(shí)行控制，來(lái)等效獲得自己所需要的波形，其技術(shù)在逆變電路中運(yùn)用的非常的廣泛。其特點(diǎn)是從mcu到被控制系統(tǒng)的信號(hào)都是數(shù)字形式的，所以，不需要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。占空比-保持高電平的時(shí)間與其pmw的時(shí)鐘周期之間的比，只要帶寬足夠?qū)?，無(wú)論什么模擬值都可以用pmw實(shí)現(xiàn)編碼。這也就會(huì)增強(qiáng)了對(duì)噪聲抵抗的能力。使用自帶的pwm模塊的單片機(jī)通過(guò)配置硬件資源可以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)其方波所產(chǎn)生的占空比不同的方波，可以獲得類似與正弦波的階梯型狀態(tài)的電流，從而獲得較高的細(xì)分精度。適合運(yùn)用在精確系數(shù)高的精準(zhǔn)

18、控制儀器上。圖2-1-5步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電流矢量的示意圖2.2 瑞薩m16c芯片及其開(kāi)發(fā)板的介紹本論文所采用的瑞薩芯片是m16c/62p群中的m16c -m30626fhpfp mcu（圖2-2-1）， 圖2-2-1 瑞薩m16c芯片產(chǎn)品型號(hào)，存儲(chǔ)器容量及封裝的示意圖該mcu是采用了80引腳的qfp塑封。具有高效率指令，高性能指令，1m字節(jié)的地址空間，快速執(zhí)行指令的能力同時(shí)還有高速dma控制器和乘法器，具備高速算術(shù)/邏輯運(yùn)算處理的oa，通信設(shè)備及工業(yè)設(shè)備的控制8。其中，cpu有基本指令數(shù)為91條，最短指令執(zhí)行時(shí)間為41.7ns或100ns，運(yùn)行模式為單芯片（模式）或者存儲(chǔ)器擴(kuò)展（模式）或者微處理器

19、（模式），存儲(chǔ)器容量為1m字節(jié)，可以通過(guò)擴(kuò)展到4m字節(jié)。外圍功能有端口為114個(gè)（113個(gè)為輸入，1個(gè)為輸出），多功能定時(shí)器為定時(shí)器a（16為*5個(gè)通道）、定時(shí)器b（16為*5個(gè)通道）。(1）定時(shí)器am16c/62p(80引腳版)中的定時(shí)器a沒(méi)有定時(shí)器a1的ta1in引腳和ta1out引腳、定時(shí)器a2的ta2in引腳和ta2out引腳。其模式可以分為定時(shí)器（模式）：對(duì)內(nèi)部計(jì)數(shù)源進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式、事件計(jì)數(shù)器（模式）：對(duì)來(lái)自外部的脈沖、其它定時(shí)器的溢出或者其它定時(shí)器的下溢進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式、單次觸發(fā)定時(shí)器（模式）：在計(jì)數(shù)值變?yōu)椤?000h”之前，只進(jìn)行1次脈沖輸出的模式、脈寬調(diào)制（pwm）（模式）：連續(xù)

20、輸出任意寬度的脈沖的模式。(2）定時(shí)器b m16c/62p(80引腳版)中的定時(shí)器b沒(méi)有定時(shí)器b1的tb1in引腳。其模式可以分為定時(shí)器（模式）：對(duì)內(nèi)部計(jì)數(shù)源進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式、事件計(jì)數(shù)器（模式）：對(duì)來(lái)自外部的脈沖、其它定時(shí)器的溢出或者其它定時(shí)器的下溢.進(jìn)行計(jì)數(shù)的模式、脈沖周期測(cè)定/脈寬測(cè)定（模式）：測(cè)定外部脈沖周期或者脈寬的模式，a/d轉(zhuǎn)換器為10位a/d轉(zhuǎn)換器（1個(gè)電路，26個(gè)通道）ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果從a/d寄存器獲取10。，中斷為內(nèi)部（中斷）29個(gè)、外部（中斷）8個(gè)、軟件（中斷）4個(gè)、中斷優(yōu)先級(jí)有7級(jí)。小鍵盤(pán)、sw1-sw10控制鍵等。 圖2-2-2 瑞薩m16c芯片結(jié)構(gòu)示意圖2.3 nc30編

21、譯器及kd30調(diào)試器使用技術(shù)說(shuō)明2.3.1 nc30的編譯過(guò)程(1) 編寫(xiě)c語(yǔ)言源文件，匯編語(yǔ)言源文件，可再定位的目標(biāo)文件程序。(2) 對(duì)啟動(dòng)程序ncrt0.a30進(jìn)行匯編，對(duì)c語(yǔ)言源程序xxx.c進(jìn)行編譯和匯編，連接可再定位的目標(biāo)文件ncrt0.r30和xxx.r30(3) 在命令提示符下生成目標(biāo)文件（xxx.x30）。2.3.2 kd30軟件調(diào)試器的使用方法(1) 裝載編譯過(guò)的目標(biāo)程序，在file中的load module下，選著指定的xxx.x30文件并裝入文件。(2) 執(zhí)行裝入的文件程序，并點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕，運(yùn)行其目標(biāo)程序。 (3) 執(zhí)行裝入的文件程序到指定行，在代碼窗口中的brk列上設(shè)置

22、我們所需的斷點(diǎn)，并執(zhí)行其程序。(4) 打開(kāi)含有主函數(shù)（main函數(shù)）的源文件并開(kāi)始調(diào)試目標(biāo)程序。(5) 切換調(diào)試程序顯示至匯編語(yǔ)言和c語(yǔ)言及混合顯示。(6) 以行為基本單位，確認(rèn)調(diào)試程序的流程。(7) 改變或者查看其變量?jī)?nèi)容，通過(guò)basic打開(kāi)c語(yǔ)言查看窗口，點(diǎn)擊添加按鈕添加調(diào)試變量，查看調(diào)試變量?jī)?nèi)容。（8）將數(shù)組名賦給指針變量，查看或者改變指針指向的數(shù)組。(9) 查看或者改變其指定地址內(nèi)存的內(nèi)容，通過(guò)basic window打開(kāi)寄存器窗口，點(diǎn)擊地址列，指定調(diào)試開(kāi)始地址，查看內(nèi)存內(nèi)容。(10) 查看或者改變更多內(nèi)存的內(nèi)容，通過(guò)basic window打開(kāi)跳轉(zhuǎn)窗口。其使用方法與寄存器窗口相類似。

23、(11) 查看或者改變其寄存器的內(nèi)容。第三章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 控制系統(tǒng)總體構(gòu)成如圖3-1-1所示的是二相六線的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的總體構(gòu)成圖，從圖可以看出控制鍵盤(pán)，控制指令（程序模塊），脈沖分配器（l298n驅(qū)動(dòng)）和二相六線的步進(jìn)電機(jī)之間控制的相互關(guān)系。即用戶可以通過(guò)控制鍵盤(pán)來(lái)控制瑞薩m16c單片機(jī)的相應(yīng)控制模塊，而其控制模塊將會(huì)把用戶的所需要的要求轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)二相六線的步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)，瑞薩m16c單片機(jī)對(duì)二相六線的步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)l298n驅(qū)動(dòng)電路的轉(zhuǎn)化之后，再將其信號(hào)輸出給二相六線的步進(jìn)電機(jī)。同時(shí)瑞薩m16c單片機(jī)控制模塊也將對(duì)二相六線的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行信息同步到lc

24、d顯示器上顯示出來(lái)。圖3-1-1 控制系統(tǒng)總體構(gòu)成圖3.2 控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)3.2.1 瑞薩m16c芯片平面圖3-2-1 瑞薩m16c芯片平面的示意圖圖3-2-1所示的是本論文題目所用的瑞薩m16c芯片平面圖，從圖中可以看出共有100引腳。3.2.2 lcd電路圖圖3-2-2 lcd電路的示意圖圖3-2-2所示的是本論文題目所用的瑞薩m16c單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上的lcd電路圖，從圖中可以看出p10端口及p0端口是控制lcd顯示的數(shù)據(jù)控制端口。3.2.3 按鍵的電路圖圖3-2-3 步進(jìn)電機(jī)輸入步數(shù)的控制按鈕電路的示意圖圖3-2-3所示的是本論文題目所用的瑞薩m16c單片機(jī)開(kāi)發(fā)板上為二相六線的步進(jìn)電機(jī)

25、輸入步數(shù)的控制按鈕電路圖，從圖中可以看出p1端口是輸入步數(shù)的控制按鈕的數(shù)據(jù)控制端口。3.2.4 細(xì)分控制按鍵電路圖圖3-2-4 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制按鈕電路圖的示意圖圖3-2-4所示的是本論文題目所用的瑞薩m16c單片機(jī)的開(kāi)發(fā)板上為二相六線的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制的按鈕電路圖，從圖中可以看出p3端口是細(xì)分控制按鈕的數(shù)據(jù)控制端口。3.2.5 瑞薩m16c單片機(jī)+二相六線步進(jìn)電機(jī)+l298n的電路設(shè)計(jì)圖3-3-5 瑞薩單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+l298n的電路設(shè)計(jì)圖的示意圖 如3-3-5 瑞薩單片機(jī)+步進(jìn)電機(jī)+l298n的電路設(shè)計(jì)圖所示的是二相六線的步進(jìn)電機(jī)的信號(hào)輸出端口即p7_2，p7_4，p7_6，p8_0，它

26、們各分別是瑞薩m16c單片機(jī)芯片上的四個(gè)定時(shí)器，即定時(shí)器a1，定時(shí)器a2，定時(shí)器a3，定時(shí)器a4的pwm脈沖輸出的引腳，它們輸出給予驅(qū)動(dòng)二相六線的步進(jìn)電機(jī)所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)l298n驅(qū)動(dòng)電路的轉(zhuǎn)化之后，將會(huì)把其直接輸出給二相六線的步進(jìn)電機(jī)。3.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)及工具步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成由瑞薩m16c開(kāi)發(fā)板，l298n驅(qū)動(dòng)電路，二相六線步進(jìn)電機(jī)及（+）12v電源。運(yùn)用匯編語(yǔ)言及c語(yǔ)言通過(guò)kd30，nc30及hew開(kāi)發(fā)工具在windows xp操作系統(tǒng)下實(shí)現(xiàn)編寫(xiě)并將其順利完成。第四章 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的程序流設(shè)計(jì)圖4-1-1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖的示

27、意圖此二相六線步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：鍵盤(pán)功能鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行方式的基本控制，數(shù)字鍵實(shí)現(xiàn)對(duì)sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)參數(shù)的基本設(shè)置；顯示器能夠顯示sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的步數(shù)；通過(guò)鍵盤(pán)輸入預(yù)定步數(shù)，實(shí)現(xiàn)瑞薩m16c單片機(jī)對(duì)sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載進(jìn)行預(yù)定工作的控制。本系統(tǒng)采用加速定位控制，避免了啟動(dòng)速度過(guò)大而使sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)不能正常啟動(dòng)。4.2 系統(tǒng)功能模塊層次劃分

28、設(shè)計(jì) 圖4-2-1 系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)層次劃分的示意圖圖4-2-1所示的是系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)層次劃分圖，從圖中可以看出步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)分為兩大模塊，即定時(shí)器中斷模塊和步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主模塊。其中,定時(shí)器中斷模塊是用來(lái)產(chǎn)生定時(shí)掃描按鍵和定時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)的功能；步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的模塊主要實(shí)現(xiàn)的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的兩種模式，即普通驅(qū)動(dòng)模式和精確控制模式以及其按鍵檢測(cè)功能。圖4-2-2 定時(shí)器中斷圖的示意圖定時(shí)器中斷服務(wù)：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)一開(kāi)啟就開(kāi)始初始化，其中就包括定時(shí)器的初始化。定時(shí)器在每隔一定時(shí)間就會(huì)發(fā)生一次中斷請(qǐng)求用于其檢測(cè)是否有按下按鍵及其系統(tǒng)的運(yùn)行情況。通過(guò)定義中斷標(biāo)志位來(lái)判定是否發(fā)生中斷請(qǐng)求

29、。中斷的動(dòng)作：中止主程序，將控制轉(zhuǎn)移到中斷程序中；寄存器的值的保存在堆棧區(qū)域中；中斷的處理；恢復(fù)被保存的寄存器的值；從中斷程序返回到主程序中。4.3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的操作序列圖和狀態(tài)遷移圖及示意圖圖4-3-1 控制系統(tǒng)的普通驅(qū)動(dòng)模式操作序列圖的示意圖圖4-3-2 控制系統(tǒng)的細(xì)分模式控制狀態(tài)遷移圖的示意圖圖4-3-1和圖4-3-2所示的是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)為普通驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，用戶，二相六線步進(jìn)電機(jī)及步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)三者之間對(duì)于對(duì)事件反應(yīng)的時(shí)間順序的關(guān)系圖和當(dāng)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)在選擇細(xì)分模式時(shí)的操作示意圖。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)先初始化基本信息，根據(jù)用戶的實(shí)際需求可以選擇7種細(xì)分模式，即，將sw8為on

30、即六十四細(xì)分模式；sw8為off且sw7為on即三十二細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為on即十六細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為on即八細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為off，sw4為on即四細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為off，sw4為off，sw3為on即半步狀態(tài)模式，每次控制鍵的變化，系統(tǒng)都會(huì)隨之變化，lcd同步顯示出變化的信息。用戶選擇完細(xì)分模式后，可按sw9（run）鍵，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)用戶按下sw10（stop）時(shí)，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)停止，然后馬上停止步進(jìn)

31、電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。圖4-3-3 控制系統(tǒng)的精確控制模式操作序列圖的示意圖圖4-3-3所示的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的精確控制模式的操作序列圖，系統(tǒng)先會(huì)初始化信息。然后根據(jù)用戶將控制鍵sw2為on，然后將輸入步數(shù)的控制鍵sw3為on。就可以向控制系統(tǒng)輸入實(shí)際所需的步數(shù)，如果用戶用鍵盤(pán)輸入的500的步數(shù)?？刂葡到y(tǒng)則會(huì)在lcd顯示器上顯示出用戶所輸入的值即500，此時(shí)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的啟停狀態(tài)為run。當(dāng)500步的電脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)全部輸出時(shí)，控制系統(tǒng)將會(huì)停止向步進(jìn)電機(jī)輸出電脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，lcd顯示器也將顯示出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的啟停狀態(tài)為stop。圖4-3-4 控制系統(tǒng)的戶模式切換操作序列圖的示意圖圖4-

32、3-4所示的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中用戶的兩種模式的切換的序列圖，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)始顯示為普通驅(qū)動(dòng)模式的信息，并在lcd顯示器上顯示出。將控制鍵sw1為on時(shí)，切換到精確控制模式，并在lcd顯示器上顯示出精確控制模式的信息。在精確控制模式下，將控制鍵sw3為off（禁止輸入），且將控制鍵sw1為off時(shí)，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)便會(huì)切換為普通驅(qū)動(dòng)模式，并在lcd顯示器上顯示處普通驅(qū)動(dòng)模式的信息。圖4-3-5 控制系統(tǒng)的啟停及速度控制狀態(tài)遷移圖的示意圖圖4-3-5所示的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行和停止之間的狀態(tài)相互轉(zhuǎn)變的示意圖。按下控制鍵sw9則是從停止?fàn)顟B(tài)遷移到運(yùn)行狀態(tài)。按下控制鍵sw10則是從運(yùn)行狀態(tài)遷

33、移到停止?fàn)顟B(tài)。運(yùn)行速度狀態(tài)遷移事件則是通過(guò)旋轉(zhuǎn)控制旋轉(zhuǎn)verf旋鈕引起的a/d變化進(jìn)而獲得二相六線步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速速。圖4-3-6 控制系統(tǒng)的方向控制狀態(tài)遷移圖的示意圖圖4-3-6所示的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的二相六線步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向（順勢(shì)針和逆時(shí)針）的狀態(tài)遷移圖。即將控制鍵sw2為on時(shí)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍粚⒖刂奇Isw2為off時(shí)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?圖4-3-7 控制系統(tǒng)的鍵盤(pán)示意圖圖4-3-7所示的是控制系統(tǒng)的鍵盤(pán)示意圖，鍵盤(pán)的輸入操作：鍵盤(pán)的字符分布為第一行：abcd, 第二行：efgh,第三行：ijkl,第四行：*mn#.鍵盤(pán)的數(shù)字分布為第一行：123#, 第二行

34、：456#,第三行：789#,第四行：#0#.在精準(zhǔn)控制模式下，用鍵盤(pán)向系統(tǒng)輸入步數(shù)時(shí)，以#號(hào)為結(jié)束信號(hào)，輸入大于三位數(shù)時(shí)，控制系統(tǒng)將自動(dòng)結(jié)束輸入模塊，并顯示前三位所輸入的步數(shù)。圖4-3-8 控制系統(tǒng)的三次抖動(dòng)取消算法的示意圖如圖4-3-8所示的是系統(tǒng)中啟動(dòng)和停止的兩個(gè)控制鍵的三次抖動(dòng)取消算法的示意圖，即將控制鍵sw9和控制鍵sw10的三次抖動(dòng)取消算法。其主要目的是對(duì)控制鍵進(jìn)行重復(fù)判斷，提高按鍵操作的靈敏度和減少操作所引起的誤差。圖4-3-9 控制系統(tǒng)的lcd顯示畫(huà)面設(shè)計(jì)示意圖如圖4-3-9所示的是步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的lcd顯示畫(huà)面設(shè)計(jì)圖。第一行，模式的顯示即步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的普通控制模式和精確

35、控制模式；第二行，步進(jìn)角的顯示即步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)的步進(jìn)角為1.8度，0.9度，0.45度，0.225度，0.1125度，0.05625度，0.028125度，這里的步進(jìn)角共有六種角度且會(huì)隨著選擇的變化而變化；第三行中，左邊是運(yùn)行狀態(tài)的顯示：stop表示停止運(yùn)行， run表示正在運(yùn)行；右邊是轉(zhuǎn)向的顯示：l_d表示逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)， r_d表示順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；第四行中，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角速度的顯示，在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)旋轉(zhuǎn)速度顯示會(huì)隨著a/d轉(zhuǎn)換器的變化而隨之改變。4.4 步進(jìn)電機(jī)的主要文件構(gòu)成表 圖4-4-1 控制系統(tǒng)的主要文件及其功能表的示意圖如圖4-4-1所示的是控制系統(tǒng)的主要文件及其功能和作用，文件主要包

36、括有啟動(dòng)文件， c語(yǔ)言頭文件，c語(yǔ)言源文件，匯編源文件。4.5 控制系統(tǒng)的功能檢測(cè)控制系統(tǒng)功能檢測(cè)是對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行之后，對(duì)所編寫(xiě)的系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和分析。（1）模式切換測(cè)試：控制鍵sw1為on，lcd顯示器顯示為精確控制模式；控制鍵sw3和控制鍵sw1都為off，lcd顯示器顯示為普通驅(qū)動(dòng)模式。 （2）輸入控制測(cè)試：控制鍵sw1和控制鍵sw3都為on，鍵盤(pán)輸入步數(shù)的值不超過(guò)兩位并且以“#”結(jié)束鍵結(jié)束，輸入步數(shù)為三位時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)束，并且輸入步數(shù)位前三位的值。 （3）轉(zhuǎn)向控制測(cè)試：控制鍵sw2為on，二相六線步進(jìn)電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；相反則，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。（4）啟?？刂茰y(cè)試：控制鍵sw9為on，

37、二線六線步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行；控制鍵sw10為on，二相六線步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行。（5）細(xì)分模式控制測(cè)試：sw8為on即六十四細(xì)分模式；sw8為off且sw7為on即三十二細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為on即十六細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為on即八細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為off，sw4為on即四細(xì)分模式；sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為off，sw4為off，sw3為on即半步狀態(tài)模式。sw8為off，sw7為off，sw6為off，sw5為off，sw4為off，sw3為off

38、即整步狀態(tài)模式。 第五章 結(jié)論 通過(guò)實(shí)現(xiàn)基于瑞薩m16c的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。有效地控制sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行停止、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的控制及六十四細(xì)分等七種細(xì)分模式。利用lcd顯示器同步顯示sihongmotor16h38-0806a二相六線步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行情況。參考文獻(xiàn)1 謝寶昌,任永德. 電機(jī)的dsp控制技術(shù)及其應(yīng)用.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.2 王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)入門(mén).上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.3 李念強(qiáng).單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.4liyu cao,howard m.schwartz.oscillati

39、on,instability and control of stepper motors. nonlinear dynamics.canada.springer netherlands,1999,4:383-404.5 沈志勤.電子技術(shù)基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社,2006.6 劉國(guó)永,陳杰平.單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),2002,04:61-63.7 孫玲,尹福昌.單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)研究.科技資訊,2007,35:89-90.8 王義軍.單片機(jī)原理及應(yīng)用習(xí)題與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū).北京:中國(guó)電力出版社,2006.9 周根林.嵌入式系統(tǒng)原理與應(yīng)用.南京:南京大學(xué)出版社,

40、2006. 10 陸延豐.三菱m16c/62單片機(jī)原理和應(yīng)用.北京:北航出版社,1997. 致謝感謝在本論文題目的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中得到趙海東老師的細(xì)心指導(dǎo)，感謝在本論文撰寫(xiě)的過(guò)程中得到于慶豐老師細(xì)心指導(dǎo)，感謝給予我?guī)椭耐瑢W(xué)。附 錄 a/d旋轉(zhuǎn)按鈕控制程序:/*funccomment* function name : caladvdc(void);* function : get a/d result* return : int*func commentend*/int caladvdc(void) int value_ad,result; /variable definitions value

41、_ad = ad0;/get result from ad register result = 0; /variable definitions result = 0;/variable definitions/*change the value of ad register into a number between 0 and 500*/ if(value_ad & 0x0200)result += 2500; if(value_ad & 0x0100)result += 1250; if(value_ad & 0x0080)result += 625; if(value_ad & 0x0

42、040)result += 313; if(value_ad & 0x0020)result += 156; if(value_ad & 0x0010)result += 78; if(value_ad & 0x0008)result += 39; if(value_ad & 0x0004)result += 20; if(value_ad & 0x0002)result += 10; if(value_ad & 0x0001)result += 5; result += 2; result += 5; result /= 10;return result;/*func comment* fu

43、nction name : void calpwmspeed()* function : get the motor s speed and drive it*func commentend*/void calpwmspeed() /*get pwm vlaue from ad result*/ volatile unsigned int value; if(run=mtr.state)/if motors state is run change pwmvalue value=(unsigned int)(caladvdc()/500.0)*65535); /get the a/d resul

44、t if(value=4)flgchange=true;if(flag_f_old!=flgf&(flgf=1|flgf=2)flgchange1=true; if(flag_m_old!=mtr.mode) mtr.state=stop;mtr.speed=0;flag_f_old=flgf;flag_m_old=mtr.mode;精準(zhǔn)控制時(shí)步進(jìn)角的初始化：constunsignedintstep1=0xfffe,0xfffe,0x0000,0x0000; constunsignedintstep2=0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0x0000,0xfffe,0xfffe,0xfffe; constunsignedintstep= 0x7fff,0x8c89,0x98f4,0xa522,0xb0f5,0xbc4e,0xc714,0xd13c,0xda76,0xe2e7,0xea63,0xf0d9,0xf639,0xfa75,0xfd84,0xff5e,0xfffe,0xfffe,0xff5e,0xfd84,0xfa75,0xf639,0xf0d9,0xea63,0xe2e7,0xda76,0xd13c,0xc714,0xbc4e,0xb0f5,0xa522,0x98f4,0x8c89,0x7fff,0x7fff,0x7375,0x670a,0x5adc