步進(jìn)電機(jī)課設(shè)控制轉(zhuǎn)速

1、北 華 航 天 工 業(yè) 學(xué) 院課程設(shè)計(jì)報(bào)告（論文）設(shè)計(jì)課題：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)班級： B12222 學(xué)生姓名： 孫介濤 高恒方 指導(dǎo)教師： 齊建玲 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2015.7.12015.7.3 北華航天工業(yè)學(xué)院電子工程系 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓 名：孫介濤高恒方專 業(yè)：自動(dòng)化班 級：B12222指導(dǎo)教師：齊建玲職 稱：教師課程設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求：1具有對步進(jìn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速控制； 2控制按鈕分別為正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、以及停止鍵； Ø 3能夠通過三位LED數(shù)碼管（或液晶顯示器）顯示當(dāng)前

2、的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，并且由兩只不同顏色的發(fā)光二極管分別指示正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，因此可以清楚的顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速；4要求每組選擇的步進(jìn)電機(jī)控制字不同；5用單片機(jī)做控制微機(jī)；所需儀器設(shè)備：PC protues仿真軟件 keil軟件成果驗(yàn)收形式：仿真結(jié)果參考文獻(xiàn)：1李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1988. 2李勛等.單片機(jī)實(shí)用教程M.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000 3王幸之等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999 4何為民.低功耗單片微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1994 5李杏春等.8090單片機(jī)原理及實(shí)用接口技術(shù)

3、M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1996時(shí)間安排2015.7.1至2015.7.2設(shè)計(jì)程序進(jìn)行仿真2015.7.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)收指導(dǎo)教師： 教研室主任： 年 月 日內(nèi) 容 摘 要摘要：步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確步進(jìn)運(yùn)動(dòng)的機(jī)電執(zhí)行元件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械 的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性以及性價(jià)比最優(yōu)，根據(jù)控制 系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從 而實(shí)現(xiàn)了基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過單片機(jī) 存儲(chǔ)器、I/O接口、中斷、鍵盤、LED顯示器的擴(kuò)展、步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分頻器、驅(qū) 動(dòng)及保護(hù)電路、人機(jī)接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電

4、壓驅(qū)動(dòng)電路等的設(shè)計(jì)， 實(shí)現(xiàn)了四相步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，急停等功能。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在 數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)外部中斷，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在某段時(shí)間內(nèi)的 反復(fù)正反轉(zhuǎn)功能，也即數(shù)控機(jī)床的刀架自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā) 展，單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，自六十年代初期以來，步進(jìn)電 機(jī)的應(yīng)用得到很大的提高。人們用它來驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、 繪圖儀，磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具，還有機(jī)器人等機(jī)械裝置。 此外作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種 自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增，在

5、各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣 泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)，價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。目 錄一 概 述 1二 方案設(shè)計(jì)與論證5三 總體原理分析7四 總原理圖8五 程序流程圖9六 程序清單10七 調(diào)試運(yùn)行15八 心得體會(huì)15九 參考文獻(xiàn)15 一、概述 1.步進(jìn)電機(jī)原理、控制技術(shù)及其特點(diǎn)由于步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成直線或角位移的執(zhí)行元件，它不能直接接到交直流電源上，而必須使用專業(yè)設(shè)備.步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器，典型步

6、進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的控制器可以發(fā)出脈沖頻率從幾赫茲到幾千赫茲可以連 續(xù)變化的脈沖信號，它為環(huán)形分配器提供脈沖序列，環(huán)形分配器的主要功能是把 來自控制環(huán)節(jié)的脈沖序列按一定的規(guī)律分配后，經(jīng)過功率放大器的放大加到步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的各項(xiàng)輸入端，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)形分配器主要有兩大類： 一類是用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配器要求的功能，通常稱軟環(huán)形分配器。另一類是用硬件構(gòu)成的環(huán)形分配器，通常稱硬環(huán)形分配器。功率放大器主要 對環(huán)形分配器的較小輸出信號進(jìn)行放大，以達(dá)到驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的目的，步進(jìn)電機(jī) 的基本控制包括轉(zhuǎn)向控制和速度控制兩個(gè)方面。從結(jié)構(gòu)上看，步進(jìn)電機(jī)分為三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍3種，

7、其基本原理如下： （1） 換相順序的控制 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電機(jī)在單三拍的工作方式 下，其各相通電順序?yàn)?ABCA，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別 控制 A、B、C 相的通斷。三相雙三拍的通電順序?yàn)?ABBCCAAB，三相六 拍的通電順序?yàn)锳ABBBCCCAA。 （2） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為 三相六拍，即 AABBBCCCAA。如果按反序通電換相，AACCCBBBAA，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。 （3） 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一

8、步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率， 就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。 （4） 步進(jìn)電機(jī)的起?？刂?步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，減小 振動(dòng)，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，可以減小步 進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，跳過電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，為了防止因慣性 而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電 機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 （5）步進(jìn)電機(jī)的加減速控制在步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果信號變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于慣性跟不上電信號的變化，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。

9、所有步進(jìn)電機(jī)在啟動(dòng) 時(shí)，必須有加速過程，在停止時(shí)波形有減速過程。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲 線，步進(jìn)電機(jī)整個(gè)降速過程頻率變化規(guī)律是整個(gè)加速過程頻率變化規(guī)律的逆過程。 選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效 轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)性好，縮短了升降速的時(shí)間，并可防止失步和過沖現(xiàn)象。在一個(gè) 實(shí)際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負(fù)載的情況來選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失 步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動(dòng)頻率”，于此類似“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突 然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。電機(jī)的啟動(dòng)頻率、停止頻率 和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相適應(yīng)，有了這些數(shù)據(jù)，才能有效地對電機(jī)進(jìn)

10、行加減速控制。加速過程有突然施加的脈沖啟動(dòng)頻率 f0。步進(jìn)電機(jī)的最高啟動(dòng)頻 率（突跳頻率）一般為0.1KHz 到 34KHz，而最高運(yùn)行頻率則可以達(dá)到N*102KHz， 以超過最高啟動(dòng)頻率的頻率直接啟動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步的現(xiàn)象。 （6） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 步進(jìn)電機(jī)換向時(shí)，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)在換向， 以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。換向信號一定要在前一個(gè)方向的最后一個(gè)脈沖 結(jié)束后以及下一個(gè)方向的第一個(gè)脈沖前發(fā)出。對于脈沖的設(shè)計(jì)主要要求其有一定 的脈沖寬度、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。在某一高速下的正、反向切換 實(shí)質(zhì)包含了降速換向加速3個(gè)過程。步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： 步進(jìn)

11、電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)后，沒有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常方便、廉價(jià)，也非?？煽?。同時(shí)，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接用交流電源或直流電源。 步進(jìn)電機(jī)自身的噪聲和振動(dòng)比較大，帶慣性負(fù)載的能力強(qiáng)。2.元器件介紹 （1）步進(jìn)電機(jī) 步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信 號，步進(jìn)電機(jī)就

12、轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于其 他控制電機(jī)的最大特點(diǎn)是：它是通過輸入脈沖信號來進(jìn)行控制的，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式(HB)，步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，是工業(yè)過程控制和儀表中一種能夠快速啟動(dòng)，反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的執(zhí)行元件。其功用是將電脈沖轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移或直線位移，由于開環(huán)下就能實(shí)現(xiàn) 精確定位的特點(diǎn)，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由電 脈沖信號控制的，其角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每個(gè)一個(gè)脈沖，步進(jìn) 電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度（不距角）或前進(jìn)、倒退一步。步進(jìn)電機(jī)旋

13、轉(zhuǎn)的角度由輸入 的電脈沖數(shù)確定，所以，也有人稱步進(jìn)電機(jī)為數(shù)字/角度轉(zhuǎn)換器。 四相步進(jìn)電機(jī)的工作原理 該設(shè)計(jì)采用了 20BY-0 型步進(jìn)電機(jī)，該電機(jī)為四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直 流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 動(dòng)。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時(shí)，如 果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，在磁場的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小 路徑的特點(diǎn)，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對齊，由此可見， 錯(cuò)齒是促使電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)及術(shù)語 相數(shù)：產(chǎn)生不同隊(duì)N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用 m表示。 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期

14、性變化所需脈沖用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距 角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即ABBCCDDAAB, 四相八拍運(yùn)行方式即AABBBCCCDDDAA。 步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。50齒角電機(jī)為例，四相運(yùn)行時(shí)步距角為 ： =360 度 /（ 50*4 ）=1.8 度；八拍運(yùn)行時(shí)步距角為： =360度/（50*8）=0.9度。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電的狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機(jī)不做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定 力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。雖然 靜

15、態(tài)轉(zhuǎn)矩與電磁激磁匝數(shù)成正比，與定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過分采用 減小氣隙，增加勵(lì)磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱 及機(jī)械噪音。 四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配規(guī)律 目前，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形 脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)行控制，主 要是利用軟件進(jìn)行環(huán)形脈沖分配。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式為四相單四拍，雙四 拍和四相八拍工作的方式。各種工作方式在電源通電時(shí)的時(shí)序 與波形分別如圖 1 a、b、c 所示。本設(shè)計(jì)的電機(jī)工作方式為四相單四拍，根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作的時(shí)序 和波形圖，總結(jié)出其工作方式為四相單四拍時(shí)的脈沖分配規(guī)律，四

16、相雙四拍的脈 沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉(zhuǎn)速就越快，但脈沖頻 率高到一定程度，步進(jìn)電機(jī)跟不上頻率的變化后電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖 頻率一定要控制在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍內(nèi)。 （2）89C51單片機(jī) Atmel公司生產(chǎn)的89C51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓高性能的8位單片機(jī)， 它采用 CMOS 和高密度非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS-51 兼容；片內(nèi)的Flash ROM 允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程 器來編程，內(nèi)部除 CPU 外，還包括 256 字節(jié) RAM，4 個(gè) 8 位并行 I/O 口，5 個(gè)中 斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級，2個(gè)16位可

17、編程定時(shí)計(jì)數(shù)器，89C51單片機(jī)是一種功能強(qiáng)、 靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。二、方案設(shè)計(jì)與論證1.1步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)： （1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。（2）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（3）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)

18、生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。1.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理： 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī) ,其機(jī)械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率成正比 ,每一個(gè)脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)

19、是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 四相步進(jìn)電機(jī)有兩種運(yùn)行方式  1.四相四拍；2.四相八拍。 （1）拍數(shù)： 完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即A-B-C-D-A。 （2）步距角： 對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行

20、時(shí)步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 計(jì)算轉(zhuǎn)速#以基本步距角1.8°的步進(jìn)電機(jī)為例（現(xiàn)在市場上常規(guī)的二、四相混合式步進(jìn)電機(jī)基本步距角都是1.8°），四相八拍運(yùn)行方式下，每接收一個(gè)脈沖信號，轉(zhuǎn)過0.9°，如果每秒鐘接收400個(gè)脈沖，那么轉(zhuǎn)速為每秒400X0.9°=360°，相當(dāng)與每秒鐘轉(zhuǎn)一圈，每分鐘60轉(zhuǎn)。1.3步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理： 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固

21、定的角度，這樣就可以通過控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來改變脈沖的頻率，延時(shí)的長短來具體控制步進(jìn)角來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電的調(diào)速。具體的延時(shí)時(shí)間可以通過軟件來實(shí)現(xiàn)。這就需要采用單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加減速控制,實(shí)際上就是改變輸出脈沖的時(shí)間間隔,單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)加減法運(yùn)轉(zhuǎn)可實(shí)現(xiàn)的方法有軟件和硬件兩種 ,軟件方法指的是依靠延時(shí)程序來改變脈沖輸出的頻率,其中延時(shí)的長短是動(dòng)態(tài)的,軟件法在電機(jī)控制中, 要不停地產(chǎn)生控制脈沖, 占用了大量的CPU 時(shí)間,使單片機(jī)無法同時(shí)進(jìn)行其他工作;硬件方法是依靠單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)的,在每次進(jìn)入定時(shí)中斷后

22、,改變定時(shí)常數(shù),從而升速時(shí)使脈沖頻率逐漸增大,減速時(shí)使脈沖頻率逐漸減小,這種方法占用CPU 時(shí)間較少,在各種單片機(jī)中都能實(shí)現(xiàn),是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。型號為MP28GA的步進(jìn)電機(jī)和ULN2003APG的驅(qū)動(dòng)芯片 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)信號必須為脈沖信號，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比!本步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角為5.625度.一圈360度,需要64個(gè)脈沖完成。三.總體原理分析 使用AT89C51單片機(jī)作為核心控制部件，采用12M晶體振蕩器及微小電容構(gòu)成振蕩電路；采用四相雙四拍步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；用一個(gè)四位一體共陽極數(shù)碼顯示管作為顯示部分，構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)，配合獨(dú)立式

23、鍵盤和外部中斷按鍵完成步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等各項(xiàng)功能；兩個(gè)LCD指示燈實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)顯示的功能。 LED數(shù)碼顯示器采用共陽極接法以及動(dòng)態(tài)掃描的形式。P0輸入輸出口輸出數(shù)據(jù)顯示段碼，P2口實(shí)現(xiàn)3個(gè)LED數(shù)碼管位選的功能；采用p3.6和p3.7口分別與二極管組成的電路來驅(qū)動(dòng)LCD指示燈。鍵盤控制采用獨(dú)立式按鍵，每個(gè)按鍵的一端均接地，另一端直接和P3口相連。鍵盤通過檢測輸入線的電平狀態(tài)就可以很容易地判斷哪個(gè)鍵被按下了，這種方法操作速度高而且軟件結(jié)構(gòu)很簡單，比較適合按鍵較少或操作速度較高的場合。通過編寫程序使用單片機(jī)的定時(shí)計(jì)數(shù)器，以及軟件延時(shí)，中斷資源來實(shí)

24、現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)控制。軟件主程序主要完成程序顯示區(qū)的清零、中斷初始化（外部中斷、定時(shí)中斷）、調(diào)用顯示子程序和鍵盤掃描程序構(gòu)成；外部中斷子程序?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減控制；顯示子程序?qū)崿F(xiàn)段碼輸送和位選的功能，此步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件整體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。四、總原理圖五、程序流程圖 MAIN調(diào)試顯示子程序堆棧初始化步進(jìn)電機(jī)初值設(shè)定顯示清零案件掃描開中斷顯示值賦值設(shè)置外部中斷觸發(fā)方式定時(shí)器0初始化定時(shí)器0中斷子程序六、程序清單#include<reg51.h> #define uchar unsigned char #define DataPort P0 /數(shù)碼管段選控制端#define C

25、trlPort P2 /數(shù)碼管位選控制端sbit zheng=P31; /正轉(zhuǎn)控制端sbit fan=P34; /反轉(zhuǎn)控制端sbit on_off=P30; /啟動(dòng)，停止 sbit zl=P36; /LCD反轉(zhuǎn)指示燈控制口 sbit fl=P37; /LCD正轉(zhuǎn)指示燈控制口sbit sjgz=P35; /數(shù)據(jù)跟蹤 uchar Speed,tem,tem_1,setshu; /速度變量定義uchar flag; uchar biao124=0x09,0x03,0x06,0x0c,0x0c,0x06,0x03,0x09; /正轉(zhuǎn)表格uchar biao224=0x0c,0x06,0x03,0x09

26、,0x09,0x03,0x06,0x0c; /反轉(zhuǎn)表格uchar const DuanMa=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;/共陽數(shù)碼管顯示段碼值0123456789uchar code WeiMa=0x08,0x04,0x02,0x00,0x80,0x40,0x20,0x00; /共陽數(shù)碼管位碼 uchar TempData3; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量，用于暫存數(shù)碼管顯示的數(shù)字uchar TempData13; /存儲(chǔ)顯示值的全局變量，用于暫存數(shù)碼管顯示的數(shù)字1void Display(void); /數(shù)碼管顯示函數(shù)聲明vo

27、id Init_Timer0(void); /定時(shí)器0初始化void DelayMs(uchar m); void DelayUs2x(uchar t); /微妙延時(shí)函數(shù)聲明 /*主函數(shù)*/void main() uchar i; EA=1; /全局中斷開 IT0=1; /1表示邊沿觸發(fā) IT1=1; /1表示邊沿觸發(fā) Init_Timer0(); Speed=100;setshu=70;TempData10=DuanMa(25000/setshu)%10; TempData11=DuanMa(2500/setshu)%10; TempData12=DuanMa(250/setshu)%10&

28、amp;0x7f;while(1) if(on_off=0) if(zheng=0) /正轉(zhuǎn) TempData0=DuanMa(25000/Speed)%10; TempData1=DuanMa(2500/Speed)%10; TempData2=DuanMa(250/Speed)%10&0x7f;EX0=1; EX1=1;zl=0;fl=1; for(i=0;i<4;i+) /4相 P1=biao1zhengi; /輸出對應(yīng)的相 DelayMs(Speed); /改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,數(shù)字越小，轉(zhuǎn)速越大 if(sjgz=0) if(Speed>setshu) S

29、peed=Speed-10;if(Speed<setshu) Speed=Speed+10; if(on_off=0) if(fan=0) /反轉(zhuǎn) TempData0=DuanMa(25000/Speed)%10; TempData1=DuanMa(2500/Speed)%10; TempData2=DuanMa(250/Speed)%10&0x7f;EX0=1; EX1=1;zl=1;fl=0; for(i=0;i<4;i+) /4相 P1=biao2fani; /輸出對應(yīng)的相DelayMs(Speed); /改變這個(gè)參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,數(shù)字越小，轉(zhuǎn)速越大 if(sj

30、gz=0) if(Speed>setshu) Speed=Speed-10;if(Speed<setshu) Speed=Speed+10; /*外部中斷0子程序（實(shí)現(xiàn)減速） */void ISR_INT0(void) interrupt 0 if(!INT0) DelayMs(1); /去抖動(dòng) while(!INT0) /等待按鍵釋放 tem=Speed; if(tem>=250) tem=tem; else tem=tem+10; Speed=tem; TempData0=DuanMa(25000/Speed)%10; TempData1=DuanMa(2500/Spee

31、d)%10; TempData2=DuanMa(250/Speed)%10&0x7f;/*外部中斷1子程序（實(shí)現(xiàn)減速） */void ISR_INT1(void) interrupt 2 if(!INT1) DelayMs(1); while(!INT1) tem_1=Speed; if(tem_1<=50) tem_1=tem_1; else tem_1=tem_1-10; Speed=tem_1; TempData0=DuanMa(25000/Speed)%10; TempData1=DuanMa(2500/Speed)%10; TempData2=DuanMa(250/Speed)%10&0x7f; /*定時(shí)器0初始化子程序*/void Init_Timer0(void) EA=1; /全局中斷開 TMOD=0x01; /使用模式1，16位定時(shí)定時(shí)器 ET0=1; /定時(shí)器中斷打開 TR0=1; /定時(shí)器開關(guān)打開 void Timer0_isr(void) interrupt 1 TH0=(65536-2000)/256; /重新賦值 2msTL0=(65536-2000)%256; PT0=1; /優(yōu)先級打開Display(); /*數(shù)碼管顯示子程序*/void