步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 電氣工程及其自動(dòng)化

2、 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu), 其在數(shù)控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是, 步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)、噪聲大, 在其自然振蕩頻率附近運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生共振, 且輸出轉(zhuǎn)矩隨著步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而下降, 這些缺點(diǎn)限制了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍。步進(jìn)電機(jī)的性能在很大程度上取決于所用的驅(qū)動(dòng)器, 改善驅(qū)動(dòng)器的性能, 就可以顯著地提高步進(jìn)電機(jī)的性能, 因此研制高性能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一項(xiàng)受到普遍關(guān)注的課題。</p&g

4、t;<p>　　本文介紹一種基于89C52單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器主要采用東芝公司生產(chǎn)的TB6560作為驅(qū)動(dòng)芯片，并著重介紹其軟件設(shè)計(jì)，主要說(shuō)明了主控程序中的細(xì)分驅(qū)動(dòng)程序、LED顯示程序與鍵處理程序、串口程序，通過(guò)這些軟件程序單片機(jī)通過(guò)串口接收PC機(jī)命令，發(fā)送一定量的方波信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)，單片機(jī)，軟件設(shè)

5、計(jì)</p><p>　　Software Design of Stepper Motor Division Drive</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Stepper motor is a kind of implementing agency which converted electrical pu

6、lse signal to angular displacement. It has been widely applied in the field of NC. However, the stepper motor is vibration, noise, in its natural oscillation frequency near the resonance and easy operation, and the outpu

7、t torque of the stepper motor speed increases with the decline in low speed, these shortcomings limit the stepper motor’s applications. Performance of the stepper motor is to a large extent depend on the </p><

8、p>　　This paper describes a segmentation drive stepper motor which is based on 89C52 microcontroller. The drive is mainly used TB6560 which produced by Toshiba as the driver chips, with an emphasis on its software desi

9、gn, it mainly to explain the subdivision of the master program drivers, LED display program and the key handler, serial program, PC-MCU through the serial port to receive commands, sending a certain amount of square wave

10、 signals, the signal driving through the drive motor, the Division </p><p>　　Keywords: Stepper motor, subdivision driver, microcontroller, software design</p><p><b>　　目錄</b></p>

11、;<p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義3</p><p>　　1.3步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)

12、動(dòng)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀5</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　2相關(guān)芯片及軟件說(shuō)明8</p><p>　　2.1單片機(jī)AT89C52簡(jiǎn)介8</p><p>

13、;　　2.2 TB6560驅(qū)動(dòng)器介紹11</p><p>　　2.3 ZLG7290 I2C接口鍵盤(pán)及LED驅(qū)動(dòng)器13</p><p>　　2.4 Keil μVision2仿真軟件軟件的相關(guān)介紹15</p><p><b>　　3總體設(shè)計(jì)17</b></p><p>　　3.1硬件電路的總體設(shè)計(jì)17</

14、p><p>　　3.2細(xì)分驅(qū)動(dòng)軟件的總體方案設(shè)計(jì)思路18</p><p>　　3.3具體程序流程圖及代碼19</p><p><b>　　4結(jié)論23</b></p><p>　　4.1 取得成果23</p><p>　　4.2 不完善之處23</p><p>　　4.

15、3 心得體會(huì)23</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ25</b></p><p>　　附圖1. STC開(kāi)發(fā)板7290芯片原理圖25</p><p>　　附圖2. STC開(kāi)發(fā)板89c52芯片原理圖26</p><p>

16、<b>　　附錄Ⅱ27</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)屬于實(shí)用的典型的機(jī)電一體化組件。它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移或直線

17、位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。又可稱(chēng)脈沖電機(jī)或階躍電機(jī)，國(guó)外常稱(chēng)為Step motor、Stepping motor、Stepper motor等等。步進(jìn)電機(jī)問(wèn)世以后，很快確定了自己的應(yīng)用領(lǐng)域，應(yīng)用發(fā)展己有約30年的歷史[1]。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)最早在1920年由英國(guó)人開(kāi)發(fā)， 50年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)工業(yè)和數(shù)字控制技術(shù)密切相關(guān)，產(chǎn)品按結(jié)構(gòu)劃分有磁阻式、永磁式和混合型等

18、多種形式[2]。</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多用于數(shù)控車(chē)床和機(jī)器人系統(tǒng)中。在現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空、航天、電子等領(lǐng)域中，要求完成的工作量大，任務(wù)復(fù)雜，精度高，利用人工操作不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且難以達(dá)到所要求的精度，還有一些工作環(huán)境是對(duì)人體健康有害的或人類(lèi)無(wú)法到達(dá)的，這就需要數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人來(lái)完成這些工作。另外，在計(jì)算機(jī)外設(shè)和辦公室自動(dòng)化設(shè)備中也大量運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)，如磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)、打印機(jī)、繪圖儀和復(fù)印機(jī)等[3]

19、。</p><p>　　該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)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)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1-1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。</p><p>　　圖1-1 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖</p><p>　　開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就

20、和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類(lèi)推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p

21、>　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。</p><p>　　單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖1-2a、b、c所示[4]：　　</p><p>　　圖1-2 步進(jìn)電機(jī)

22、工作時(shí)序波形圖</p><p>　　步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下特點(diǎn)：</p><p>　　(1)步進(jìn)電動(dòng)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)一圈后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性。</p><p>　　(2)由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡(jiǎn)單、廉價(jià)，又非?？煽?，同時(shí)，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)。</p><p&g

23、t;　　(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。</p><p>　　(4)速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)距，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。</p><p>　　(5)步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源。</p><p>　　(6)步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相

24、應(yīng)措施。</p><p>　　雖然步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)控元件，易于同數(shù)字電路接口。但是，一般數(shù)字電路的信號(hào)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)．必須有與之匹配的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)本體和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩者密不可分地組成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)。多年來(lái)．隨著電力電子技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)同通信技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動(dòng)電路部分也不斷地發(fā)展，國(guó)內(nèi)外圍繞步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路做大量的研究與開(kāi)發(fā)。</p>

25、<p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)作為數(shù)字式執(zhí)行元件，具有成本低、易控制、定位方便和步距誤差不長(zhǎng)、期累計(jì)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在數(shù)控裝置、繪圖機(jī)、機(jī)械手、印刷和包裝設(shè)備等工業(yè)、軍事和醫(yī)療自動(dòng)化領(lǐng)域中。在多種步進(jìn)電機(jī)中，混合式步進(jìn)電機(jī)集反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一身，應(yīng)用更加普遍。但是步進(jìn)電機(jī)在應(yīng)用中存在一些制約性的因素，步進(jìn)電機(jī)及其系統(tǒng)表

26、現(xiàn)出諸如低速平穩(wěn)性差、高速快速響應(yīng)能力差、效率低和能耗大等。步進(jìn)電機(jī)多應(yīng)用于開(kāi)環(huán)控制的場(chǎng)合，對(duì)轉(zhuǎn)子位置和角速度不做檢測(cè)，較容易在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生失步和振蕩。另外，步進(jìn)電機(jī)不能簡(jiǎn)單地直接接到普通的交直流電源上運(yùn)轉(zhuǎn)，它需要專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)控制器，步進(jìn)電機(jī)和與之配套的驅(qū)動(dòng)控制器密不可分，在電機(jī)本體選定的情況下，驅(qū)動(dòng)控制器的好壞很大程度上影響著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。</p><p>　　隨著步進(jìn)電機(jī)在數(shù)控機(jī)械、自動(dòng)化領(lǐng)域中的應(yīng)用越

27、來(lái)越廣泛，對(duì)小步距、低振動(dòng)和低噪聲的步進(jìn)電機(jī)要求愈來(lái)愈迫切[5-7]。</p><p>　　在步進(jìn)電機(jī)中，定子繞組每改變一次通電方式，稱(chēng)為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。每一個(gè)脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)于繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角[7]。對(duì)步進(jìn)電機(jī)加一系列連續(xù)不斷的脈沖時(shí)，它可以連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)速正比于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度等于步距角與脈沖數(shù)量的乘積[9]。<

28、/p><p>　　步距角是指每給一個(gè)電脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的機(jī)械角度。步距角公式</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m1為運(yùn)行拍數(shù)，通常等于定子相數(shù)或相數(shù)的整數(shù)倍，即m1=km；m為定子相數(shù)；k為電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式。</p><p>　　由式(1-1)看出，步距角的大小由

29、電機(jī)自身參數(shù)m、Z，和電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式k決定，受電機(jī)制造工藝的限制，靠增加m和z，來(lái)減小步距角受到一定限制，此時(shí)必須通過(guò)增大k來(lái)獲得更小的步距角。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作于整步工作方式時(shí)，k=l；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作于半步工作方式時(shí)，k=2；為了獲得更大的k，就必須采用細(xì)分控制方法。細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大幅度減小步進(jìn)電機(jī)的步距角，并且步距角越小，進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)域越容易，這樣就增加了電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，還可以減弱甚至消除電機(jī)的低頻振蕩和噪聲，提高起動(dòng)頻率和高速下的轉(zhuǎn)矩

30、，同時(shí)也可以提高電機(jī)的定位分辨率和精度[10]。</p><p>　　通過(guò)研制高性能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器可以大大改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能，這對(duì)提高我國(guó)在這方面的科學(xué)技術(shù)水平起到了一定的促進(jìn)作用，拓寬了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域。因此，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的軟件開(kāi)發(fā)不僅有著重大的現(xiàn)實(shí)意義，而且具有極大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。</p><p>　　1.3步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><

31、p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來(lái)，伴隨著微電子技術(shù)大功率電力電子器件及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用性能優(yōu)越的混合式步進(jìn)電機(jī)。驅(qū)動(dòng)技術(shù)采用恒相電流與細(xì)分驅(qū)動(dòng)相結(jié)合，使步進(jìn)電機(jī)在中、小功率控制系統(tǒng)內(nèi)的精度提高，并逐步向高速大功率應(yīng)用領(lǐng)域滲透．步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大的生產(chǎn)國(guó)是日本，如日本伺服公司、東方公司、SANYO DENKI和MINEBEA及NPM公司等[11]。</p>

32、;<p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國(guó)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究從1958年開(kāi)始，70年代以前受蘇聯(lián)的影響，以三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主。70年代受到國(guó)內(nèi)研制生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床和其他數(shù)控設(shè)備的推動(dòng)，并受到當(dāng)時(shí)日本數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的影響，開(kāi)始發(fā)展磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的系列產(chǎn)品，以定子6個(gè)極、轉(zhuǎn)子40齒的三相磁阻式電動(dòng)機(jī)為主，還有定子10個(gè)極、轉(zhuǎn)子100齒的五相磁阻式電動(dòng)機(jī)和四相電動(dòng)機(jī)等。1980年

33、代開(kāi)始發(fā)展混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以定子8極、轉(zhuǎn)子50齒的二相(四相)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主。1987年開(kāi)始自行設(shè)計(jì)定子10極、轉(zhuǎn)子50齒的五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還發(fā)展了一些不同于國(guó)外的非典型產(chǎn)品，如定子8極、轉(zhuǎn)子60齒的二相(四相)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這是為了與磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相一致。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)步進(jìn)電機(jī)形成一種品種規(guī)格繁多的局面，一是70年代形成的磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品在低端應(yīng)用仍有較多的市場(chǎng)，繼續(xù)生產(chǎn)；二是混合式步進(jìn)電

34、機(jī)的系列產(chǎn)品，包括引進(jìn)技術(shù)和生產(chǎn)設(shè)備，按照國(guó)外的設(shè)計(jì)生產(chǎn)的二相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)，以及國(guó)內(nèi)自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，仍然擁有各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域[12]。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展十分迅速。我國(guó)步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用起步較早，但驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展相對(duì)滯后，成為制約步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用與發(fā)展的主要因素。</p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)的典型應(yīng)用有數(shù)控機(jī)床的四軸聯(lián)動(dòng)改造。由于現(xiàn)有的機(jī)床只能進(jìn)

35、行三軸聯(lián)動(dòng)，而在生產(chǎn)中需要在圓錐面上加工凸輪運(yùn)動(dòng)曲線槽，通過(guò)工藝分析需要四軸聯(lián)動(dòng)的加工中心才能實(shí)現(xiàn)。而現(xiàn)有立式加工中心只能實(shí)現(xiàn)x、y、z三軸聯(lián)動(dòng)，配置高精度四軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)床的價(jià)格超出現(xiàn)有機(jī)床數(shù)倍，為此通過(guò)對(duì)現(xiàn)有機(jī)床的改造，利用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)第四軸，采用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)現(xiàn)高精度控制，可滿(mǎn)足用戶(hù)精度的要求。近年來(lái)，對(duì)于不同類(lèi)型和相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)采取不同的細(xì)分電流控制策略是研究的一大熱點(diǎn)。如有關(guān)資料指出，對(duì)于兩相雙極型混合式步進(jìn)電機(jī)，采用正

36、余弦形的驅(qū)動(dòng)電流較為理想，而對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般采用諧波較少的階梯型驅(qū)動(dòng)電流較為理想[13]。 </p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)在噴膜機(jī)中也有應(yīng)用，采用8052 微處理機(jī), 具有8 K字節(jié)的 ROM , 256 字節(jié)的 RAM。8 位DA轉(zhuǎn)換器AD7524 通過(guò)鎖存器與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線相連,構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)發(fā)生器，用來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。我們采用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖分配器。將電機(jī)四細(xì)分驅(qū)動(dòng)脈沖數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中。當(dāng)電機(jī)

37、逆時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 自上而下走表索取控制量; 當(dāng)電機(jī)順時(shí)針?lè)较蜻\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 自下而上走表索取控制量, 這樣就可以控制電機(jī)上的電流的大小。其中控制量的最高位是方向控制信號(hào), 低7 位存儲(chǔ)電機(jī)脈沖信號(hào)的大小[14]。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)成為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

38、，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此， 要實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機(jī)繞組中的電流使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場(chǎng)的幅值恒定，而且每個(gè)進(jìn)給脈沖所引起的合成磁場(chǎng)的角度變化也要均勻。</p><p>　　以?xún)上嗖竭M(jìn)電機(jī)的整步驅(qū)動(dòng)方式為例，介紹一下驅(qū)動(dòng)過(guò)程。該電機(jī)有A、B兩相繞組，其中用C表示A

39、通反向電流時(shí)的磁場(chǎng)A，用D表示B通反向電流時(shí)的磁場(chǎng)B。當(dāng)分別給各相繞組通電時(shí)，各相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)如下：僅有A相導(dǎo)通時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)指向A；僅有B相導(dǎo)通時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)指向B；僅有C相導(dǎo)通時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)指向C；僅有D相導(dǎo)通時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)指向D。依次為各相繞組通電，每切換一次，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量轉(zhuǎn)過(guò)90。，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量轉(zhuǎn)過(guò)360度時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，這種工作方式稱(chēng)為整步工作。如果改變上述加電過(guò)程，采用四相八拍工作，即通電順序依次如

40、圖1-3所示。</p><p><b>　　圖1-3換向順序圖</b></p><p>　　此工作方式稱(chēng)半步工作，電流狀態(tài)如圖1-4所示。每改變一次通電狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的矢量轉(zhuǎn)過(guò)45。。同理，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)3600。，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。由半步原理給予啟發(fā)，如果讓旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量每次轉(zhuǎn)過(guò)12.25。，這樣就實(shí)現(xiàn)了八細(xì)分驅(qū)動(dòng)。其電流狀態(tài)如圖1-5所示。</p>&

41、lt;p>　　圖1-4 兩相電機(jī)不細(xì)分各相電流狀態(tài)圖</p><p>　　圖1-5 兩相電機(jī)八細(xì)分各相電流狀態(tài)圖</p><p>　　根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的模型方程的公式，兩相電流的矢量和決定了步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩的大小。所以近似正弦波的細(xì)分電流輸出可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)恒扭矩控制。細(xì)分?jǐn)?shù)越大，電流曲線越接近正弦，力矩也越平穩(wěn)，速度波動(dòng)也越小。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中

42、電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)使驅(qū)動(dòng)電流的變化幅度減小，轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡位置時(shí)的過(guò)剩能量減少，降低了步進(jìn)電機(jī)的低頻振蕩，消除了共振點(diǎn)，使低頻、低轉(zhuǎn)速時(shí)工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩增加，噪聲降低，同時(shí)在不改變步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部參數(shù)的情況下，減少步距角，減少步進(jìn)誤差，即提高了分辨率和步距精度[15]。<

43、/p><p>　　2相關(guān)芯片及軟件說(shuō)明</p><p>　　2.1單片機(jī)AT89C52簡(jiǎn)介</p><p>　　AT89C52是51系列單片機(jī)的一個(gè)型號(hào)，它是ATMEL公司生產(chǎn)的。</p><p>　　AT89C52是一種低功耗、高性能內(nèi)含8K字節(jié)閃電存儲(chǔ)器（Flash Memory）的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲(chǔ)器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫(xiě)

44、入，亦可通過(guò)常規(guī)的編程器編程。例如，MP-100這樣一種經(jīng)濟(jì)型的編程器，它支持通用EPROM等各種存儲(chǔ)器、PAL、GAL以及INTEL、ATMEL和PHILIPS等各公司的全系列51單片機(jī)的編程。ME5103和ME5105仿真器支持AT89系列所有器件的調(diào)試、仿真和編程。</p><p>　　單片機(jī)AT89C52有內(nèi)部RAM，可以作為各種數(shù)據(jù)區(qū)使用，內(nèi)部閃電存儲(chǔ)器存放控制程序。它的主要功能是完成鍵盤(pán)掃描程序，檢測(cè)

45、外部的操作指令，控制液晶顯示模式和向液晶發(fā)送顯示數(shù)據(jù)等。</p><p><b>　　主要功能特性：</b></p><p>　　· 兼容MCS51指令系統(tǒng) · 8k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次）Flash ROM </p><p>　　· 32個(gè)雙向I/O口 · 256x8bit內(nèi)部RAM </

46、p><p>　　· 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷 · 時(shí)鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 2個(gè)串行中斷 · 可編程UART串行通道 </p><p>　　· 2個(gè)外部中斷源 · 共6個(gè)中斷源 </p><p>　　· 2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線 · 3級(jí)加密位

47、 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設(shè)置睡眠和喚醒功能</p><p>　　圖2-1 AT89C52引腳圖</p><p>　　AT89C52P為40腳雙列直插封裝的8位通用微處理器，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會(huì)聚調(diào)整時(shí)的功能控制。功能包括對(duì)會(huì)聚主IC內(nèi)部寄存器、數(shù)據(jù)

48、RAM及外部接口等功能部件的初始化，會(huì)聚調(diào)整控制，會(huì)聚測(cè)試圖控制，紅外遙控信號(hào)IR的接收解碼及與主板CPU通信等。主要管腳有：XTAL1（19腳）和XTAL2（18腳）為振蕩器輸入輸出端口，外接12MHz晶振。RST/Vpd（9腳）為復(fù)位輸入端口，外接電阻電容組成的復(fù)位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負(fù)端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設(shè)計(jì)中，P0端口（32~39腳）被

49、定義為N1功能控制端口，分別與N1的相應(yīng)功能管腳相連接，13腳定義為IR輸入端，10腳和1腳定義為I2C總線控制端口，分別連接N1的SDAS（18腳）和SCLS（19腳）端口，12腳、27腳及28腳定義為握手信號(hào)功能端口，連接主板CPU 的相應(yīng)功能端，用于當(dāng)前制式的檢測(cè)及會(huì)聚調(diào)整狀態(tài)進(jìn)入的控制功能。</p><p>　　AT89C52各引腳功能及管腳電壓</p><p>　　（a）P0口：

50、P0口是一組8位漏極開(kāi)路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復(fù)用口。作為輸出口用時(shí)，每位能吸收電流的方式驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯門(mén)電路，對(duì)端口P0 寫(xiě)“1”時(shí)，可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或程序存儲(chǔ)器時(shí)，這組口線分時(shí)轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復(fù)用，在訪問(wèn)期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash 編程時(shí)，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出

51、指令字節(jié)，校驗(yàn)時(shí)，要求外接上拉電阻。</p><p>　?。╞）P1口：P1 是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口， P1的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口。</p><p>　　作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。</p><

52、p>　　與AT89C51不同之處是，P1.0和P1.1還可分別作為定時(shí)/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入（P1.0/T2）和輸入（P1.1/T2EX），</p><p>　?。╟）P2口：P2是一個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2的輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。對(duì)端口P2寫(xiě)“1”，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時(shí)可作輸入口，作輸入口使用時(shí)，因?yàn)閮?nèi)部存在上拉電阻，某個(gè)引腳被外部

53、信號(hào)拉低時(shí)會(huì)輸出一個(gè)電流(IIL)。</p><p>　　在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令）時(shí)，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問(wèn)8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時(shí)，P2口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。</p><p>　　Flash編程或校驗(yàn)時(shí)，P2亦接收高位地址和一些控制信號(hào)。</p><p>

54、　　(d)P3口：P3口是一組帶有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口。P3口輸出緩沖級(jí)可驅(qū)動(dòng)（吸收或輸出電流）4個(gè)TTL 邏輯門(mén)電路。對(duì)P3口寫(xiě)入“1”時(shí)，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時(shí)，被外部拉低的P3口將用上拉電阻輸出電流(IIL)。</p><p>　　P3口除了作為一般的I/O口線外，更重要的用途是它的第二功能。</p><p>　　P3口還接收一些用于Flash閃速存儲(chǔ)

55、器編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。如下：</p><p>　　(a)RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器工作時(shí)，RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將使單片機(jī)復(fù)位。</p><p>　　(b)ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（地址鎖存允許）輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下，A程序存儲(chǔ)器（地址為0000H—FFFFH），EA端必須保持低電平（接地）。需注意的是：如果加

56、密位LB1 被編程，復(fù)位時(shí)內(nèi)部會(huì)鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的指令。Flash 存儲(chǔ)器編程時(shí)，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當(dāng)然這必須是該器件是使用12V 編程電壓Vpp。</p><p>　　(e)XTAL1：振蕩器反相放大器的及內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。</p><p>　　(f)XTAL2：振蕩器反相放大器的輸出端。</

57、p><p>　　2.2 TB6560驅(qū)動(dòng)器介紹</p><p>　　1.尺寸是：76（長(zhǎng)）*76（寬）*49（高） MM（含散熱器）</p><p>　　2.使用方便，功能與相關(guān)設(shè)置在板子上已經(jīng)標(biāo)明，不需要說(shuō)明書(shū)。配有大型散熱器，保證良好散熱。</p><p>　　3.有使能信號(hào)輸入端</p><p>　　4.自動(dòng)半流功能

58、，減少電機(jī)發(fā)熱。有自動(dòng)半流指示燈。</p><p>　　5.有過(guò)溫度保護(hù)功能。IC超過(guò)150度時(shí)會(huì)保護(hù)，輸出截止，過(guò)溫度保護(hù)燈亮。</p><p>　　6.可設(shè)置4種衰減模式，針對(duì)不同電機(jī)，配不同的衰減模式可以減少運(yùn)行噪音</p><p>　　7.有電流設(shè)置功能。適配0.5A，1A,1.5A,2A,2.5A,3A的42、57系列步進(jìn)電機(jī)。</p>&l

59、t;p>　　8.超寬工作電壓。輸入電壓DC:9-36V.都可以工作。但要注意：電機(jī)的速度與驅(qū)動(dòng)電壓成正比，電機(jī)的力量與驅(qū)動(dòng)電流成正比。所以低電壓與電流雖然可以能讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，但力量與速度是相對(duì)有限的。因而我們推薦的工作電壓是24-32V.驅(qū)動(dòng)42或57的步進(jìn)電機(jī)。雖然該驅(qū)動(dòng)板也可以讓86電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，但我們本著謹(jǐn)慎和負(fù)責(zé)任的態(tài)度，建議你不要用來(lái)驅(qū)動(dòng)86電機(jī)工作，因?yàn)門(mén)B6560是不適合驅(qū)動(dòng)86電機(jī)的。</p><p

60、>　　9.我們的TB6560 IC的絕緣與傳熱材料是采用高端的專(zhuān)業(yè)材料。遠(yuǎn)優(yōu)于普通硅脂+絕緣片。一般的國(guó)產(chǎn)硅脂1、2年就干硬了，進(jìn)口的一般頂個(gè)5，6年的樣子就干硬了。而我們使用的材料就算是使用10年也不會(huì)有問(wèn)題。當(dāng)然，這種復(fù)合的絕緣與傳熱材料成本比硅脂+絕緣片高了很多。</p><p>　　10.我們使用的電流取樣電阻采用了1%精度、2W的5環(huán)大功率金屬膜電阻。在這里提醒一下：TB6560的電流取樣電阻是關(guān)

61、鍵部件，不能用碳膜電阻，4環(huán)電阻，水泥電阻。大電流環(huán)路的檢測(cè)取樣電阻，可以用5環(huán)大功率金屬膜電阻或其它大功率無(wú)感的，高精度的電阻。</p><p>　　11.產(chǎn)品的圖示說(shuō)明</p><p>　　表2-1 TB6560圖示說(shuō)明</p><p><b>　　表2-2電流設(shè)置</b></p><p>　　表2-3 細(xì)分設(shè)置：&

62、lt;/p><p><b>　　表2-4衰減模式</b></p><p>　　圖2-2 TB6560與步進(jìn)電機(jī)連接圖示</p><p>　　2.3 ZLG7290 I2C接口鍵盤(pán)及LED驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　一、 特點(diǎn) </b></p><p>　　1．I2C串行接

63、口，提供鍵盤(pán)中斷信號(hào)，方便與處理器接口</p><p>　　2．可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED和64個(gè)按鍵</p><p>　　3．可控掃描位數(shù)，可控任一數(shù)碼管閃爍</p><p>　　4．提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)，移位，段尋址等控制</p><p>　　5．8 個(gè)功能鍵，可檢測(cè)任一鍵的連擊次數(shù)</p><p>　　

64、6．無(wú)需外接元件即直接驅(qū) LED，可擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)電流和驅(qū)動(dòng)電壓</p><p>　　7．提供工業(yè)級(jí)器件，多種封裝形式PDIP24，SO24</p><p><b>　　二、引腳及說(shuō)明</b></p><p>　　采用24引腳封裝，引腳圖如圖所示，其引腳功能分述如下： </p><p>　　圖2-3 ZLG7290引腳說(shuō)明&

65、lt;/p><p><b>　　三、功能描述</b></p><p><b>　　1．鍵盤(pán)部分</b></p><p>　　ZLG7290 可采樣64個(gè)按鍵或傳感器，可檢測(cè)每個(gè)按鍵的連擊次數(shù)，其基本功能如下：</p><p>　　(1)鍵盤(pán)去抖動(dòng)處理：當(dāng)鍵被按下和放開(kāi)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)電平狀態(tài)反復(fù)變化 稱(chēng)作

66、鍵盤(pán)抖動(dòng)，若不作處理會(huì)引起按鍵盤(pán)命令錯(cuò)誤，所以要進(jìn)行去抖動(dòng)處理，以讀取穩(wěn)定的鍵盤(pán)狀態(tài)為準(zhǔn)。</p><p>　　(2)雙鍵互鎖處理：當(dāng)有兩個(gè)以上按鍵被同時(shí)按下時(shí)，ZLG7290只采樣優(yōu)先級(jí)高的按鍵，優(yōu)先順序?yàn)?S1>S2>…>S64，如同時(shí)按下S2和S18時(shí)采樣到S2。</p><p>　　(3)連擊鍵處理：當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，輸出一次鍵值后，如果該按鍵還未釋放 該鍵值連續(xù)

67、有效，就像連續(xù)壓按該鍵一樣，這種功能稱(chēng)為連擊，連擊次數(shù)計(jì)數(shù)器 (RepeatCnt)可區(qū)別出單擊，某些功能不允許連擊，如開(kāi)，關(guān)或連擊，判斷連擊次數(shù)可以檢測(cè)被按時(shí)間，以防止某些功能誤操作，如連續(xù)按5秒經(jīng)入?yún)?shù)設(shè)置狀態(tài)。</p><p>　　(4)功能鍵處理：功能鍵能實(shí)現(xiàn)2個(gè)以上按鍵同時(shí)按下來(lái)擴(kuò)展按鍵數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)特殊功能，如PC機(jī)上的Shift， Ctrl，Alt鍵，典型應(yīng)用圖中的S57~S64為功能鍵。</p&

68、gt;<p>　　圖2-4系統(tǒng)功能框圖即寄存器映象圖</p><p><b>　　2．顯示部分 </b></p><p>　　在每個(gè)顯示刷新周期，ZLG7290按照掃描位數(shù)寄存器(ScanNum)定的顯示位數(shù)N，把顯示緩存DpRam0~DpRamN的內(nèi)容按先后循序送入LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示 減少N值可提高每位顯示掃描時(shí)間的占空比，以提高LED亮度，顯示

69、緩存中的內(nèi)容不受影響，修改閃爍控制寄存器(FlashOnOff)可改變閃爍頻率和占空比，亮和滅的時(shí)間。</p><p>　　2.4 Keil μVision2仿真軟件軟件的相關(guān)介紹</p><p>　　μVision2 IDE是德國(guó)Keil公司開(kāi)發(fā)的基于Windows平臺(tái)的單片機(jī)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，它包含一個(gè)高效的編譯器、一個(gè)項(xiàng)目管理器和一個(gè)MAKE工具。其中Keil C51是一種專(zhuān)門(mén)為單片機(jī)設(shè)

70、計(jì)的高效率C語(yǔ)言編譯器，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)器空間極小，完全可以與匯編語(yǔ)言媲美。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。C51

71、工具包的整體結(jié)構(gòu)如圖所示，其中uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其他編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的He

72、x文件，以供調(diào)試器dScope51或tScope51使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。</p><p>　　圖2-5 Keil C51工具包整體結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　3總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1硬件電路的總體設(shè)計(jì)</p><p&g

73、t;　　典型的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制硬件系統(tǒng)主要由三部分組成： </p><p>　　(1) 步進(jìn)控制器，由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(2) 驅(qū)動(dòng)器，把單片機(jī)輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p><b>　　(3) 步進(jìn)電機(jī)。</b></p><p>　　本課題使用STC89C52單片機(jī)作為控制器控制步

74、進(jìn)電機(jī)，TB6560作為驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。</p><p>　　下圖為即TB6560驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的原理圖：</p><p>　　圖3-1 TB6560驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的原理圖</p><p>　　步迸電機(jī)控制信號(hào)有3個(gè)(CLK、CW、ENABLE)，分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角和速度、電機(jī)正反方向以及使能。引腳M1和M2決定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方式：M1=0、M2=0，電機(jī)按整步方

75、式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1=0、M2=1，電機(jī)按半步方式運(yùn)轉(zhuǎn)；M1=1、M2=1，電機(jī)按1/8步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)，M1=1、M2=0，電機(jī)按1/16步細(xì)分方式運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　OUT-AP、OUT-AM、OUT-BP、OUT-BM引腳分別為電機(jī)2相輸出接口，由于內(nèi)部集成了續(xù)流二極管， NFA、NFB分別為電機(jī)A、B相最大驅(qū)動(dòng)電流定義引腳，最大電流計(jì)算公式為：</p><p><b>　　

76、(2-1)</b></p><p>　　若預(yù)先定義電機(jī)每相的最大驅(qū)動(dòng)電流為2.5 A，取RNF=0.2Ω[15]，則PGNDA、PGNDB、SGND分別為電機(jī)A,B相驅(qū)動(dòng)引腳地和邏輯電源地。邏輯控制電路電源為5V，VDD為邏輯電源引腳，OSC所接電容的大小決定了斬波器頻率，推薦100～1000 pF，斬波頻率為400～44 Khz[16]，RESET為芯片復(fù)位腳，低電平有效。</p>&

77、lt;p>　　為防止電機(jī)干擾和損壞接口板電路，并且對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行整形。在驅(qū)動(dòng)器與控制電路之前，采用光耦進(jìn)行隔離。</p><p>　　步迸電機(jī)3個(gè)控制信號(hào)(CLK、CW、ENABLE)，分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角和速度、電機(jī)正反方向以及使能，均須用光耦隔離后與芯片連接，本課題的控制電源為5V，圖中的R=0Ω。</p><p>　　圖3-2 進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)隔離電路</p><

78、;p>　　3.2細(xì)分驅(qū)動(dòng)軟件的總體方案設(shè)計(jì)思路</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的軟件主要由主控程序、細(xì)分驅(qū)動(dòng)程序、鍵處理程序、顯示數(shù)據(jù)處理及顯示驅(qū)動(dòng)程序、通信監(jiān)控程序等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖見(jiàn)圖[17]：</p><p>　　圖3-3 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的軟件組成</p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)主控制程序控制整個(gè)程序的流程, 主要完成程序的初始化、中斷方式

79、的設(shè)置、計(jì)數(shù)器工作方式的設(shè)置及相關(guān)子程序的調(diào)用等。</p><p>　　3.3具體程序流程圖及代碼</p><p>　　細(xì)分驅(qū)動(dòng)主控制程序控制整個(gè)程序的流程，主要完成程序的初始化、中斷方式的設(shè)置、定時(shí)器器工作方式的設(shè)置及相關(guān)子程序的調(diào)用等。</p><p>　　圖3-4 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)主程序流程圖</p><p>　　圖3-5 中斷程序

80、流程圖</p><p><b>　　代碼：</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　sbit ENABLE = P1^5;</p><p>　　sbit M2 = P1^4;</p><p>　　sbit M1 =P1^3;</p&g

81、t;<p>　　sbit CW = P1^2;</p><p>　　sbit CLK= P1^1;</p><p>　　void delay(unsigned char i)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char time;</p><p

82、>　　for (time=0;time<100;time++)</p><p>　　while(i--);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void zhuan(unsigned char times)</p><p><b>　　{</b></p>

83、;<p>　　unsigned char i;</p><p>　　for (i=0;i<times;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(250);</p><p>　　CLK=! CLK;</p><p>　　delay(250)

84、;</p><p>　　CLK=! CLK;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p&g

85、t;　　TMOD=0x20; //GATE=0,單片機(jī)為定時(shí)方式</p><p>　　TR1=1; //啟動(dòng)定時(shí)器</p><p><b>　　TL1=0xfd;</b></p><p>　　TH1=0xfd; //設(shè)置定時(shí)器計(jì)數(shù)初值</p><p>　　SCON=0x50;

86、 //串口中斷寄存器，TI=0,RI(串口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志)=x</p><p>　　PCON=0x00;</p><p>　　ES=1; //允許串口中斷</p><p>　　EA=1; //CUP開(kāi)放中斷</p><p><b>　　}</b></p><p&g

87、t;　　void serial(void)interrupt 4</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if (RI==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　RI=0;</b></p><p>　

88、　zhuan(SBUF);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　unsigned char i;</

89、p><p><b>　　P0=0x00;</b></p><p><b>　　ENABLE=1;</b></p><p><b>　　M2=0;</b></p><p><b>　　M1 =1;</b></p><p><b>

90、;　　CW =1;</b></p><p>　　for (i=0;i<10;i++)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(10);</p><p>　　CLK=! CLK;</p><p>　　delay(10);</p><

91、;p>　　CLK=! CLK;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　init();</b></p><p><b>　　while(1);</b></p><p>　　圖3-6 驅(qū)動(dòng)程序在keil上的編譯</p><p&

92、gt;<b>　　4結(jié)論</b></p><p><b>　　4.1 取得成果</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)成功地達(dá)到了預(yù)期要求，與同組的同學(xué)配合，完成了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。</p><p>　　本驅(qū)動(dòng)器由PC機(jī)控制，PC機(jī)通過(guò)RS-232接口與89C52單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，單片機(jī)與TB6

93、560細(xì)分驅(qū)動(dòng)器連接，驅(qū)動(dòng)器再連接步進(jìn)電機(jī)，用戶(hù)在串口調(diào)試助手中輸入步進(jìn)電機(jī)需要走動(dòng)的步數(shù)，可以使步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　4.2 不完善之處</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩不足，拖動(dòng)能力不夠，當(dāng)驅(qū)動(dòng)脈沖頻率達(dá)到某臨界值開(kāi)始失步。由于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運(yùn)行頻率的上升而降低，因而凡是比該頻率高的工作頻率都將產(chǎn)生失步。<

94、;/p><p><b>　　4.3 心得體會(huì)</b></p><p>　　程序設(shè)計(jì)和調(diào)試的整個(gè)過(guò)程就是將平時(shí)的學(xué)習(xí)和實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程，如何將這些知識(shí)結(jié)合在一起組成一個(gè)整體的概念，這是在以前的學(xué)習(xí)過(guò)程中沒(méi)有遇到過(guò)的。畢業(yè)設(shè)計(jì)非常好的鍛煉了應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，彌補(bǔ)了在校學(xué)生這方面的不足。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了不少的問(wèn)題，從開(kāi)始的原理設(shè)計(jì)到后來(lái)的軟、硬件調(diào)試，都需要自

95、己認(rèn)真的進(jìn)行分析，探討并最終得到解決。在這樣一個(gè)過(guò)程中，不但學(xué)會(huì)了如何去利用課本和參考資料，而且提高了設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中解決實(shí)踐問(wèn)題的能力。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Jufer M，Heine．Hybrid stepping motors25 years of development．Proc of IMCSD 25t

96、h Annual SymPosium[J]，1996(1)：307-316.</p><p>　　[2] 謝輝，唐勇。步進(jìn)電機(jī)發(fā)展回顧與前景展望，重慶三峽學(xué)院學(xué)報(bào)[J] 2010，26(3) :23-28 [3][EB/OL].http://www.gkong.com/learn/learn—detail/asp?learn—idffi7401,2008-10-16．</p><p>

97、;　　[4]四相步進(jìn)電機(jī)原理與程序http://wenku.baidu.com/view/617cfe4e852458fb770b56ad.html</p><p>　　[5]林海波，基于AT89C51的步進(jìn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)[J]，電子技術(shù)應(yīng)用，2002，28(11)：37-39</p><p>　　[6]Artyunyan VSh，Muradyan AZ，Mnatsakany

98、an GB．Optimum method and device forb subdividing the step of an m—phase step motor．Telecommunications and Radio Engineering，1991，46(12)：103-108</p><p>　　[7]華蕊，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)綜述[J]，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999，17(3)：50-

99、54</p><p>　　[8]程明，微特電機(jī)及系統(tǒng)[M]，北京：中國(guó)電力出版社，2004年10月：92-110</p><p>　　[9]于海生，微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]，北京：清華大學(xué)出版社，1999年3月：75-78</p><p>　　[10]華蕊，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)綜述[J]，佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1999，17(3)：50-54</

100、p><p>　　[11] 科雷德斯(香港)精密技研,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　[EB/OL].http://www.gkong.com/learn/learn—detail/asp?learn—idffi7401,2008-10-16</p><p>　　[12]尹世煒，基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，黑龍江科技信息[J] 2007(16)：32-3

101、6</p><p>　　[13] 李翠敏，高有行。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)在噴膜機(jī)中的應(yīng)用，計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制[J]，2003，11 (8)：11-15</p><p>　　[14]　陳志剛，李穎，徐建飛等?；诙鄠鞲衅餍畔⑷诤系男D(zhuǎn)機(jī)械扭矩測(cè)量[J ]. 上海海事大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，29 (2)：23-27</p><p>　　[15]Toshiba,TB6560AHQ/A

102、FG, PWM Chopper-Type Bipolar Driver IC for Stepping Motor Control，2008.04.07．</p><p>　　[16]基于TB6560的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，王黨利，寧生科，馬寶吉，新器件新技術(shù)，2010(1) ，41-43</p><p>　　[17]尹世煒，基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，黑龍江科技信息[J] 20

103、07(16)：32-36</p><p><b>　　附錄Ⅰ</b></p><p>　　附圖1. STC開(kāi)發(fā)板7290芯片原理圖 </p><p>　　附圖2. STC開(kāi)發(fā)板89c52芯片原理圖</p><p><b>　　附錄Ⅱ</b></p><p><b>

104、　　串口程序代碼：</b></p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　unsigned char inbuf;</p><p>　　unsigned char flag; //初始化函數(shù)</p><p>　　void init serial(void)</p><

105、p><b>　　{</b></p><p>　　SCON = 0x50; //SCON: serial mode 1, 8-bit UART, enable ucvr,0101000b</p><p>　　TMOD= 0x20; //TMOD: timer 1, mode 2, 8-bit reload,0010000b </p&g

106、t;<p>　　PCON= 0x00; </p><p>　　TH1= 0xF4; //Baud:4800 f osc=11.0592MHz </p><p>　　IE= 0x90; //Enable Serial Interrupt </p><p>　　TR1 = 1; // timer 1 run<

107、/p><p><b>　　inbuf=0;</b></p><p><b>　　P2=0； </b></p><p><b>　　TI=1; </b></p><p>　　} //向串口發(fā)送一個(gè)字符 </p><p>　　void send-char-co

108、m(unsigned char ch) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　SBUF=ch;</b></p><p>　　while(TI==0);</p><p><b>　　TI=0;</b></p><p>　　}

109、 //串口接收中斷函數(shù)</p><p>　　void serial () interrupt 4 using 3</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(RI)</b></p><p><b>　　{</b></p><p

110、><b>　　RI = 0;</b></p><p>　　inbuf=SBUF;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　flag=1;</b></p><p><b>　　}</b></p><p&g

111、t;<b>　　main()</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　Init serial (); //初始化串口</p><p><b>　　while(1)</b></p><p><b>　　{</b></p>

112、;<p><b>　　if(flag)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　P2=inbuf;</b></p><p>　　send-char-com(inbuf);</p><p><b>　　flag=0;&l