步進電機細分驅(qū)動軟件設計【畢業(yè)設計】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　步進電機細分驅(qū)動軟件設計</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p>

3、<p>　　步進電機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移的執(zhí)行機構(gòu), 其在數(shù)控領域得到了廣泛的應用。但是, 步進電機在低速運行時振動、噪聲大, 在其自然振蕩頻率附近運行時易產(chǎn)生共振, 且輸出轉(zhuǎn)矩隨著步進電機的轉(zhuǎn)速升高而下降, 這些缺點限制了步進電機的應用范圍。步進電機的性能在很大程度上取決于所用的驅(qū)動器, 改善驅(qū)動器的性能, 就可以顯著地提高步進電機的性能, 因此研制高性能的步進電機驅(qū)動器是一項受到普遍關注的課題。</p&g

4、t;<p>　　本文介紹一種基于89C52單片機的步進電機細分驅(qū)動器，該驅(qū)動器主要采用東芝公司生產(chǎn)的TB6560作為驅(qū)動芯片，并著重介紹其軟件設計，主要說明了主控程序中的細分驅(qū)動程序、LED顯示程序與鍵處理程序、串口程序，通過這些軟件程序單片機通過串口接收PC機命令，發(fā)送一定量的方波信號，信號經(jīng)過驅(qū)動器驅(qū)動步進電機，實現(xiàn)電機的細分驅(qū)動。</p><p>　　關鍵詞：步進電機，細分驅(qū)動，單片機，軟件設

5、計</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課題的來源1</p><p>　　1.2課題的意義3</p><p>　　1.3步進電機細分驅(qū)

12、動技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀4</p><p>　　1.3.2 國內(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相關芯片及軟件說明8</p><p>　　2.1單片機AT89C52簡介8</p><p>

13、;　　2.2 TB6560驅(qū)動器介紹11</p><p>　　2.3 ZLG7290 I2C接口鍵盤及LED驅(qū)動器13</p><p>　　2.4 Keil μVision2仿真軟件軟件的相關介紹15</p><p><b>　　3總體設計17</b></p><p>　　3.1硬件電路的總體設計17</

14、p><p>　　3.2細分驅(qū)動軟件的總體方案設計思路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23</p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p><b>　　附錄Ⅰ25</b></p><p>　　附圖1. STC開發(fā)板7290芯片原理圖25</p><p>　　附圖2. STC開發(fā)板89c52芯片原理圖26</p><p>

16、<b>　　附錄Ⅱ27</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p><p>　　步進電機屬于實用的典型的機電一體化組件。它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或直線

17、位移的執(zhí)行機構(gòu)。又可稱脈沖電機或階躍電機，國外常稱為Step motor、Stepping motor、Stepper motor等等。步進電機問世以后，很快確定了自己的應用領域，應用發(fā)展己有約30年的歷史[1]。</p><p>　　步進電機最早在1920年由英國人開發(fā)， 50年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上。步進電動機的發(fā)展與計算機工業(yè)和數(shù)字控制技術密切相關，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>　　步進電動機多用于數(shù)控車床和機器人系統(tǒng)中。在現(xiàn)代工業(yè)，特別是航空、航天、電子等領域中，要求完成的工作量大，任務復雜，精度高，利用人工操作不僅勞動強度大，生產(chǎn)效率低，且難以達到所要求的精度，還有一些工作環(huán)境是對人體健康有害的或人類無法到達的，這就需要數(shù)控機床和機器人來完成這些工作。另外，在計算機外設和辦公室自動化設備中也大量運用步進電機，如磁盤驅(qū)動、打印機、繪圖儀和復印機等[3]

19、。</p><p>　　該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。圖1-1是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。</p><p>　　圖1-1 四相步進電機步進示意圖</p><p>　　開始時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就

20、和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。</p><p>　　當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。</p><p

21、>　　四相步進電機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序與波形分別如圖1-2a、b、c所示[4]：　　</p><p>　　圖1-2 步進電機

22、工作時序波形圖</p><p>　　步進電動機有如下特點：</p><p>　　(1)步進電動機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比。因此，當它轉(zhuǎn)一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。</p><p>　　(2)由步進電動機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽?，同時，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)步進電動機的動態(tài)響應快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。</p><p>　　(4)速度可在相當寬的范圍內(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)動負載。</p><p>　　(5)步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。</p><p>　　(6)步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相

24、應措施。</p><p>　　雖然步進電機是一種數(shù)控元件，易于同數(shù)字電路接口。但是，一般數(shù)字電路的信號能量遠遠不足以驅(qū)動步進電機．必須有與之匹配的驅(qū)動電路來驅(qū)動步進電機。步進電機本體和步進電機驅(qū)動電路兩者密不可分地組成步進電機系統(tǒng)。多年來．隨著電力電子技術、自動化控制技術以及計算機同通信技術的發(fā)展，步進電機系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動電路部分也不斷地發(fā)展，國內(nèi)外圍繞步進電機驅(qū)動電路做大量的研究與開發(fā)。</p>

25、<p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　步進電機作為數(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、期累計等優(yōu)點，被廣泛應用在數(shù)控裝置、繪圖機、機械手、印刷和包裝設備等工業(yè)、軍事和醫(yī)療自動化領域中。在多種步進電機中，混合式步進電機集反應式和永磁式步進電機的優(yōu)點于一身，應用更加普遍。但是步進電機在應用中存在一些制約性的因素，步進電機及其系統(tǒng)表

26、現(xiàn)出諸如低速平穩(wěn)性差、高速快速響應能力差、效率低和能耗大等。步進電機多應用于開環(huán)控制的場合，對轉(zhuǎn)子位置和角速度不做檢測，較容易在運行過程中產(chǎn)生失步和振蕩。另外，步進電機不能簡單地直接接到普通的交直流電源上運轉(zhuǎn)，它需要專門的驅(qū)動控制器，步進電機和與之配套的驅(qū)動控制器密不可分，在電機本體選定的情況下，驅(qū)動控制器的好壞很大程度上影響著整個系統(tǒng)的運行性能。</p><p>　　隨著步進電機在數(shù)控機械、自動化領域中的應用越

27、來越廣泛，對小步距、低振動和低噪聲的步進電機要求愈來愈迫切[5-7]。</p><p>　　在步進電機中，定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個步距角。每一個脈沖信號對應于繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角[7]。對步進電機加一系列連續(xù)不斷的脈沖時，它可以連續(xù)不斷的轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時，轉(zhuǎn)子的平均轉(zhuǎn)速正比于脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過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電脈沖信號步進電機轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的機械角度。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為電機驅(qū)動方式。</p><p>　　由式(1-1)看出，步距角的大小由

29、電機自身參數(shù)m、Z，和電機驅(qū)動方式k決定，受電機制造工藝的限制，靠增加m和z，來減小步距角受到一定限制，此時必須通過增大k來獲得更小的步距角。當步進電機工作于整步工作方式時，k=l；當步進電機工作于半步工作方式時，k=2；為了獲得更大的k，就必須采用細分控制方法。細分驅(qū)動技術可以大幅度減小步進電機的步距角，并且步距角越小，進入穩(wěn)定區(qū)域越容易，這樣就增加了電機運行的平穩(wěn)性，還可以減弱甚至消除電機的低頻振蕩和噪聲，提高起動頻率和高速下的轉(zhuǎn)矩

30、，同時也可以提高電機的定位分辨率和精度[10]。</p><p>　　通過研制高性能的步進電機驅(qū)動控制器可以大大改善步進電機的運行性能，這對提高我國在這方面的科學技術水平起到了一定的促進作用，拓寬了步進電機的應用領域。因此，步進電機細分驅(qū)動的軟件開發(fā)不僅有著重大的現(xiàn)實意義，而且具有極大的經(jīng)濟價值。</p><p>　　1.3步進電機細分驅(qū)動技術國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><

31、p>　　1.3.1 國外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來，伴隨著微電子技術大功率電力電子器件及驅(qū)動技術的進步，發(fā)達國家已普遍使用性能優(yōu)越的混合式步進電機。驅(qū)動技術采用恒相電流與細分驅(qū)動相結(jié)合，使步進電機在中、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用領域滲透．步進電動機最大的生產(chǎn)國是日本，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 國內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>　　我國對步進電動機的研究從1958年開始，70年代以前受蘇聯(lián)的影響，以三相磁阻式步進電動機為主。70年代受到國內(nèi)研制生產(chǎn)數(shù)控機床和其他數(shù)控設備的推動，并受到當時日本數(shù)控機床系統(tǒng)的影響，開始發(fā)展磁阻式步進電動機的系列產(chǎn)品，以定子6個極、轉(zhuǎn)子40齒的三相磁阻式電動機為主，還有定子10個極、轉(zhuǎn)子100齒的五相磁阻式電動機和四相電動機等。1980年

33、代開始發(fā)展混合式步進電動機，以定子8極、轉(zhuǎn)子50齒的二相(四相)混合式步進電動機為主。1987年開始自行設計定子10極、轉(zhuǎn)子50齒的五相混合式步進電動機，同時還發(fā)展了一些不同于國外的非典型產(chǎn)品，如定子8極、轉(zhuǎn)子60齒的二相(四相)混合式步進電動機。這是為了與磁阻式步進電動機的步距角相一致。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國步進電機形成一種品種規(guī)格繁多的局面，一是70年代形成的磁阻式步進電動機系列產(chǎn)品在低端應用仍有較多的市場，繼續(xù)生產(chǎn)；二是混合式步進電

34、機的系列產(chǎn)品，包括引進技術和生產(chǎn)設備，按照國外的設計生產(chǎn)的二相和五相混合式步進電機，以及國內(nèi)自行開發(fā)生產(chǎn)的混合式步進電動機，仍然擁有各自不同的應用領域[12]。</p><p>　　步進電機驅(qū)動技術的發(fā)展十分迅速。我國步進電機的應用起步較早，但驅(qū)動技術的發(fā)展相對滯后，成為制約步進電機應用與發(fā)展的主要因素。</p><p>　　細分驅(qū)動的典型應用有數(shù)控機床的四軸聯(lián)動改造。由于現(xiàn)有的機床只能進

35、行三軸聯(lián)動，而在生產(chǎn)中需要在圓錐面上加工凸輪運動曲線槽，通過工藝分析需要四軸聯(lián)動的加工中心才能實現(xiàn)。而現(xiàn)有立式加工中心只能實現(xiàn)x、y、z三軸聯(lián)動，配置高精度四軸聯(lián)動系統(tǒng)機床的價格超出現(xiàn)有機床數(shù)倍，為此通過對現(xiàn)有機床的改造，利用回轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)第四軸，采用步進電機的細分技術實現(xiàn)高精度控制，可滿足用戶精度的要求。近年來，對于不同類型和相數(shù)的步進電機采取不同的細分電流控制策略是研究的一大熱點。如有關資料指出，對于兩相雙極型混合式步進電機，采用正

36、余弦形的驅(qū)動電流較為理想，而對于反應式步進電機一般采用諧波較少的階梯型驅(qū)動電流較為理想[13]。 </p><p>　　細分驅(qū)動在噴膜機中也有應用，采用8052 微處理機, 具有8 K字節(jié)的 ROM , 256 字節(jié)的 RAM。8 位DA轉(zhuǎn)換器AD7524 通過鎖存器與單片機的數(shù)據(jù)線相連,構(gòu)成步進電機的脈沖信號發(fā)生器，用來驅(qū)動步進電機。我們采用軟件的方法實現(xiàn)脈沖分配器。將電機四細分驅(qū)動脈沖數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)存中。當電機

37、逆時針方向運轉(zhuǎn)時, 自上而下走表索取控制量; 當電機順時針方向運轉(zhuǎn)時, 自下而上走表索取控制量, 這樣就可以控制電機上的電流的大小。其中控制量的最高位是方向控制信號, 低7 位存儲電機脈沖信號的大小[14]。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　步進電機的細分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進電機的勵磁繞組中電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場成為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場

38、，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分。一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此， 要實現(xiàn)對步進電機的恒轉(zhuǎn)矩均勻細分控制，必須合理控制電機繞組中的電流使步進電機內(nèi)部合成磁場的幅值恒定，而且每個進給脈沖所引起的合成磁場的角度變化也要均勻。</p><p>　　以兩相步進電機的整步驅(qū)動方式為例，介紹一下驅(qū)動過程。該電機有A、B兩相繞組，其中用C表示A

39、通反向電流時的磁場A，用D表示B通反向電流時的磁場B。當分別給各相繞組通電時，各相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如下：僅有A相導通時，旋轉(zhuǎn)磁場指向A；僅有B相導通時，旋轉(zhuǎn)磁場指向B；僅有C相導通時，旋轉(zhuǎn)磁場指向C；僅有D相導通時，旋轉(zhuǎn)磁場指向D。依次為各相繞組通電，每切換一次，旋轉(zhuǎn)磁場矢量轉(zhuǎn)過90。，電機轉(zhuǎn)過一個步距角。當旋轉(zhuǎn)磁場矢量轉(zhuǎn)過360度時，電機轉(zhuǎn)過一個齒距，這種工作方式稱為整步工作。如果改變上述加電過程，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)磁場的矢量轉(zhuǎn)過45。。同理，當旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過3600。，電機轉(zhuǎn)過一個齒距。由半步原理給予啟發(fā)，如果讓旋轉(zhuǎn)磁場矢量每次轉(zhuǎn)過12.25。，這樣就實現(xiàn)了八細分驅(qū)動。其電流狀態(tài)如圖1-5所示。</p>&

41、lt;p>　　圖1-4 兩相電機不細分各相電流狀態(tài)圖</p><p>　　圖1-5 兩相電機八細分各相電流狀態(tài)圖</p><p>　　根據(jù)步進電機的模型方程的公式，兩相電流的矢量和決定了步進電機的輸出力矩的大小。所以近似正弦波的細分電流輸出可以實現(xiàn)對電機恒扭矩控制。細分數(shù)越大，電流曲線越接近正弦，力矩也越平穩(wěn)，速度波動也越小。步進電機的細分控制，從本質(zhì)上講是通過對步進電機的勵磁繞組中

42、電流的控制，使步進電機內(nèi)部的合成磁場為均勻的圓形旋轉(zhuǎn)磁場，從而實現(xiàn)步進電機步距角的細分。一般情況下，合成磁場矢量的幅值決定了步進電機。</p><p>　　細分驅(qū)動使驅(qū)動電流的變化幅度減小，轉(zhuǎn)子達到平衡位置時的過剩能量減少，降低了步進電機的低頻振蕩，消除了共振點，使低頻、低轉(zhuǎn)速時工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)矩增加，噪聲降低，同時在不改變步進電機內(nèi)部參數(shù)的情況下，減少步距角，減少步進誤差，即提高了分辨率和步距精度[15]。<

43、/p><p>　　2相關芯片及軟件說明</p><p>　　2.1單片機AT89C52簡介</p><p>　　AT89C52是51系列單片機的一個型號，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)閃電存儲器（Flash Memory）的8位CMOS微控制器。片內(nèi)閃電存儲器的程序代碼或數(shù)據(jù)可在線寫

44、入，亦可通過常規(guī)的編程器編程。例如，MP-100這樣一種經(jīng)濟型的編程器，它支持通用EPROM等各種存儲器、PAL、GAL以及INTEL、ATMEL和PHILIPS等各公司的全系列51單片機的編程。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)部閃電存儲器存放控制程序。它的主要功能是完成鍵盤掃描程序，檢測

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可反復擦寫(>1000次）Flash ROM </p><p>　　· 32個雙向I/O口 · 256x8bit內(nèi)部RAM </

46、p><p>　　· 3個16位可編程定時/計數(shù)器中斷 · 時鐘頻率0-24MHz </p><p>　　· 2個串行中斷 · 可編程UART串行通道 </p><p>　　· 2個外部中斷源 · 共6個中斷源 </p><p>　　· 2個讀寫中斷口線 · 3級加密位

47、 </p><p>　　· 低功耗空閑和掉電模式 · 軟件設置睡眠和喚醒功能</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)標準的C51內(nèi)核，在內(nèi)部功能及管腳排布上與通用的8xc52相同，其主要用于會聚調(diào)整時的功能控制。功能包括對會聚主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，會聚調(diào)整控制，會聚測試圖控制，紅外遙控信號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）為復位輸入端口，外接電阻電容組成的復位電路。VCC（40腳）和VSS（20腳）為供電端口，分別接+5V電源的正負端。P0~P3為可編程通用I/O腳，其功能用途由軟件定義，在本設計中，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腳定義為握手信號功能端口，連接主板CPU 的相應功能端，用于當前制式的檢測及會聚調(diào)整狀態(tài)進入的控制功能。</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位漏極開路型雙向I/O 口，也即地址/數(shù)據(jù)總線復用口。作為輸出口用時，每位能吸收電流的方式驅(qū)動8個TTL邏輯門電路，對端口P0 寫“1”時，可作為高阻抗輸入端用。</p><p>　　在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器或程序存儲器時，這組口線分時轉(zhuǎn)換地址（低8位）和數(shù)據(jù)總線復用，在訪問期間激活內(nèi)部上拉電阻。</p><p>　　在Flash 編程時，P0口接收指令字節(jié)，而在程序校驗時，輸出

51、指令字節(jié)，校驗時，要求外接上拉電阻。</p><p>　?。╞）P1口：P1 是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口， P1的輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL邏輯門電路。對端口寫“1”，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，此時可作輸入口。</p><p>　　作輸入口使用時，因為內(nèi)部存在上拉電阻，某個引腳被外部信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。</p><

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

53、信號拉低時會輸出一個電流(IIL)。</p><p>　　在訪問外部程序存儲器或16位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR 指令）時，P2口送出高8位地址數(shù)據(jù)。在訪問8位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器（如執(zhí)行MOVX @RI 指令）時，P2口輸出P2 鎖存器的內(nèi)容。</p><p>　　Flash編程或校驗時，P2亦接收高位地址和一些控制信號。</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口輸出緩沖級可驅(qū)動（吸收或輸出電流）4個TTL 邏輯門電路。對P3口寫入“1”時，它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可作為輸入端口。此時，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

55、器編程和程序校驗的控制信號。如下：</p><p>　　(a)RST：復位輸入。當振蕩器工作時，RST引腳出現(xiàn)兩個機器周期以上高電平將使單片機復位。</p><p>　　(b)ALE/PROG：當訪問外部程序存儲器或數(shù)據(jù)存儲器時，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，復位時內(nèi)部會鎖存EA端狀態(tài)。如EA端為高電平（接Vcc），CPU 則執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令。Flash 存儲器編程時，該引腳加上+12V 的編程允許電源Vpp，當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)動器介紹</p><p>　　1.尺寸是：76（長）*76（寬）*49（高） MM（含散熱器）</p><p>　　2.使用方便，功能與相關設置在板子上已經(jīng)標明，不需要說明書。配有大型散熱器，保證良好散熱。</p><p>　　3.有使能信號輸入端</p><p>　　4.自動半流功能

58、，減少電機發(fā)熱。有自動半流指示燈。</p><p>　　5.有過溫度保護功能。IC超過150度時會保護，輸出截止，過溫度保護燈亮。</p><p>　　6.可設置4種衰減模式，針對不同電機，配不同的衰減模式可以減少運行噪音</p><p>　　7.有電流設置功能。適配0.5A，1A,1.5A,2A,2.5A,3A的42、57系列步進電機。</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：電機的速度與驅(qū)動電壓成正比，電機的力量與驅(qū)動電流成正比。所以低電壓與電流雖然可以能讓電機轉(zhuǎn)動，但力量與速度是相對有限的。因而我們推薦的工作電壓是24-32V.驅(qū)動42或57的步進電機。雖然該驅(qū)動板也可以讓86電機轉(zhuǎn)起來，但我們本著謹慎和負責任的態(tài)度，建議你不要用來驅(qū)動86電機工作，因為TB6560是不適合驅(qū)動86電機的。</p><p

60、>　　9.我們的TB6560 IC的絕緣與傳熱材料是采用高端的專業(yè)材料。遠優(yōu)于普通硅脂+絕緣片。一般的國產(chǎn)硅脂1、2年就干硬了，進口的一般頂個5，6年的樣子就干硬了。而我們使用的材料就算是使用10年也不會有問題。當然，這種復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

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感的，高精度的電阻。</p><p>　　11.產(chǎn)品的圖示說明</p><p>　　表2-1 TB6560圖示說明</p><p><b>　　表2-2電流設置</b></p><p>　　表2-3 細分設置：&

62、lt;/p><p><b>　　表2-4衰減模式</b></p><p>　　圖2-2 TB6560與步進電機連接圖示</p><p>　　2.3 ZLG7290 I2C接口鍵盤及LED驅(qū)動器</p><p><b>　　一、 特點 </b></p><p>　　1．I2C串行接

63、口，提供鍵盤中斷信號，方便與處理器接口</p><p>　　2．可驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管或64只獨立LED和64個按鍵</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 個功能鍵，可檢測任一鍵的連擊次數(shù)</p><p>　　

64、6．無需外接元件即直接驅(qū) LED，可擴展驅(qū)動電流和驅(qū)動電壓</p><p>　　7．提供工業(yè)級器件，多種封裝形式PDIP24，SO24</p><p><b>　　二、引腳及說明</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引腳說明&

65、lt;/p><p><b>　　三、功能描述</b></p><p><b>　　1．鍵盤部分</b></p><p>　　ZLG7290 可采樣64個按鍵或傳感器，可檢測每個按鍵的連擊次數(shù)，其基本功能如下：</p><p>　　(1)鍵盤去抖動處理：當鍵被按下和放開時，可能會出現(xiàn)電平狀態(tài)反復變化 稱作

66、鍵盤抖動，若不作處理會引起按鍵盤命令錯誤，所以要進行去抖動處理，以讀取穩(wěn)定的鍵盤狀態(tài)為準。</p><p>　　(2)雙鍵互鎖處理：當有兩個以上按鍵被同時按下時，ZLG7290只采樣優(yōu)先級高的按鍵，優(yōu)先順序為 S1>S2>…>S64，如同時按下S2和S18時采樣到S2。</p><p>　　(3)連擊鍵處理：當某個按鍵按下時，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，這種功能稱為連擊，連擊次數(shù)計數(shù)器 (RepeatCnt)可區(qū)別出單擊，某些功能不允許連擊，如開，關或連擊，判斷連擊次數(shù)可以檢測被按時間，以防止某些功能誤操作，如連續(xù)按5秒經(jīng)入?yún)?shù)設置狀態(tài)。</p><p>　　(4)功能鍵處理：功能鍵能實現(xiàn)2個以上按鍵同時按下來擴展按鍵數(shù)目或?qū)崿F(xiàn)特殊功能，如PC機上的Shift， Ctrl，Alt鍵，典型應用圖中的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)動器實現(xiàn)動態(tài)顯示 減少N值可提高每位顯示掃描時間的占空比，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，亮和滅的時間。</p><p>　　2.4 Keil μVision2仿真軟件軟件的相關介紹</p><p>　　μVision2 IDE是德國Keil公司開發(fā)的基于Windows平臺的單片機集成開發(fā)環(huán)境，它包含一個高效的編譯器、一個項目管理器和一個MAKE工具。其中Keil C51是一種專門為單片機設

70、計的高效率C語言編譯器，符合ANSI標準，生成的程序代碼運行速度極高，所需要的存儲器空間極小，完全可以與匯編語言媲美。</p><p>　　Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。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的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。開發(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文件（.OBJ)。目標文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標準的He

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

73、t;　　典型的步進電機驅(qū)動控制硬件系統(tǒng)主要由三部分組成： </p><p>　　(1) 步進控制器，由單片機實現(xiàn)。</p><p>　　(2) 驅(qū)動器，把單片機輸出的脈沖加以放大，以驅(qū)動步進電機。</p><p><b>　　(3) 步進電機。</b></p><p>　　本課題使用STC89C52單片機作為控制器控制步

74、進電機，TB6560作為驅(qū)動器驅(qū)動步進電機。</p><p>　　下圖為即TB6560驅(qū)動器驅(qū)動步進電機的原理圖：</p><p>　　圖3-1 TB6560驅(qū)動步進電機的原理圖</p><p>　　步迸電機控制信號有3個(CLK、CW、ENABLE)，分別控制電機的轉(zhuǎn)角和速度、電機正反方向以及使能。引腳M1和M2決定電機的轉(zhuǎn)動方式：M1=0、M2=0，電機按整步方

75、式運轉(zhuǎn)；M1=0、M2=1，電機按半步方式運轉(zhuǎn)；M1=1、M2=1，電機按1/8步細分方式運轉(zhuǎn)，M1=1、M2=0，電機按1/16步細分方式運轉(zhuǎn)。</p><p>　　OUT-AP、OUT-AM、OUT-BP、OUT-BM引腳分別為電機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A、B相最大驅(qū)動電流定義引腳，最大電流計算公式為：</p><p><b>　　

76、(2-1)</b></p><p>　　若預先定義電機每相的最大驅(qū)動電流為2.5 A，取RNF=0.2Ω[15]，則PGNDA、PGNDB、SGND分別為電機A,B相驅(qū)動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為芯片復位腳，低電平有效。</p>&

77、lt;p>　　為防止電機干擾和損壞接口板電路，并且對控制信號進行整形。在驅(qū)動器與控制電路之前，采用光耦進行隔離。</p><p>　　步迸電機3個控制信號(CLK、CW、ENABLE)，分別控制電機的轉(zhuǎn)角和速度、電機正反方向以及使能，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 進電機控制信號隔離電路</p><

78、;p>　　3.2細分驅(qū)動軟件的總體方案設計思路</p><p>　　步進電機細分驅(qū)動系統(tǒng)的軟件主要由主控程序、細分驅(qū)動程序、鍵處理程序、顯示數(shù)據(jù)處理及顯示驅(qū)動程序、通信監(jiān)控程序等部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖見圖[17]：</p><p>　　圖3-3 步進電機細分驅(qū)動的軟件組成</p><p>　　細分驅(qū)動主控制程序控制整個程序的流程, 主要完成程序的初始化、中斷方式

79、的設置、計數(shù)器工作方式的設置及相關子程序的調(diào)用等。</p><p>　　3.3具體程序流程圖及代碼</p><p>　　細分驅(qū)動主控制程序控制整個程序的流程，主要完成程序的初始化、中斷方式的設置、定時器器工作方式的設置及相關子程序的調(diào)用等。</p><p>　　圖3-4 步進電機細分驅(qū)動主程序流程圖</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,單片機為定時方式</p><p>　　TR1=1; //啟動定時器</p><p><b>　　TL1=0xfd;</b></p><p>　　TH1=0xfd; //設置定時器計數(shù)初值</p><p>　　SCON=0x50;

86、 //串口中斷寄存器，TI=0,RI(串口接收中斷請求標志)=x</p><p>　　PCON=0x00;</p><p>　　ES=1; //允許串口中斷</p><p>　　EA=1; //CUP開放中斷</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)設計成功地達到了預期要求，與同組的同學配合，完成了步進電機細分驅(qū)動的硬件電路設計和軟件設計。</p><p>　　本驅(qū)動器由PC機控制，PC機通過RS-232接口與89C52單片機進行數(shù)據(jù)交換，單片機與TB6

93、560細分驅(qū)動器連接，驅(qū)動器再連接步進電機，用戶在串口調(diào)試助手中輸入步進電機需要走動的步數(shù)，可以使步進電機實現(xiàn)細分驅(qū)動。</p><p><b>　　4.2 不完善之處</b></p><p>　　步進電機轉(zhuǎn)矩不足，拖動能力不夠，當驅(qū)動脈沖頻率達到某臨界值開始失步。由于步進電機的動態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩隨著連續(xù)運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</b></p><p>　　程序設計和調(diào)試的整個過程就是將平時的學習和實踐相結(jié)合的過程，如何將這些知識結(jié)合在一起組成一個整體的概念，這是在以前的學習過程中沒有遇到過的。畢業(yè)設計非常好的鍛煉了應用所學知識解決實際問題的能力，彌補了在校學生這方面的不足。在設計過程中，遇到了不少的問題，從開始的原理設計到后來的軟、硬件調(diào)試，都需要自

95、己認真的進行分析，探討并最終得到解決。在這樣一個過程中，不但學會了如何去利用課本和參考資料，而且提高了設計和制作過程中解決實踐問題的能力。</p><p><b>　　參考文獻</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。步進電機發(fā)展回顧與前景展望，重慶三峽學院學報[J] 2010，26(3) :23-28 [3][EB/OL].http://www.gkong.com/learn/learn—detail/asp?learn—idffi7401,2008-10-16．</p><p>

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101、6</p><p>　　[13] 李翠敏，高有行。步進電機細分驅(qū)動在噴膜機中的應用，計算機測量與控制[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)機械扭矩測量[J ]. 上海海事大學學報，2008，29 (2)：23-27</p><p>　　[15]Toshiba,TB6560AHQ/A

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