1、課件之家精心整理資料-歡迎你的欣賞單片機實現的步進電機控制系統文獻綜述一、引言 近十幾年來，單片機在生產過程控制、白動檢測、數據采集與處理、科技計算、商業管理和辦公室白動化等方面獲得了廣泛的應用。單片機具有體積小、重量輕、耗能省、價格低、可靠性高和通用靈活等優點，因此也廣泛應用于衛星定句、汽車火花控制、交通白動管理和微波爐等專用控制上。近幾年來，單片機的發展更為迅速，它已滲透到諸多學科的領域，以及人們生活的各個方面。 單片機并沒有超脫馮諾依曼原理下的計算機的結構框架和工作原則，而是著眼于應用到更廣闊的范圍:工業控制、數字顯示、智能儀表、電子設備、汽車電控、農機、家電乃至兒童玩具的控制。它不求規

2、模大，只求小而全。廠家在一個芯片上制成了CPU和一定容量的程序存儲器和數據存儲器以及一定數量的輸入/輸出接口(Interface)。在一個大規模集成電路芯片上構造了完整的計算機結構，故稱之為單片機5。 MCS-51系列中的一片8751芯片，內部構造了完整的計算機硬件系統。從CPU、存儲器到輸入輸出端口，一應俱全。只要寫入程序，就可完成中央控制或數據采集、處理及通信傳輸的信息處理機，MCS-51單片機指令系統中為適應控制的需要設有極強的位處理功能，具有加、減、乘、除指令;CPU時鐘高達12MHz，完成單字節乘法或除法運算僅需要4Ns;具有多機通信功能，可作為多機系統中的一個子系統。 一般微處理器

3、和有關元器件分軍用和民用兩級，民用產品主要用于辦公室及機房環境，工作溫度在0到700 ,軍用產品要求在惡劣環境條件下穩定工作，工作溫度在-65到+125;工業級產品的性能介于以上兩者之間，在-40到+85溫度環境可正常工作。工業產品可靠性比民用產品強，而價格較軍用品低。在單片機應用中，可以根據實際工作環境，選擇工業級芯片，保證系統可靠性。 近年來，在國際上出現了Mechanics和electronics復合成的Mechtronics這個新詞，我國譯為“機電一體化”。這種機械和電子技術、信息技術緊密結合的新的學科領域是先進制造技術研究和普及的結果。機電一體化產品要實現電器控制的實時性、高可靠性、

4、可編程和一定的人工智能。同時追求體積小、價格低，甚至低功耗等。正是針對上述種種要求而設計的單片機白然成為機電一體化控制器的最佳選擇。 單片機出現的歷史并不長，它的產生與發展與微處理器的產生與發展大體上同步，也經歷了四個階段6: 第一階段:1971-1974年，4位微處理器工ntel 4004及8位微處理器工ntel 8008，這些計算機價格便宜、功能有限，只用于消耗類電子產品。 第二階段:1974-1978年，初級單片機階段，以工ntel公司的MCS-48為代表，8位單片機。 第三階段:1978-1983年，高性能單片機階段。以intel公司的MCS-51, Motorola公司的6801和Z

5、ilog公司的Z8等為代表。這一階段推出的單片機普遍帶有串行口，有多級中斷處理系統、16位定時器/計數器，有的片內還帶有A/D轉換器接口，片內RAM, ROM容量加大，尋址范圍可達64K字節。廣泛應用于工業控制、外部設備控制、宏觀控制、局部網絡及家用計算機中。第四階段:1983年至今，8位單片機鞏固發展及16位單片機推出階段。例如Mostek公司的MK6800、intel公司的MCS-96等。MCS-96集成度為12萬只品體管/片，尋址范圍64K字節、5個8位并行口、一個全雙工串行口、4個16位定時器、8通道10位A/D轉換器等，另外MCS-96指令能處理位、字節、字，有16位乘16位乘法、3

6、2位除16位除法指令，一塊單片計算機的功能可以和一臺多片系統機相媲美。單片機己經進入一個嶄新的階段。二、步進電機的概況 步進電動機上個世紀就出現了，它的組成、動作原理和今天的反應式步進電動機沒有什么本質區別，也是依靠氣隙間的磁導變化來產生電磁轉矩。80年代以后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態出現，步進電動機的控制方式變得更加靈活多樣。原來的步進電機控制系統采用分立元件或者集成電路組成的控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路，不利于系統的改進升級。基于微型計算機的控制系統則通過軟件來控制步進電機，能夠更好地發揮步進電機的潛力，因此，

7、用微型計算機控制步進電機已經成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時代發展要求。步進電機控制技術和普通電動機控制技術的不同之處是步進電機接受脈沖信號的控制。早期的步進電機靠一種叫環形分配器的電子開關器件，通過功率放大器使勵磁繞組按照順序輪流接通直流電源。 由于勵磁繞組在空間中按一定的規律排列，輪流與直流電源接通后，就會在間隙中形成一種階躍變化的旋轉磁場，使轉子步進式的轉動，隨著接通切換頻率的增高，轉速就會增大。步進電機的旋轉同時與相數、分配數、轉子齒輪數有關，現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機、永磁式步進電機、混合式步進電機和單相式步進電機等。步進電機廣泛應用在生產實踐的各個領域。它最大的

8、應用是在使用數控機床的生產制造中，因為步進電機不需要A/D轉換，能夠直接將數字脈沖信號轉化成為角位移，所以被認為是理想的數控機床的執行元件。早期的步進電機輸出轉矩比較小，無法滿足需要，在使用中和液壓扭矩放大器一同組成液壓脈沖馬達。隨著步進電動機技術的發展，步進電動機已經能夠單獨在系統上進行使用，成為了不可替代的執行元件。比如步進電動機用作數控銑床進給伺服機構的驅動電動機，在這個應用中，步進電動機可以同時完成兩個工作，其一是傳遞轉矩，其二是傳遞信息。步進電機也可以作為數控蝸桿砂輪磨邊機同步系統的驅動電動機。除了在數控機床上的應用，步進電機也應用在其他方面，比如作為自動送料機中的馬達，作為通用的軟

9、盤驅動器的馬達，也可以應用在打印機和繪圖儀中等等。步進電機的原理7：步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。為此,CS51測試網在騰龍開發套件中首次引入了步進電機技術，方便用戶應用掌握。 雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成

10、控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。三、控制系統的設計 單片機控制步進電機的程序的編制步進電機控制程序設計的主要問題有三個: 第一，控制脈沖的產生; 第二，步進電機的旋轉方向和時序脈沖的關系; 第三，步數的確定。 作為單片機控制步進電機的程序的構成也是主要由這幾個問題，因此可以從這三個問題入手: 1、控制脈沖的產生 在單片機控制步進電機時，一般來講，控制脈沖是用軟件產生的。方法是先輸出一個高電平，然后延時，再輸出低電平，再進行延時。延時時間的長短由步進電機的土作頻率決定。 2、步進電機的旋轉方向和時序脈沖的關系步進電機旋轉方向與內部繞組的

11、通電順序和通電方式有關。現在常用的通電方式主要有三種: 1)三相單三拍:A-B-C-A; 2)三相雙三拍:AB-BC-CA-AB; 3 )三相六拍:A-AB-B-BC-C-CA-A。 按以上順序通電，步進電機正傳，按相反方向通電，步進電機反轉。因此，產生時序脈沖的方法是: (1)利用單片機8751的P1端口，即用P1.0, P1.1, P1.2分別控制三相步進電機的A, B, C三相繞組; (2)根據控制模式寫出控制模型; (3)按控制模型的順序向步進電機輸入控制脈沖。3、步數的確定步進電機運行的步數可由步距角和需要轉過的角度來計算7: 式中：步距角; 轉子齒數; 拍數(一般三拍時=或六拍時=

12、2); 控制繞組相數，=3。4、步進電機的變速控制上面給的程序流程圖是步進電機的恒速運轉方式。一般來講，步進電機的一個弱點，就是運行中丟步，為了使步進電機在運行中不出現丟步現象，一般要小于或等于步進電機“響應頻率”人，在該頻率下，步進電機可以任意啟動、停止或反轉而不發生失步現象。這個頻率通常比較低。當步進電機走過的距離比較長時，需要低速啟動，高速運轉，然后降低速度，最后停止。這樣就解決了“快速而不失步”的矛盾。那么實現變速控制的基本思想是改變控制頻率。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。

13、因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。步進電機的特性有：1，步進電機必須加驅動才可以運轉， 驅動型號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止， 如果加入適當的脈沖信號， 就會以一定的角度（稱為步角）轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。2，騰龍版步進電機的步進角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成3，步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優越特性。 4，改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉動的方向。 四、結論總而言之，用單片機來控制步進電機，它的優點是體積小、重量輕、耗能省、價格也低，比起用PLC控制的可靠性高，通用靈活，方便簡潔，只需輸入程序來控制步進電機的狀態，自動化程度高，精度高，在生產制造中得到充分的應用，是比較實用的一種控制系統。參考文獻1 單片機基礎 北京航空航天大學出版社 李廣弟 朱月2 單片