摘要

本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)通過輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行控制，即電機(jī)的總轉(zhuǎn)動(dòng)角度由輸入脈沖總數(shù)決定，因此，單片機(jī)通過向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。

單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點(diǎn)，該系統(tǒng)采用80C51單片機(jī)作為主控芯片，來完成對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及LED顯示的控制。

本設(shè)計(jì)主要由單片機(jī)80C51，3相步進(jìn)電機(jī)，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計(jì)而成，分為按鍵選擇工作狀態(tài)模塊、步進(jìn)電機(jī)工作模塊、LED二極管顯示工作狀態(tài)模塊以及4位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊。可以通過開關(guān)來控制系統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用開關(guān)來控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起，同樣由開關(guān)來選擇工作模式。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用4位7段數(shù)碼管來輸出步數(shù)。最后根據(jù)思路所設(shè)計(jì)出來的硬件圖設(shè)計(jì)相適應(yīng)的軟件。

電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)思路清晰，同時(shí)利用Proteus進(jìn)行聯(lián)調(diào)仿真，結(jié)果比較直觀。仿真結(jié)果收到了預(yù)期的效果。

1設(shè)計(jì)任務(wù)

（一）設(shè)計(jì)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖分配器，接收脈沖輸入，要求三相單三拍、三相六拍運(yùn)行方式控制（電平），正反轉(zhuǎn)控制（電平）。

系統(tǒng)具有如下功能：用K0-K2做為通電方式選擇鍵，K0為三相單三拍，K1為三相雙三拍，K2為三相六拍；K3為啟動(dòng)/停止控制、K4方向控制；用4位LED數(shù)碼管顯示工作步數(shù)。用3個(gè)發(fā)光二極管顯示狀態(tài)：正轉(zhuǎn)時(shí)紅燈亮，反轉(zhuǎn)時(shí)黃燈亮，不轉(zhuǎn)時(shí)綠燈亮；

（二）任務(wù)分析

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種用電脈沖信號(hào)進(jìn)行控制,并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的執(zhí)行器，每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度,這個(gè)角度稱為步距角。由于受脈沖的控制,其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比。

三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1.8所示。電機(jī)定子有六個(gè)磁極，相對(duì)的磁極為同一繞組勵(lì)磁，整個(gè)電機(jī)有三個(gè)繞組，按Y形接法接線。轉(zhuǎn)自為軟磁材料，無繞組。若繞組通電順序?yàn)棰?Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-…，則電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若繞組通電順序?yàn)棰?Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-…，則電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。此種控制方式稱為三相單三拍方式。 若通電順序?yàn)棰?ⅠⅡ-Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ-ⅢⅠ-…（逆時(shí)針），稱為三相六拍方式。

步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)出運(yùn)行方式、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度（步數(shù)），前兩項(xiàng)一般由電平表示，后一項(xiàng)用脈沖個(gè)數(shù)表示。脈沖分配器根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)來的命令（電平信號(hào)和脈沖）使步進(jìn)電機(jī)按照要求的工作方式、旋轉(zhuǎn)方向及步數(shù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)磁極的旋轉(zhuǎn)有速率限制，如果過快，電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步現(xiàn)象（轉(zhuǎn)自跟不上磁極的旋轉(zhuǎn)），特別是在電動(dòng)機(jī)的起停階段，要求有脈沖速率限制措施。

（三）系統(tǒng)硬件原理圖

（四）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

為防止輸入脈沖頻率過快導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)失步，可將輸入脈沖在單片機(jī)緩存，之后在進(jìn)行脈沖分配，分配時(shí)注意脈沖速率。脈沖輸入模塊在每個(gè)輸入脈沖到來時(shí)，將緩存單元進(jìn)行加1計(jì)數(shù)；脈沖分配模塊時(shí)刻掃描緩存單元，當(dāng)緩存單元不為零時(shí)，使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步，之后緩存單元減1，減到0時(shí)停止分配脈沖。為使三相電平同時(shí)變化，程序中應(yīng)予以考慮。非同步分配脈沖可能導(dǎo)致電機(jī)錯(cuò)轉(zhuǎn)。

為使電動(dòng)機(jī)以最快速度運(yùn)行，脈沖分配速率應(yīng)按照梯形曲線分配，如圖1.10所示。圖示的含義是：開始時(shí)（零轉(zhuǎn)速）脈沖分配要慢，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來后，脈沖速率逐漸加快，并達(dá)到最高速率；當(dāng)要停止時(shí)，也不可馬上停止，必須先降低脈沖速率，最后降到零，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。

圖1.10 脈沖速率分配

2方案

2.1 設(shè)計(jì)思路與方案

本次設(shè)計(jì)是一個(gè)對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，而單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有成本低、使用靈活的特點(diǎn)，此系統(tǒng)選用51單片機(jī)即可。

根據(jù)要求整個(gè)設(shè)計(jì)大體可分為四塊：

一是5個(gè)按鍵K0~K4將用戶所需來選擇步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)。我們將開關(guān)連入單片機(jī)的P1口，通過按鍵開關(guān)的高低電平狀態(tài)來讀入我們所需的控制信號(hào)。硬件上直接把開關(guān)分別接在單片機(jī)的接口上，通過查詢端口信號(hào)來動(dòng)作，將控制信號(hào)處理。在設(shè)計(jì)開關(guān)部分時(shí)，還考慮到機(jī)械抖動(dòng)的影響，采取硬件方式—并聯(lián)電容來去抖。

二是3個(gè)LED發(fā)光二極管的顯示步進(jìn)電機(jī)工作狀態(tài)模塊。在設(shè)計(jì)要求中步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)是紅燈亮，反轉(zhuǎn)是黃燈亮，停止不轉(zhuǎn)是綠燈亮。設(shè)計(jì)中將3個(gè)發(fā)光二極管分別接到單片機(jī)P3口，受到單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。

三是步進(jìn)電機(jī)的工作模塊。要想步進(jìn)電機(jī)按照我們想要的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，將步進(jìn)電機(jī)一端接到+12V的電源，一端接到單片機(jī)P3口，受單片機(jī)的輸出信號(hào)控制。

四是4位數(shù)碼管顯示步數(shù)的模塊。設(shè)計(jì)中主要是利用軟件編程的算法來實(shí)現(xiàn)步數(shù)的累計(jì)和顯示，同樣，4位數(shù)碼管接到單片機(jī)的P0口和P2口受單片機(jī)輸出信號(hào)的控制，在硬件上使用的是動(dòng)態(tài)顯示的接法。

由此可知所需要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，可以通過不同按鍵來選擇步進(jìn)電機(jī)的工作方式，且有LED發(fā)光二極管來顯示電機(jī)對(duì)應(yīng)的工作狀態(tài)，除此之外還能在數(shù)碼管上顯示出步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)。

2.2總體設(shè)計(jì)框圖

此系統(tǒng)主要由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步數(shù)顯示模塊、工作狀態(tài)控制與顯示模塊組成。整體框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)整體框圖

3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的原理說明
3.1 步進(jìn)電機(jī)控制工作原理
3.1.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)的不同驅(qū)動(dòng)方式，都是在工作時(shí)，脈沖信號(hào)按一定順序輪流加到三相繞組上，從而實(shí)現(xiàn)不同的工作狀態(tài)。由于通電順序不同，其運(yùn)行方式有三相單三相拍、三相雙三拍和三相單、雙六拍三種（注意：上面“三相單三拍”中的“三相”指定子有三相繞組；“拍”是指定子繞組改變一次通電方式；“三拍”表示通電三次完成一個(gè)循環(huán)。“三相雙三拍”中的“雙”是指同時(shí)有兩相繞組通電）。

1.2.1三相單三拍運(yùn)行方式：下頁圖所示為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理圖，若通過脈沖分配器輸出的第一個(gè)脈沖使A相繞組通電，B,C相繞組不通電，在A相繞組通電后產(chǎn)生的磁場將使轉(zhuǎn)子 上產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子的1、3齒將與定子磁極對(duì)齊，如果圖（a）所示。第二個(gè)脈沖到來，使B相繞組通電，而A、C相繞組不通電；B相繞組產(chǎn)生的磁場將 使轉(zhuǎn)子的2、4齒與B相磁極對(duì)齊，如圖（b）所示，與圖（a）相比，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)了一個(gè)角度。第三個(gè)脈沖到來后，是C相繞組通電，而 A、B相不通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子的1、3齒會(huì)與C組對(duì)齊，轉(zhuǎn)子的位置如圖（c)所示，與圖（b)比較，又逆時(shí)針轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度。

圖1.1  反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理圖

當(dāng)脈沖不斷到來時(shí)，通過分配器使定子的繞組按著A相--B相--C相--A相……的規(guī)律不斷地接通與斷開，這時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就連續(xù)不停地一步步的逆時(shí) 針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果改變步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要將定子各繞組通電的順序改為A相--C相--B相--A相，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向即改為順時(shí)針方向。

單三拍分配方式時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由A相通電轉(zhuǎn)換到B相通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，稱為一步。這時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是30度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。

1.2.2

三相雙三拍運(yùn)行方式三相雙三拍運(yùn)行方式：每次都有兩個(gè)繞組通電，通電方式是AB--BC--CA--AB……，如果通電順序改為AB--CA--BC--AB……則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。雙三拍分配方式時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角也是30度

1.2.3三相單，雙六拍運(yùn)行方式：三相六拍分配方式就是每個(gè)周期內(nèi)有六個(gè)通電狀態(tài)。這六中通電狀態(tài)的順序可以使A--AB--B--BC--C--CA--A……或者A-- CA--C--BC--B--AB--A……六拍通電方式中，有一個(gè)時(shí)刻兩個(gè)繞組同時(shí)通電，這時(shí)轉(zhuǎn)子齒的位置將位于通電的兩相的中間位置。在三相六拍分配 方式下，轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的角度只是三相三拍方式下的一半，步距角是15度。

單三拍運(yùn)行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉(zhuǎn)換過程中，一相繞組斷電，另一相繞組通電，容易發(fā)生失步；另外單靠一相繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近震蕩，故用的較少。

雙三拍運(yùn)行的特點(diǎn)是每次都有兩相繞組通電，且在轉(zhuǎn)換過程中始終有一相繞組保持通電狀態(tài)，因此工作穩(wěn)定，且步距角與單三拍相同。

六拍運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換時(shí)始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復(fù)雜，實(shí)際應(yīng)用較多。

3.1.2 步進(jìn)電機(jī)的啟停控制

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 ,即振動(dòng)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 ,提高電機(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)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

3.1.3 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)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 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通電換相 ,即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。

3.2步數(shù)顯示模塊原理

步數(shù)顯示模塊和工作狀態(tài)顯示模塊，都是通過單片機(jī)輸出信號(hào)控制發(fā)光二極管LED的亮滅。其中步數(shù)顯示模塊中LED構(gòu)成數(shù)碼管，要求顯示4位十進(jìn)制數(shù)，故用到4位數(shù)碼管。要控制多位的顯示電路，需要有字段控制和字位控制。控制方式分為靜態(tài)顯示方式和動(dòng)態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示方式，每一位的顯示器都需要配一個(gè)8位輸出口來輸出該字位的七段碼，需要片外擴(kuò)展輸出口。而動(dòng)態(tài)顯示方式將各數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)字段的引腳都并聯(lián)在一起，線路簡單，減少接口，不需片外擴(kuò)展。這里選用動(dòng)態(tài)顯示方式。

4硬件設(shè)計(jì)
4.1系統(tǒng)總原理圖

圖3 系統(tǒng)總原理圖

根據(jù)設(shè)計(jì)要求用PROTEUS所做的硬件連線圖如圖3。

4.2各部分硬件原理圖設(shè)計(jì)
4.2.1 單片機(jī)控制模塊

單片機(jī)選用最經(jīng)典的80C51，其4個(gè)I/O口都要用到， P3接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及工作狀態(tài)顯示模塊，P0和P2分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，P1接工作狀態(tài)控制電路,，時(shí)鐘用內(nèi)部方式需外接晶體振蕩器。硬件圖如圖4所示。

圖4 單片機(jī)模塊原理圖

此設(shè)計(jì)中接的是12MHZ的晶振，故一個(gè)機(jī)器周期為1/12us。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與晶振一起的兩個(gè)電容設(shè)為15PF。單片機(jī)的VCC和GROUD都隱藏了，已自動(dòng)接好，VCC應(yīng)設(shè)為+5V。

4.2.2按鍵選擇工作狀態(tài)模塊

首先我們來考慮所有機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的共性問題就是按鍵抖動(dòng)問題，由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性振動(dòng)，按鍵在按下時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí)也不能一下子完全地?cái)嚅_，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會(huì)出現(xiàn)一連串的抖動(dòng)，這稱為按鍵的抖動(dòng)干擾。

這種抖動(dòng)可能會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被CPU誤讀幾次。為了使CPU能正確地讀取按鍵狀態(tài)，本次設(shè)計(jì)中我們采用并聯(lián)電容消抖法，利用電容的放電延時(shí)來實(shí)現(xiàn)。

如圖5所示，這是唯一的一塊輸入模塊的設(shè)計(jì)。5個(gè)按鍵開關(guān)一端通過電阻接高電平，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對(duì)應(yīng)也接到單片機(jī)的P1口分別為P1.0~P1.4。當(dāng)開關(guān)斷開，就是輸入到單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口高電平，而開關(guān)閉合，是使端口接地，輸入低電平。所以這個(gè)設(shè)計(jì)中開關(guān)斷開時(shí)才是有效的。各按鍵功能：

（1）K0-K2為工作模式控制開關(guān)，KO接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)單三拍工作模式；K1接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作模式；K2接電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。

（2）K3為啟/停控制開關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。

（3）K4為正/反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

圖5 按鍵模塊原理圖

4.2.3步進(jìn)電機(jī)工作模塊

將三相步進(jìn)電機(jī)三個(gè)端口直接接到單片機(jī)P3.0~P3.2即可，另三個(gè)端口接到+12V的高電平給步進(jìn)電機(jī)供電。只需在軟件編寫上控制算法便可以調(diào)節(jié)這三個(gè)端口的高低電平來控制步進(jìn)電機(jī)的開啟與停止，正反轉(zhuǎn)以及工作模式。步進(jìn)電機(jī)硬件接線圖如圖6所示。

圖6 步進(jìn)電機(jī)模塊原理圖

4.2.4工作狀態(tài)顯示模塊

LED發(fā)光二極管顯示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機(jī)的P3.3~P3.5。如圖7，讓單片機(jī)輸出通過一個(gè)反相器再接到LED陰極，LED陽極接VCC。這樣可以提高電流，有利于二極管的導(dǎo)通，我們可以通過控制P3口的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)LED的亮滅。

圖7 工作狀態(tài)顯示模塊原理圖

4.2.5 4位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊

LED數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。

P0口和P2口的前四個(gè)分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，如圖8所示，這里主要是由軟件算法來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的控制。

圖8 數(shù)碼管顯示模塊原理圖

5軟件設(shè)計(jì)5.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

圖9 系統(tǒng)總流程圖

設(shè)計(jì)說明：首先是數(shù)碼管顯示清零，單片機(jī)再讀入P1口輸入的按鍵狀態(tài)，先判斷是否啟動(dòng)，如果沒有啟動(dòng)則是綠燈亮并再判斷，如果啟動(dòng)了，就接著判斷所需的電機(jī)工作模式，再讀入P1口狀態(tài)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出控制信號(hào)為正轉(zhuǎn)紅燈亮，反轉(zhuǎn)黃燈亮，由此可以讓步進(jìn)電機(jī)按照指定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且累計(jì)步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗(yàn)P1口是否狀態(tài)改變，如果改變則步數(shù)清零重新開始判斷，不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

5.2步進(jìn)電機(jī)工作模塊
5.2.1步進(jìn)電機(jī)的工作方式說明

（1）三相單三拍工作方式

在這種工作方式下,A、B、C三相輪流通電,電流切換三次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時(shí)步距角(度)為： 
                                                        

式中:m──定子相數(shù); z ──轉(zhuǎn)子齒數(shù)

表1 單三拍的相位控制

（2）三相雙三拍工作方式

這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通,兩相繞組處在相同電壓之下,以AB─BC─CA─AB (或反之)方式通電,故稱為雙三拍工作方式。以這種方式通電,轉(zhuǎn)子齒所處的位置相當(dāng)于六拍控制方式中去掉單三拍后的三個(gè)位置。它的步距角計(jì)算公式與單三拍時(shí)的公式相同。

表2 雙三拍的相位控制

（3）三相六拍工作方式

在這種工作方式下,繞組以A—AB—B—BC—C—CA—A時(shí)序(或反時(shí)序)轉(zhuǎn)換6次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進(jìn)一個(gè)齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)1. 5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角為：
                                               

表3 六拍的數(shù)學(xué)模型

5.2.2設(shè)計(jì)說明及流程圖

設(shè)計(jì)說明：在此設(shè)計(jì)中，采用的是三相步進(jìn)電機(jī)，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)模塊的程序設(shè)計(jì)采用循環(huán)程序設(shè)計(jì)方法。先把正反轉(zhuǎn)向的控制模型存放在內(nèi)存單元中，然后再逐一從單元中取出控制模塊并輸出。首先啟動(dòng)，通過P1口讀入所需的工作方式，即選擇步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)，然后讀入正反轉(zhuǎn)的控制，再來輸出對(duì)應(yīng)的控制模型來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

   三相步進(jìn)電機(jī)工作的流程圖：

圖10 三相步進(jìn)電機(jī)工作流程圖

5.3數(shù)碼管步數(shù)顯示模塊

設(shè)計(jì)說明：步數(shù)顯示模塊是整個(gè)程序里的一個(gè)子程序。其是用4位八段數(shù)碼管來顯示工作步數(shù)。先將要顯示的數(shù)化為10進(jìn)制數(shù)，每位分別儲(chǔ)存，從P0口輸出顯示碼，P2口輸入位選碼，需要一定的延時(shí)，讓此位數(shù)字顯示閃爍出來。然后修改數(shù)組地址，求下一位位選碼繼續(xù)顯示，直至輸出四位數(shù)。這個(gè)掃描過程重復(fù)50次，保證人眼能觀察到步數(shù)顯示。

流程圖如圖11：

圖11 數(shù)碼管顯示模塊流程圖

6仿真調(diào)試記錄

如圖12所示，當(dāng)選擇電機(jī)工作在單三拍，反轉(zhuǎn)的模式下，K0斷開，K1、K2、K4、閉合，系統(tǒng)啟動(dòng)，K3斷開，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。LED四位顯示屏顯示工作步數(shù)，LED指示燈黃燈亮顯示電機(jī)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。

圖12 仿真圖

如圖13所示，此種工作方式下步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度：

圖13 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度

7心得體會(huì)

本次課設(shè)為期一周，所以時(shí)間比較緊張，給課設(shè)的順利完成增加了難度。單片機(jī)原理是一門應(yīng)用性很強(qiáng)綜合性很強(qiáng)的學(xué)科，在這次課設(shè)中，我充分感受到了這一點(diǎn)，在老師給的課題之中，是來自于各個(gè)方面各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，不得不說，計(jì)算機(jī)控制很強(qiáng)大，確實(shí)改變了我們的生活。

課設(shè)里最困難的部分就是編寫程序和仿真調(diào)試，也許硬件連接沒問題，程序運(yùn)行沒問題，但是，當(dāng)把程序?qū)耄l(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)就是不轉(zhuǎn)，燈就是不亮，數(shù)碼管就是亂跳，這是很考驗(yàn)?zāi)托牡臅r(shí)候，一遍一遍地去調(diào)試程序，修改連接部分，有時(shí)真的看著很崩潰，但是當(dāng)你不放棄地調(diào)試，才有仿真成功的可能,在這種反復(fù)中，對(duì)我們自身的能力是提高很多的。另一個(gè)收獲就是關(guān)于軟件的使用了。PROTEUS,KEIL51,以前好像也用過，但是平時(shí)較少接觸，這次的課設(shè)讓我比較熟練的掌握了這兩個(gè)學(xué)習(xí)軟件強(qiáng)大的功能，而且發(fā)現(xiàn)從PROTEUS里導(dǎo)出來的電路圖特別漂亮和清晰。

單片機(jī)原理一直是自己比較喜歡的一門學(xué)科，拿到課程設(shè)計(jì)的題目也想著可以好好檢驗(yàn)自己的學(xué)習(xí)成果，一直認(rèn)為，期末考試是所謂的應(yīng)試教育，而課程設(shè)計(jì)似乎更加地考驗(yàn)所學(xué)的知識(shí)，所謂實(shí)踐與理論相結(jié)合就是這個(gè)道理吧。課程設(shè)計(jì)總能讓我有一種我站在山面前的感覺，看上去比較陌生高大，但是攀登的技巧早已在平時(shí)的學(xué)習(xí)中習(xí)得，不斷地去攀登，不斷地在回味課堂上老師講的東西，書本上的東西，這是一種奇妙的體驗(yàn)。

我明白遇到的電路或者課題并不一定在你的知識(shí)范圍之內(nèi)，而面對(duì)新的東西，我們要冷靜地去尋求解決之道，去搜尋網(wǎng)絡(luò)資源，圖書館資源以及和同學(xué)們的討論之中，再結(jié)合自己所學(xué)過的知識(shí)來吃透理解那些未知的東西，擴(kuò)寬知識(shí)面，這樣就會(huì)覺得學(xué)到了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過課堂的東西，但是卻源于課堂，想必這就是課設(shè)的意義吧，很有收獲。

單片機(jī)源碼：

#include

#include

void delay1(void);

void delay2(void);

void display(int);

int bs=0;

main() 

  { char  a,b,c,d,j,*q,

          done1[8]={0x01,0x02,0x04,0x00,0x01,0x04,0x02,0x00},

          done2[8]={0x03,0x06,0x05,0x00,0x03,0x05,0x06,0x00},        done3[14]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00};

              L:  a=P1;   

                   while(!(a&0x08))    //判斷是否啟動(dòng)，若沒啟動(dòng)則重新判斷

                            {  P3=0x08;

                          delay1();

                  a=P1; }

     //...............................................判斷工作模式

              if(a&0x01)                     //方式1模型

              q=done1;

              else if(a&0x02)                 //方式2模型

              q=done2;

              else if(a&0x04)                 //方式3模型

              q=done3;

     //...............................................判斷電機(jī)轉(zhuǎn)向

              if(a&0x10)                 //判斷電機(jī)是否要正轉(zhuǎn)

              { P3=0x10;                //P1.4口為1，電機(jī)正轉(zhuǎn)，紅燈亮

                 b=0;}

              else

              { P3=0x20;               //P1.4口為0，電機(jī)反轉(zhuǎn)，黃燈亮