现单片机对步进电机升降速的并行控制。本系统用单片机来实现步进电机升降速过程的控制，首先对升速过程进行离散处理，在程序运行前将升速过程的离散值固化在程序存储器中，降速过程则采用运行时实时计算定时器的装载值。程序运行时采用查表的方法将离散值装入定时器来控制步进电机的换相周期，使得步进电机按照指数规律进行走步。以单片机为核心并选用必要的外围设备构成单片机对步进电机的控制系统。如果要求运行频率速度小于系统的极限起动频率，则系统可以按要求的频率速度进电机是种将电脉冲信号变换成相应的机械角位移的机电执行元件。它具有工作状态不易受影响控制性能好，在起动停止反转时不易丢步没有积累误差等特点，因此被广泛应用于开环控制的机电体化系统，使系统简化，并可靠地获得较好的位置精度，如各类数控机床光学测量仪器打印机磁盘驱动器等。随着单片机控制技术的不断发展，基于单片机的步进电机控制系统广泛应用于各机械智能仪器和装备中，步进电机也成为主要的电气执行元件之。在数控点位控制系统中，从起点至终点的运行速度都有定要求。在数控点位控制系统中，从起点至终点的运行速度都有定要求。随着单片机控制技术的不断发展，基于单片机的步进电机控制系统广泛应用于各机械智能仪控制的机电体化系统，使系统简化，并可靠地获得较好的位置精度，如各类数控机床光学测量仪器打印机磁盘驱动器等。部分内容简介转子齿数转子的位置角步距角时间常数角速度第章绪论步进电机是种将电脉冲信号变换成相应的机械角位移的机电执行元件。它具有工作状态不易受影响控制性能好，在起动停止反转时不易丢步没有积累误差等特点，因此被广泛应用于开环控制的机电体化系统，使系统简化，并可靠地获得较好的位置精度，如各类数控机床光学测量仪器打印机磁盘驱动器等。随着单片机控制技术的不断发展，基于单片机的步进电机控制系统广泛应用于各机械智能仪器和装备中，步进电机也成为主要的电气执行元件之。在数控点位控制系统中，从起点至终点的运行速度都有定要求。如果要求运行频率速度小于系统的极限起动频率，则系统可以按要求的频率速度直接起动，运行至终点后可立即停发脉冲串而令其停止。系统在这样的运行方式下其速度可认为是恒定的。但在般情况下，系统的极限起动频率是比较低的，而要求的运行速度往往较高。从步进电机的矩频特性可知，步进电机的转矩随着脉冲频率的上升而下降，启动频率越高，启动转矩越小，带动负载的能力越差，当启动频率较高并已超过极限起动频率会发生丢步或根本不能起动的情况，停止时又会发生过冲。所以，步进电机的升降速是精确控制步数和速度的关键问题，如果升降过程脉冲频率变化不合理，会造成升降时间延长，电机失步，力矩达不到要求等严重后果。以前般的升降速规律设计，常选用直线规律升降速，这种控制方法简单，但是由于它的脉冲变化有个恒定的加速度，所以它不能保证在升降速的过程中步进电机转子的角加速度的变化和它的输出力矩变化相适应，不能很好的发挥电机的加速性能。因此有必要对脉冲频率进行合理性的研究和论证，寻求种较理想的指数升降速曲线，使步进电机在运行的过程中能够快速定位，并且运行步数准确。理想的升降速曲线是指数规律曲线，本文就是由步进电机的动力学方程和矩频特性曲线推导出的指数规律的升降速控制算法，这样能够使得频率增高时，保证输出最大的力矩，能充分发挥步进电机的工作性能，使系统具有良好的动态特性。在完成升降速曲线的参数计算得出升降速控制算法后，将要完成以下工作以具体实现单片机对步进电机升降速的并行控制。本系统用单片机来实现步进电机升降速过程的控制，首先对升速过程进行离散处理，在程序运行前将升速过程的离散值固化在程序存储器中，降速过程则采用运行时实时计算定时器的装载值。程序运行时采用查表的方法将离散值装入定时器来控制步进电机的换相周期，使得步进电机按照指数规律进行走步。以单片机为核心并选用必要的外围设备构成单片机对步进电机的控制系统。在硬件设计中进行单片机和存储器的配置键盘与显示电路的设计定时和报警电路的设计步进电机驱动电路的设计和存储器地址映像工作，生成步进电机控制系统的硬件原理图。由于语言是种结构化语言，可产生紧凑代码。本系统软件用语言编写，将大大的加快软件的开发速度，明显的增加软件的可读性，便于改进和扩充，可以很容易地进行单片机的程序移植工作，有利于产品中的单片机的重新选型。根据系统实现的功能划分程序模块，按照各个模块绘制程序流程图，进行模块化程序设计，并对其中些关键技术进行具体的论述。为了检测步进电机运行的转速和步数，进行步进电机转速和步数的检测系统的设计。论述检测系统的工作原理，并进行检测系统的硬件和软件设计。第二章系统工作原理和总体方案拟定控制方案论证与比较步进电机控制系统的构成步进电机的工作过程般由控制器控制，控制器按照设计者的要求完成定的控制过程，是功率放大电路按照要求的规律驱动步进电机运行。旧式的步进电机控制系统由脉冲发生器步进控制器功率放大器和步进电机组成，如图所示。步进控制器包括缓冲寄存器环形分配器控制逻辑，其作用主要是将输入脉冲变为环形脉冲，以便实现对电机的转动和正反转的控制。功率放大器的作用是将步进控制器输出的环形脉冲加以放大，以驱动步进电机转动。这种控制方案由于是用各种逻辑电路来实现控制过程，线路复杂控制方案改变困难成本高。图步进电机控制系统的组成随着单片微型计算机迅速发展和普及，为设计功能很强而价格低廉的步进电机控制器提供了条件。采用计算机控制系统，只要控制输入电脉冲的数量频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角转速及转向。这不仅简化了线路，降低了成本，而且操作方便，提高了可靠性。图为单片机控制步进电机的系统结构图。图单片机控制步进电机的系统结构图步进电机的串行和并行控制使用单片机对步进电机进行控制有串行和并行两种方式。串行控制具有串行控制功能的单片机系统与步进电机驱动电源之间，具有较少的连线将信号送入步进电动机驱动电源的环形分配器，所以在这种系统中，驱动电源中必须含有环形分配器。这种控制方式的示意图如图所示。图串行控制示意图并行控制用微型计算机系统的数个端口直接去控制步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。在电动机驱动电源内，不包括环形分配器，而其并行控制功能必须由微型计算机系统完成。这种控制方案示意图见图所示。图并行控制示意图本系统考虑到使用扩展并行接口，主要用软件实现环分功能，控制电机为三相，故选用并行控制方案。步进电机工作原理和动态特性分析反应式步进电机原理图为步进电机外形图。电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开，相邻两转子齿轴线间的距离为齿距编译器开始进行编译工作，编译预处理有三大功能宏定义，文件包含及条件编译。宏定义宏定义的格式为，宏名字符串。程序中常数的宏定义由于最高连续运行频率及带动负载的最高启动频率在执行程序的过程中保持不变，所以定义成如下形式最高连续运行频率带动负载时的最高启动频率扩展口的宏定义除了芯片上的个口之外，还可以片外扩展硬件口，比如本设计中的芯片。单片机没有专用的指令，其口地址与数据存储器地址是统编址的，即把个口当作数据存储器中的个单元来看待。对于片外扩展的口，根据其硬件译码地址，将其视为片外数据存储器的个单元，可以使用绝对地址宏指令进行定义。二内部函数的文件包含在程序进行计算降速过程的步数时，用到了数学类函数库中的指数函数，其包含文件为函数的定义为，函数的作用是计算自变量的指数。数组查表功能数组的个非常有用的用途之就是查表。由于本系统中对升降速过程进行了离散的处理，将各个离散的步数及定时器的装载值以表格的形式存起来，使用表格查找执行起来速度快，所用的代码少。数组的使用非常适合于这种查表方法。另外，在本系统中显示代码表就以数组的形式事先装入中，以供查询使用。用语言定义如下要显示的字型代码，降速过程中各档的步数和定时器的装载值在程序中计算完成后保存在数组中，以便使用时查询，由于这些数组比较大，需要的空间也大，所以把它们定义在外部存储空间。在显示时设置数组用来存放要显示的各位数字，起到了显示缓存的作用。这些表格性质的数据以数组的形式存放，用指针来访问，充分的利用了语言的数组和指针的优点，使程序简洁高效。中断服务函数的定义在语言中，中断子程序可以看成是般的函数，当有中断发生时，程序会执行完目前的指令后，自动跳到中断服务函数去执行，但在使用中断程序之前，也必须将此中断服务函数加以声明，并且要设置中断号码，其中断服务函数的声明如下函数名称中断号码工作寄存器组其中，用以声明函数名称是个中断服务函数，而中断号码必须根据中断源的向量地址而定，也就是当中断时会自动跳入到那个中断源所产生的中断服务函数去执行，的个中断源和其中的向量地址及所代表的中断号码如表所示。表中断源中断向量和中断号码关系表中断源中断向量中断号码另外，用以决定当中断发生而执行中断服务函数内的工作寄存器组的选择，内部有四个寄存器组，每个寄存器组有个内存地址，分别是，总共有个地址，其关系见表。因此，本系统中断服务函数定义如下定时器，使用工作寄存器。外部中断，使用工作寄存器。具体的实现见附录源程序部分。表工作寄存器组与内存地址关系表寄存器组寄存器名称内存地址有关定时器精确定时的实现定时器时间间隔的讨论步进电机的升降速由定时器的时间间隔来实现，为准确的控制步进电机的升降速必须严格的计算定时器的时间常数。如果采用时钟，定时器的最大中断周期为，相当于步进电机的脉冲频率，即采用个定时器来定时分档的最低速度不能低于此值。如果此值不能满足低速的要求，则可用内存单元做中断次数计数，来增加定时间隔。定时器的最小时间常数受步进电机运行频率的限