排列和说明单片机硬件结构的核心结构.步进电机的选择.步进电机的驱动电路设计.数码管显示电路的设计.键盘电路的设计第章控制系统的软件设计.控制脉冲的产生.步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系.步数的确定.步进电机的变速控制.语音报数第章结论参考文献致谢附录摘要单片微型计算机简称单片机。它是把组成微型计算机的各功能部件中央处理器随机存取存储器只读存储器接口电路定时器计数器以及串行通信接口等制作在块集成芯片中，构成个完整的微型计算机。单片机主要应用于控制领域，由于其具有可靠性高体积小价格低易于产品化等特点，因而在智能仪器仪表实时工业控制智能终端通信设备导航系统家用电器等自控领域获得广泛应用。步进电机是种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件,实质上是种数字角度转换器步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成.步进控制器由缓冲寄存器,环形分配器,控制逻辑及正,反转控制门等组成,能把输入的脉冲转换成环形脉冲,以便控制步进电机,并能进行正反向控制.但由于步进控制器线路复杂.成本高.采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加,灵活改变步进电机的控制方案,无需逻辑电路组成时序发生器.软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式并可实现台单片机控制多台电机.提供灵活多样的控制手段和提高控制精度对复杂繁琐的控制易于实现,尤其在本系统中更显示出微机控制的优越性。本设计采用凌阳位单片机对步进电机进行控制，通过口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片驱动步进电机同时，用的键盘来对电机的状态进行控制，并用数码管显示电机的转速，采用作为位单个数码管的显示驱动，从单片机输入信号利用凌阳单片机的语音功能播报电机的转速。关键词单片机第章绪论近十几年来，单片机在生产过程控制自动检测数据采集与处理科技计算商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小重量轻耗能省价格低可靠性高和通用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定句汽车火花控制交通白动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。单片机不求规模大，只求小而全。厂家在个芯片上制成了和定容量的程序存储器和数据存储器以及定数量的输入输出接口。在个大规模集成电路芯片上构造了完整的计算机结构，故称之为单片机系列中的片芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从存储器到输入输出端口，应俱全。只要写入程序，就可完成中央控制或数据采集处理及通信传输的信息处理机，单片机指令系统中为适应控制的需要设有极强的位处理功能，具有加减乘除指令时钟高达，完成单字节乘法或除法运算仅需要具有多机通信功能，可作为多机系统中的个子系统。近年来，在国际上出现了和复合成这个新词，我国译为“机电体化”。这种机械和电子技术信息技术紧密结合的新的学科领域是先进制造技术研究和普及的结果。机电体化产品要实现电器控制的实时性高可靠性可编程和定的人工智能。同时追求体积小价格低，甚至低功耗等。正是针对上述种种要求而设计的单片机白然成为机电体化控制器的最佳选择。单片机出现的历史并不长，它的产生与发展与微处理器的产生与发展大体上同步，也经历了四个阶段第阶段年，位微处理器工及位微处理器工，这些计算机价格便宜功能有限，只用于消耗类电子产品。第二阶段年，初级单片机阶段，以工公司的为代表，位单片机。第三阶段年，高性能单片机阶段。以工公司的,公司的和公司的等为代表。这阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统位定时器计数器，有的片内还带有转换器接口，片内,容量加大，寻址范围可达字节。广泛应用于工业控制外部设备控制宏观控制局部网络及家用计算机中。第四阶段年至今，位单片机巩固发展及位单片机推出阶段。例如公司的公司的等。集成度为万只品体管片，寻址范围字节个位并行口个全双工串行口个位定时器通道位转换器等，另外指令能处理位字节字，有位乘位乘法位除位除法指令，块单片计算机的功能可以和台多片系统机相媲美。单片机己经进入个崭新的阶段。步进电动机上个世纪就出现了，它的组成动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么本质区别，也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。年代以后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且旦定型之后，要改变控制方案就定要重新设计电路，不利于系统的改进升级。基于微型计算机的控制系统则通过软件来控制步进电机，能够更好地发挥步进电机的潜力，因此，用微型计算机控制步进电机已经成为了种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。步进电机控制技术和普通电动机控制技术的不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。早期的步进电机靠种叫环形分配器的电子开关器件，通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按定的规律排列，轮流与直流电源接通后，就会在间隙中形成种阶跃变化的旋转磁场，使转子步进式的转动，随着接通切换频率的增高，转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数分配数转子齿轮数有关，现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机永磁式步进电机混合式步进电机和单相式步进电机等。步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在使用数控机床的生产制造中，因为步进电机不需要转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展，步进电动机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其是传递转矩，其二是传递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也应用在其他方面，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中等等。微电子技术的飞速发展，带动了机械加工技术的飞速发展。而在其发展过程中，最显著的特点是机械制造将越来越密切地依赖于电子技术检测技术自动控制技术计算机技术系统论信息论等现代科学技术。随着现代电子科学的不断发展与进步，电子计算机已深深介入机械制造的各个领域，诞生了系列机电计算机体化的新产品。同时微电子技术的不断发展，数控系统也在不断地更新换代，先后经历了电子管年晶体管年小规模集成电路年大规模集成电路及小型计算机年和微处理机或微型计算机年等五代数控系统。前三代数控系统是属于采用专用控制计算机的硬接线硬线数控系统，般称为普通数控系统，简称。年代初，随着计算机技术的发展，使小型计算机的价格急剧下降，采用小型计算机代替专用控制计算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型计算机的存储器中，构成所谓控制软件，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统又称为软接线软线数控，即计算机数控系统，简称。年制成以微处理机为核心的数控系统，称为第五代微型机数控系统，简称。随着机电产品对负载精度要求的提高，原有的控制系统的步进电机已很难满足不断发展的机电产品的要求。控制系统的步进电机存在成本高，工作方式单和人机交互不便等缺点。为解决此问题，我们研制了种能代替控制系统的新的控制系统基于单片机的步进电机控制系统。本文论述了基于单片机的步进电机控制系统的设计方法和研制过程，包括硬件设计软件设计可靠性设计等方面。硬件电路用凌阳位单片机先进的接口技术和大规模集成电路设计而成。软件程序用汇编语言写成。利用软硬件结合，实现对步进电机工作状态的自动控制和精确控制。利用单片机输出的脉冲和方向信号，改变对步进电机绕组的通电方式和通电顺序，来准确控制步进电机的正转反转，步距精度等工作状态，方便良好的人机界面是用键盘数码管显示来实现的。单片机控制系统的步进电机，自动化程度高成本低体积小控制精确等优点，有很好的经济效益和广阔的发展前景。单片机控制系统的研制成功，是步进电机发展中的次较大的进步，它表明了目前正在使用的许多控制系统完全可以由单片机控制系统所代替。第章方案论证和比较.单片机概述电子计算机是世界纪年代发展起来的新技术之，它的出现是科学技术产生了场深刻的革命。特别是自年以来，随着大规模集成电路的发展，又出现了微型计算机。它对发展现代化的工业农业国防和科学技术具有极其巨大的推动作用。作为微型机控制系统的组成，主要分为两大部分，硬件和软件。硬件是指微型计算机本身及其外围设备软件是指管理计算机的程序以及过程控制应用程序。硬件硬件是由主机接口电路及外部设备组成的。各个系统采用硬件的数量也不相同，而且，各个系统可以根据需要任意扩展，也为计算机的广泛应用提供条件。主机。它是计算机空着系统的主要部分，通过接口它向外部发出各种命令，同时它还可以进行巡回检测数据的处理及计算报警处理逻辑判断等功能。接口及输入输出通道。它是主机和被控对象信息交换的桥梁。般根据功能及传送数据的方法可分为并行接口，如串行接口，如直接数据传送，如实时时钟，如。通用外部设备。包括显示器打印机存储器等，这些设备极大地扩充了主机的功能。检测设备及操作台。检测设备的主要作用是将被检测参数的非电量变成电量，而通过操作台人们可以向计算机输入程序，修改内存的数据，显示被测参数以及发出各种操作指令等。执行机构。比如说，步进电机和马达等，常见的执行机构有电动气动和液动等形式。软件软件是指能完成各功能的计算机程序的总合，如操作监控控制计算和自诊断等。因此，软件的分类也很多，就语言来分，可分为机器语言汇编语言和高级语就功能来分，可以分为系统软件应用软件及数据库。系统软件专门用来使用管理计算机本身的程序应用软件是面向用户本身的程序数据库及数据库管理系统主要用于大量的数据管理及资料检索系统。.步进电机的工作原理步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的电磁机械装置，是种输出与输入数字脉冲相对应的增量式数字元件。在数控机床绘图机打印机等方面应用广泛。它也可以看作是种特殊的同步电机它具有快速起停精确步进及直接接收数字量的特点，它的步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如温度气压冲击和振动等影响，仅与脉冲频率有关，这些特点使它完全适用于数字控制的系统中作为伺服元件，并使整个系统大为简化而又运行可靠。本课题选用了最常见的种小步距角的三相反应式步进电机其剖面图。如图所示，电机的定子上有个等分的磁极，相邻两个磁极间的夹角为度。磁极上装有控制绕组并联成三相。转子上均匀分布个齿，每个齿的齿距为度。定子每段极弧上也有个齿，定转子的齿宽和齿距都相同。每个定子磁极的极距为度，所以每个极距所占的齿距数不是整数。当极下的定转子齿对齐，极和极下的齿就分别和转子齿相错三分之的转子齿距，即为度。这时若给相通电，电机中产生沿极轴线力向的磁场，因磁通要按磁阻最小的路径闭合，就使转子受到反应转距磁阻转距的作用而转动，直到转子齿和极上的齿对齐为止。此时，极和极下的齿又分别与转子齿相错三分之的转子齿距。由此可见错齿是促使步进电机旋转的根本原因。图步进电机的剖面图若断开相控制绕组，而接通相控制绕组，这时电机中产生沿极轴线方向的磁场。同理，在反应转距磁阻转距的作用下，转子安顺时针方向转过度，使定于极下的齿与转子齿对齐。以此类推，当控制绕组按顺序循环通电时转子就沿着顺时针方向以每个脉冲转动度的规律转动起来。若改变通电顺序，即按顺序循环通电时，转子便按逆时针方向同样以每个脉冲转动度。这就是单三拍通电方式。若采用三相单双六拍通电方式运行，即顺序循环通电，步距角将减小半，即每个脉冲转过.度。步进电机工作方式的选择常见的步进电机的工作方式有以下二种