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DZ008单片机实现的步进电机控制系统_计,毕业设计
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SKYLZY S K Y L Z Y - nts U j, nts b B . : nts 浙江工业大学浙西分校 信电系系毕业 论文 (中英文 资料 ) Modeling micro-controller peripherals for high-level co-simulation and synthesis Mapping a behavior on an embedded system involves hardware-software partitioning and assignment of software and hardware tasks to different components. In particular, software tasks in embedded controllers are mostly assigned to a micro-controller. However, some micro-controller peripherals are implemented with partly programmable components that can be regarded as very simple co-processors with limited instruction sets and capabilities. Embedded system designers are used to mapping some simple software tasks onto these simple co-processors, obtaining overall performances that can be orders of magnitude superior to the ones obtained mapping all software tasks to the micro-controller itself. In this paper, we propose a methodology to specify, simulate, and partition tasks that can be implemented on programmable micro-controller peripherals such as Timing Processing Units P U S ) . Following our general philosophy, we let the designer propose a partition, and we provide an environment 0 to efficiently simulate and evaluate a particular implementation choice 0 to automate downstream synthesis for software, hardware, as well as peripheral programming routines. 1 Implementation and Case Study We have implemented such a library for the 68hcll family of micro-controllers from Motorola . It includes: 0 The timer unit, implementing input capture and output compare functions, that measure time between input and 0 The ALII convert output events using a 16 bit free running counter. 0 The PWM generators present on a specific family member targeted for automotive applications. Each function of the timer unit and of the PWM generator is described both at the behavioral level, using the simulator timing functions to implement time, and at the Register Transfer level, using a cycle-accurate model of the hardware. The latter is also used for hardware and software synthesis, if the peripheral is not used. C routines are used to interface to the peripheral. The precision of the RTL model can be scaled, by dividing the clock. A single simulation parameter controls this scaling without affecting the overall behavior (apart from the loss of precision). We have specified the functionality of a complete dashboard controller, that uses the 68hcl1 peripherals. Note, with the standard co-design methods, using only fully programmable processors or hardware, all the tasks implemented by the peripherals could be implemented only as software tasks, thus yielding a less performing solution, or as hardware tasks, thus yielding a higher cost and less flexible solution. Hence the method presented here is required in order to obtain a solution quality comparable nts 浙江工业大学浙西分校 信电系系毕业 论文 (中英文 资料 ) with manual design. The speed of the behavioral simulation was about 260,000 clock cycles per second. The speed of the RTL simulation ranged almost linearly from 2,000 clock cycles per second to 50,000 clock cycles depending on the clock scaling factor, from 1 to 32. The experiments were performed on a 60MHz ULTRAsparc. At synthesis time, the appropriate U 0 drivers are extracted from the library and customized by the co-design tools. We also synthesized a hardware implementation for the PWM generators of the dashboard controller, because they are not available on all members of the 68hcll family. We analyzed the cost trade-offs of using some small ASIC to implement that function. A hardware implementation, using XILINX FPGAs for rapid prototyping purposes required 374 CLBs (with 203 flip-flops) and 60 U 0 pads, that would fit on a XILINX 4010 chip. 2 Conclusion The proposed solution for high-level specification of micro-controller peripherals retains most of the advantages and flexibility of hardware software co-design (uniform modeling, fast co-simulation, formal verification, flexibility in target implementation,. The limit is that the designer has to decide on whether or not a function is implementable using a particular peripheral, and sometimes such a decision must be made about peripherals that may be only slightly different between different micro-controllers. Further research is still needed to develop mapping techniques from an unbiased specification to partially programmable devices. nts 浙江工业大学浙西分校 信电系系毕业 论文 (中英文 资料 ) 模拟单片机外设的高级共仿真和综合 映射在一个嵌入系统上的行为包括硬件 -软件区分和对于不同成分上硬件 和软件的任务 。 特别的 ,在嵌入控制上的软件任务由单片机执行 。 但是 ,一些单片机外围设备一起实现部分可设计的成分 ,这些成分被当作限制性的指令组合和能力的非常简单的共处理器 。 嵌入系统设计者习惯于 把一些简单的软件工作映射到这些简单的共处理器 ,以获得把大规模指令转向获得映射所有软件任务的单片机本身 。 本文 ,我们打算一种方法去叙述 ,仿真 ,和区分那些可能是被用于可设计的单片机外围设备 ,比如时间处理单元 (TPUs)。 通过我们的一般原理 ,我们让设计者计划分割 ,且我们提供一个环境去有效仿真和评估一个特殊执行选择 。 为软件 ,硬件和外围 设备规划常式自动化下游的综合 。 1、落实和个案研究 我们已经实现了来自摩托罗拉的单片机 68hcll系列。它包括 :定时单元 ,实现输入摄入输出比较功能 ,使用 16位自由运行计算器的输入和输出两者间的测试时间。 A/D转换器 PWM 产生器在一个特定的系列成员上为汽车的申请对准。 我们已经叙述完全的仪表板控制器的功能性 ,这些控制器使用 68 hcl1 外围设备 。 注意共设计方法的标准 , 使用只有完全可设计的处理器或硬件 ,所有的被外设实现的工作能仅仅如软件工作那样实现 ,如此产生一个更高的成本和更少灵活的方法。因此 ,在这里呈现的方法被要求为了获得一个解决特性相比较手动设计。 行为模拟速度大约是 260000时钟循环每秒 。 RTL模拟速度范围从 2000时钟循环每秒到 5000时钟循环每秒线性变化 ,依靠时钟计数因素，从 1到 32。试验在 60MHZ的 ULTRAsparc上被运行。 综合时间 ,适当的 I/O驱动从图书馆和有共设计工具的客户上被修改 。 我们也为仪表板控制器的 PWM 产生器综合硬件实现 ,因为他们在 68hcll单片机系列所有成员不是适当的 。 我们分析了使用一些小 ASIC的称本交换去实现这个功能。一个硬件实现 ,使用 XILINX FPGAs作为快速设计原型的目的要求 374CLBs和 60I/O Pads,这些将在 XILINX4010芯片上使用。 2、结论 单片机外设的高级外设的提议解决方法保留了共设计硬件 /软件的大部分优点和灵活性 。 局限是设计者不得不考虑一个功能是否要用一个特殊外设去实现 ,且有时如此的决定必须作出有关不同单片机外设之间的微小差别。更进一步的研究仍然需要去发展映射技术从无偏见外设到局部可编程的装 置。 nts毕业设计 (论文 )任务书 学生姓名 _韩安宝 指导教师 _黄云龙、廖东进、朱秋 琴 职称 副教授、助教 、 助教 系别 _信息与电子工程系 _专业 电气 年级 03 级 _班级 课题名称 单片机实现的步进电机控制系统设计 任务与要求： 一、 设计（论文）要求： 本课题 的主要任务是通过 单片机控制 系统 ,实现对步进电机工作状态的控制。 具体设计方案如下： 本设计采用凌阳 16 位单片机 SPCE061A 对步进电机进行控制，通过 IO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 L298N 驱动步进电机；同时，用 4X4 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 74LS164 作为 4 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。 设计的主要内容和要求： 1、 根据所选的课题，参考一些优秀的学习网站，完成该课题的建设。 2、 参与该课题的各位同学必须分工合作。在设计中既要有自己一定的工作量，同时具备良好的团队合作精神。 3、 毕业设计论文体现了毕业设计的质量，所以各位同学必须在论文中体现自己在毕业设计中所采用的方法、 思想 以及 设计策略。论文的格式包括：（ 1）中英文摘要（ 2）目录（ 3）正文（ 4）致谢（ 5）参考文献（ 6）附录 。论文书写要求语言精练、简洁，表达力求准确，字数 12000 以上，最后要求用 A4 开纸打印，并装订成册，形成书目结构。 4、 在整个设计当中要严格按照学校 和 系部的各种规章制度和要求，按时完成所要求完成的任务。 二、 设计（论文）条件： 提供 设计 所需 的书籍 、 计算机 、 单片机 设计 所需的 设备 等 。 三、 设计（论文）资料： nts提供 步进电机 、单片机设计等相关所需资料。 四、 设计（论文）教学要求：（可以同一专业相同） 要求同学们有较强的学习和自学能力，能根据需要查找资料，独立思考和设计 。 要 求同学 熟悉步进电机的工作原理并 具有一定的单片机 设计能力 。 五、 设计（论文）进度安排：（可以同一专业相同） 第 01 周至第 02 周：查阅中文及英文资料（并翻译一篇外文资料），了解 步进电机的工作原理以及 单片机 设计内容 ， 收集相关资料 ； 第 03 周至第 03 周：完成毕业设计（论文）开题报告，并开始进行毕业设计； 第 04 周至第 08 周： 完成 控制系统 的硬件设计 ； 第 09 周至第 12 周： 完成 控制系统 的软件设计 ； 第 13 周至第 13 周 ：软件和硬件的调试； 第 14 周至第 15 周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业论文； 第 16 周至第 16 周：毕业设计（论文）小组答辩； 第 17 周至第 17 周：答辩。 六、 学生分组名单 张加正 、 陈思宇 、 韩安宝 nts浙江工业大学浙西分校信电系 毕业设计（论文）课题申报表 课题名称 单片机实现的步进电机控制系统 课题来源 模拟课题 课题类型 AW 对学生要求 对单片机应用感兴趣，且具有一定的编程能力，并要求学习有关步进电机的知识。 职称 副教授 助教 助教 教研室 电气自动化技术 所需学生数 2 人 适用专业 电自、生自 往届是否做过 （若做过写明次数及对本届的新要求） 否 课题简介（主要内容、现有条件、时间安排、预期成果及表现形式。如要求学生人数超过 1 人，要说明每位学生的设计任务） 一、主要内容 ：本设计采用 凌阳 16 位单片机 SPCE061A 对步进电机进行控制，通过 IO 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 L298N 驱动步进电机；同时，用 4X4 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 74LS164 作为 4 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。 二、 现有条件 ：由指导教师提供凌阳十六位单片机原理及应用和相应的实验开发板。 三、 时间安排 ： 第 01 周至第 02 周：查阅中文及英文资料（并翻译一篇外文资料），收集步进电机控制资料； 第 03 周至第 03 周：完成毕业设计（论文）开题报告，并开始进行毕业设计； 第 04 周至第 04 周：完成方案论证与比较设计； 第 05 周至第 05 周：完成 步进电机驱动电路的设计； 第 06 周至第 06 周：完成 数码管显示电路的设计； 第 07 周至第 07 周：完成 4x4 键盘电路的设计； 第 08 周至第 09 周：完成 双机通讯 软件 的设计； 第 10 周至第 11 周：完成 语音报数 软件 的设计； 第 12 周至第 13 周：完成硬件制作； 第 14 周至第 15 周：整理相关资料，完成毕业设计（论文）手稿及最终电脑打印的毕业论文； 第 16 周至第 16 周：毕业设计（论文）小组 答辩； 第 17 周至第 17 周：答辩。 四、 预期成果及表现形式： 完成实物制作及软件编制、系统调试，完成毕业设计（论文）文档。 五 、 学生人数 ： 1 位学生偏硬件设计， 1 位学生偏软件设计。 教研室审批意见： 教研室主任签字： 日 期： 年 月 日 nts浙江工业大学浙西分校信电系毕业论文（文献综述） 单片机实现的步进电机控制系统 文献 综述 一、 引言 近十几年来，单片机在生产过程控制、白动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室白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。 单片机并没有超脱冯诺依曼原理下的计算机的结构框架和工作原则，而是着眼于应用到更广阔的范围 :工业控制、数字显示、智能仪表、电子设备、汽车电控、农机、家电乃至儿童玩具的控制。它不求规模大，只求小而全。厂家在一个芯片上制成了 CPU 和一定容量的程序存储器和数据存储器以及一定数量的输入 /输出接口 (Interface)。在一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 5。 MCS-51系列中的一片 8751芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从 CPU、存储器到输入输出端口，一应俱全。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， MCS-51 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 ;CPU时钟高达 12MHz，完成单字节乘法或除法运算仅需要 4Ns;具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。 一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级，民用产品主要用于办公室及机房环境，工作温度在 0到 700 ,军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在 -65到 +125 ;工业级产品的性能介于以上两者之间，在 -40到 +85温度环境可正常工作。工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选 择工业级芯片，保证系统可靠性。 近年来，在国际上出现了 Mechanics和 electronics复合成的 Mechtronics这个新词，我国译为“机电一体化”。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。机电一体化产品要实现电器控制的实时性、高可靠性、可编程和一定的人工智能。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一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 6: 第一阶段 :1971-1974年， 4位微处理器工 ntel 4004及 8位微处理器工ntel 8008，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 :1974-1978年，初级单片机阶段，以工 ntel公司的 MCS-48为代表， 8位单片机。 nts浙江工业大学浙西分校信电系毕业论文（文献综述） 第三阶段 :1978-1983年，高性能单片机阶段。以 intel公司的 MCS-51, Motorola公司的 6801 和 Zilog公司的 Z8等为代表。这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断 处理系统、 16位定时器 /计数器，有的片内还带有 A/D转换器接口，片内 RAM, ROM容量加大，寻址范围可达 64K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 :1983 年至今， 8位单片机巩固发展及 16位单片机推出阶段。例如Mostek公司的 MK6800、 intel公司的 MCS-96等。 MCS-96集成度为 12万只品体管 /片，寻址范围 64K 字节、 5个 8位并行口、一个全双工串行口、 4个 16位定时器、 8通道 10位 A/D转换器等，另外 MCS-96指令能处理位、字节、字，有 16位 乘 16位乘法、 32 位除 16位除法指令，一块单片计算机的功能可以和一台多片系统机相媲美。单片机己经进入一个崭新的阶段。 二、 步进电机 的 概况 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。 80 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，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电 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一种必然的趋势，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。早期的步进电机靠一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一定的规律排列，轮流与直流电源接通后，就会在间隙中形成一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 A/D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一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，其一是传递转矩，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。 步进电机的原理 7： 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积nts浙江工业大学浙西分校信电系毕业论文（文献综述） 误差等特点。 使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。为此 ,CS51测试网在腾龙开发套件中首次引入了步进电机技术，方便用户应用掌握。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环 形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 三、 控制系统的设计 单片机控制步进电机的程序的编制 步进电机控制程序设计的主要问题有三个 : 第一，控制脉冲的产生 ; 第二，步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系 ; 第三，步数的确定。 作为单片机控制步进电机的程序的构成也是主要由这几个问题，因此可以从这三个问题入手 : 1、控制脉冲的产生 在单片机控制步进电机时，一般来讲，控制脉冲是 用软件产生的。方法是先输出一个高电平，然后延时，再输出低电平，再进行延时。延时时间的长短由步进电机的土作频率决定。 2、步进电机的旋转方向和时序脉冲的关系 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序和通电方式有关。现在常用的通电方式主要有三种 : 1)三相单三拍 :A-B-C-A; 2)三相双三拍 :AB-BC-CA-AB; 3 )三相六拍 :A-AB-B-BC-C-CA-A。 按以上顺序通电，步进电机正传，按相反方向通电，步进电机反转。 因此，产生时序脉冲的方法是 : (1)利用单片机 8751的 P1端口，即用 P1.0, P1.1, P1.2分别控制三相步进电机的 A, B, C三相绕组 ; (2)根据控制模式写出控制模型 ; (3)按控制模型的顺序向步进电机输入控制脉冲。 3、步数的确定 步进电机运行的步数可由步距角和需要转过的角度来计算 7: NZ rb 360 式中 ：b步距角 ; rZ 转子齿数 ; nts浙江工业大学浙西分校信电系毕业论文（文献综述） N 拍数 (一般三拍时 N =m 或六拍时 N =2m ); m 控制绕组相数， m =3。 4、步进电机的变速控制 上面给的程序流程图是步进电机的恒速运转方式。一般来讲，步进 电机的一个弱点，就是运行中丢步，为了使步进电机在运行中不出现丢步现象，一般要小于或等于步进电机“响应频率”人，在该频率下，步进电机可以任意启动、停止或反转而不发生失步现象。这个频率通常比较低。当步进电机走过的距离比较长时，需要低速启动，高速运转，然后降低速度，最后停止。这样就解决了“ 快速而不失步”的矛盾。那么实现变速控制的基本思想是改变控制频率。 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却 非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机的特性有： 1， 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加入适当的脉冲信号， 就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比 。 2， 腾龙版步进电机的步进角度为 7.5 度，一圈 360 度， 需要 48 个脉冲完成 3， 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 4， 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。 四、 结论 总而言之， 用单片机来控制步进电机，它的优点是体 积小、重量轻、耗能省、价格也低，比起用 PLC 控制的可靠性高，通用灵活，方便简洁，只需输入程序来控制步进电机的状态，自动化程度高，精度 高 ，在生产制造中得到充分的应用，是比较实用的一种控制系统。 参考 文献 1 单片机基础 北京航空航天大学出版社 李广弟 朱月 2 单片机应用程序设计技术 北京航空航天大学出版社 周航慈编 3 微型计算机控制技术 M北京：清华大学出版社， 1999版。于海生等编 4 MCS-51系列微型计算机原理与应用北京航空航天大学出版社 李巡编 5 MCS-51单片机应用设计 哈尔滨工业大学出版社 张毅钢编 6 MCS-51/98单片机原理与应用 机械工业出版社 赵长德 李华 李东 编 7 步进电机 应用技术 北京航空航天大学出版社 周航慈编 nts信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 浙 江 工 业 大 学 浙 西 分 校 毕业设计 (论文 )开题报告 信 电 系 电 气 技 术 专业 0 3 级 课题名称： 单片机实现的步进电机控制系统 毕业设计 (论文 )起止时间： 2006 年 2 月 15 日 6 月 2 日 (共 16 周 ) 学生姓名： 韩安宝 学号： 10 指导教师： 黄云龙 廖东进 朱秋琴 报告日期： 3 月 7 日 nts信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 1本课题所涉及的问题在国内 (外 )的研究现状综述 一、单片机的发展 状况 1 十几年来，单片机在生产过程控制、白动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室白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。厂家在一个芯片上制成了 CPU 和一定容量的程序存储器和数据存储器以及一定数量的输入 /输出接口 (工 nterface)。在一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 MCS-51 系列中的一片 8751 芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从 CPU、存储器到输入输出端口，一应俱全。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， MCS-51 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 ;CPU 时钟高达 12MHz，完成单字节乘法或除法运算仅需要 4Ns;具有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。 一般微处理器和有关元器件分军用和民用两级 ，民用产品主要用于办公室及机房环境，工作温度在 0 到 700 ,军用产品要求在恶劣环境条件下稳定工作，工作温度在 -65 到 +125 ;工业级产品的性能介于以上两者之间，在 -40 到 +85温度环境可正常工作。工业产品可靠性比民用产品强，而价格较军用品低。在单片机应用中，可以根据实际工作环境，选择工业级芯片，保证系统可靠性。 近年来，在国际上出现了 Mechanics 和 electronics 复合成的 Mechtronics 这个新词，我国译为“机电一体化”。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。机电一体化产品要实现电器控制的实时性、高可靠性、可编程和一定的人工智能。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一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 10: 第一阶段 :1971-1974 年， 4 位微处理器工 ntel 4004 及 8 位微处理器工 ntel 8008，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 :1974-1978 年，初级单片机阶段，以工 ntel 公司的 MCS-48 为代表，8 位单片机。 第三阶段 :1978-1983 年，高性能单片机阶段。以工 ntel 公司 MCS-51,Motorola公司的 6801 和 Zilog 公司的 Z8 等为代表。这一阶段推出的单片机普遍带有串行口，有多级中断处理系统、 16 位定时器 /计数器，有的片内还带有 A/D 转换器接口，片内RAM, ROM 容量加大，寻址范围可达 64K 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 :1983年至今， 8位单片机巩固发展及 16位单片机推出阶段。例如 Mostek公司的 MK6800、 Intel 公司的 MCS-96 等。 MCS-96 集成度为 12 万只 晶体管 nts信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 片，寻址范围 64K 字节、 5 个 8 位并行口、一个全双工串行口、 4 个 16 位定时器、 8通道 10 位 A/D 转换器等，另外 MCS-96 指令能处理位、字节、字，有 16 位乘 16 位乘法、 32 位除 16 位除法指令，一块单片计算机的功能可以和一台多片系统机相媲美。单片机己经进入一个崭新的阶段。 二、步进电机 的 发展状况 2 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。 80 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，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路，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一种必然的趋势，也符合数字化的时代发展要求。 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 A/D 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一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，其一是传递转矩，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。 2设计 (论文 )要解决的问题和拟采用的研究方法 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为永磁式步进电机（简称 PM）、反应式步进电机（简称 VR）和混合式步进电机（简称 HB）：永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。 步 进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。早期的步进电机靠一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。 nts信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 由于励磁绕组在空间 中按一定的规律排列，轮流与直流电源接通后，就会在间隙中形成一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。 1、步进电机的控制方法及原理 4 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件 ,实质上是一种数字 /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一机控制多台电机 .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 。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单 。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相 步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为 A-B-C D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A,B,C， D 相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 2、 进电机的主要特性 6 （ 1） 步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候， 步进电机静止， 如果加
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