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【JP064】单片机实现的步进电机控制系统设计[KT+RW+FY],jp064,单片机,实现,步进,电机,机电,控制系统,设计,kt,rw,fy

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浙江工业大学浙西分校 信电系系毕业 论文 (中英文 资料 ) a on an of to In in to a be as to be of to to In we a to be on U S ) . we a we an to a to as as 1 e a 8of It 0 a 16 0 WM on a of of WM is at to at a of is if is C to to of TL be by A of We of a 8or by be as a or as a is in to a 浙江工业大学浙西分校 信电系系毕业 论文 (中英文 资料 ) of 60,000 of TL ,000 0,000 on 2. on a 60At 0 by We a WM of on of 8We of to A 74 03 0 U 0 on a 010 2 he of of of in is to on or a is a a be be is to an to 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 ( 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 68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/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 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 。 000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 60 综合时间 ,适当的 I/ 我们也为仪表板控制器的 生器综合硬件实现 ,因为他们在 68 我们分析了使用一些小 个硬件实现 ,使用 740I/O 些将在 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。 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 步进电机进行控制，通过 信号经过芯片 动步进电机；同时，用 4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 74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 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： 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 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 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 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 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 列中的一片 8751 芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从 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， 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 ;钟高达 12成单字节乘法或除法运算仅需要 4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 +125 ;工业级产品的性能介于以上两者之间，在 +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 合成的 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-， 4 位微处理器工 004 及 8 位微处理器工 008，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-，初级单片机阶段，以工 司的 代表，8 位单片机。 第三阶段 :1978-，高性能单片机阶段。以工 司 801 和 司的 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 司的 。 成度为 12 万只 晶体管 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 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 反应式步进电机（简称 混合式步进电机（简称 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 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 ，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 而五相步进角一般为 。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。 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 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 成本高 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 机的运行方式并可实现一机控制多台电机 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 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） 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 （ 3） 改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。 （ 4） 一般步进电机的精度为步进角的 3且不累积。 （ 5） 步进电机的力矩会随转速的升高而下降 。 单片机控制步进电机的设计思路 7 信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 步进电机控制系统的组成如图 示： 图 制系统图 3、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 8 步进电机控制程序设计的主要问题有三个： 第一、控制脉冲产生； 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工作频率决定。 （ 2） 步进电机的旋转方向和 时序脉冲的关系 产生时序脉冲的方法是 : 1 单片机的 口，分别控制三相步进电机的 A, B, C 三相绕组 ; 2 控制模式写出控制模型 ; 2 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 : NZ 360 式中 ：b步距角 ; 转子齿数 ; 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 信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 4完成本课题所必须的工作条件 (如工具书、实验设备或实验环境条件、某类市场调研、计 算机辅助设计条件等等 )及解决的办法 。 1 电子线路设计、实验、测试（第二版） M武汉：华中理工大学出版社，2000 版 . 谢自美编 2 凌阳十六位单片机原理及应用 M北京：北京航空航天大学出版社， 2003版 . 薛钧义，张彦斌，樊波等编 1 2 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 优质电子元器件实用手册 (上 ) 电子工业出版社 5 优质电子元器件实用手册 (下 ) 电子工业出版社 6 单片机实用接口技术 王语 张盛诚 编 7 单片机应用系统设计 北京航空航天大学出版社 何立民编 8 单片机基础 北京航空航天大学出版社 李广弟 朱月绣编 9 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 10 智能化测量仪表原理与设计 北京航空航天大学出版社 徐爱均编 11 片机应用设计 哈尔滨工业大学出版社 张毅钢编 12 单片微型机原理、应用与实验 复旦大学出版社 赵志英 张友德编 13 8 单片机原理与应用 机械工业出版社 赵长德 李华 李东编 14 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 信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 5设计 (论文 )完成进度计划 第 1、 2 周：下达设计任务书，布置课题，借阅参考书，完成开题报告。 第 3、 6、 10 周： 方案的论证和确定 第 4、 5 周： 软件硬件的选择 第 7、 8 周： 硬件电路的设计 第 9、 10 周：软件的设计 第 11、 12 周： 写总的程序 第 13、 14 周： 设计总的图纸 第 15 周： 论文的修改 第 16 、 17 周： 画电路图和打印图纸 信息与电子工程 系 毕业论文 (开题报告 ) 6 指导教师 审阅意见 符合现实的需要，同意开题。 指导教师 (签字 )： 年 月 日 7 教研室主任意见 教研室主任 (签字 )： 系 (签章 ) 年 月 日 说明： 1. 本报告必须由承担毕业设计 (论文 )课题任务的学生在接到“毕业设计 (论文 )任务书”、正式开始做毕业设计(论文 )的第 2 周或第 3 周末之前 独立撰写完成，并交指导教师审阅。 论文 )课题撰写本报告一份，作为指导教师、教研室主任审查学生能否承担该毕业设计 (论文 )课题任务的依据，并接受学校的抽查。 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 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 (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。 751芯片，内部构造了完整的计算机硬件系统。从 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， 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 ;2成单字节乘法或除法运算仅需要 4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 125 ;工业级产品的性能介于以上两者之间，在 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 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 :1971-4位微处理器工 004及 8位微处理器工008，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-级单片机阶段，以工 8位单片机。 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-性能单片机阶段。以 801 和 8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/内 址范围可达 64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2万只品体管 /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/外 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/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 ,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 :2)三相双三拍 :3 )三相六拍 : 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 用 , B, (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 360 式中 ：b步距角 ; 转子齿数 ; 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 ，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 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 京航空航天大学出版社 李巡编 5 哈尔滨工业大学出版社 张毅钢编 6 8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 目 录 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 方案论证比较设计 . 错误 !未定义书签。 片机概述 . 错误 !未定义书签。 进电机的工作原理 . 错误 !未定义书签。 片机控制步进电机的设计思路 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 控制系统的硬件电路设计 . 错误 !未定义书签。 介绍 . 错误 !未定义书签。 能 . 错误 !未定义书签。 构 . 错误 !未定义书签。 片的引脚排列和说明 . 错误 !未定义书签。 片机硬件结构 . 错误 !未定义书签。 . 错误 !未定义书签。 进电机的选择 . 错误 !未定义书签。 进电机的驱动电路设计 . 错误 !未定义书签。 码管显示电路的设计 . 错误 !未定义书签。 盘电路的设计 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 控制系统的软件设计 . 错误 !未定义书签。 制脉冲的产生 . 错误 !未定义书签。 进电机的旋转方向和时序脉冲的关系 . 错误 !未定义书签。 数的确定 . 错误 !未定义书签。 进电机的变速控制 . 错误 !未定义书签。 音报数 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 结论 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 错误 !未定义书签。 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、 机存取存储器 读存储器 I/O 接口电路、定时器 /计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中，构成一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 1。 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 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 成本高 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 台单片机 控制多台电机 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 16 位单片机 步进电机进行控制，通过 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 动步进电机；同时，用 4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 74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。 关键词 ： 单片机 步进电机 浙江工业大学浙西分校 毕业设计（论文） 题 目： 单片机实现的步进电机控制系统设计 作 者： 韩安宝 系 （部）： 信电系 专业班级： 03 电气 指导教师： 黄云龙 职 称： 副教授 2006年 6 月 7 日 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 I 目 录 第 1章 绪论 . 1 第 2章 方案论证比较设计 . 错误 !未定义书签。 . 5 . 6 . 8 第 3章 控制系统的硬件电路设计 . 10 . 10 能 . 10 构 . 11 . 12 片机硬件结构 . 13 . 15 . 17 进电机的驱动电路设计 . 17 . 19 . 20 第 4章 控制系统的软件设计 . 23 制脉冲的产生 . 23 进电机的旋转方向 和时序脉冲的关系 . 24 数的确定 . 25 进电机的变速控制 . 27 音报数 . 30 第 5章 结论 . 32 参考文献 . 33 致谢 . 34 附录 . 35 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 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、 机存取存储器 读存储器 I/O 接口电路、定时器 /计数器以及串行通信接口等制作在一块集成芯片中，构成一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 1。 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 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 成本高 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 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 一台单片机 控制多台电机 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 16 位单片机 步进电机进行控制，通过 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 动步进电机；同时，用 4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 74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。 关键词 ： 单片机 步进电机 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 of is as It is up I/O in an to it in of as It is a of or to it is a of is of to in to an in to on to to of do to up to to of It 江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 IV to to of to in 6 to as of O is 298N; in go in of to 4 in of of to of 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 1 第 1 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。厂家在一个芯片上制成了 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 (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 751芯片 3，内部构造了完整的计算机硬件系统。从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， 有加、减、乘、除指令 ;2成单字节乘法或除法运算仅需要 4有多机通信功能，可作为多机系统中的一个子系统。 近年来，在国际上出现了 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 4: 第一阶段 :19711974年， 4位微处理器工 004及 8位微处理器工008，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 :19741978年，初级单片机阶段，以工 2 表， 8位单片机。 第三阶段 :19781983年，高性能单片机阶段。以工 801 和 8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/内 址范围 可达 64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2万只品体管 /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/外 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。 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浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 3 的生产制造中，因为步进电机不需要 A/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。 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 生了一系列机、电、计算机一体化的新产品 5。 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（ 1952 年）、晶体管（ 1959 年）、小规模集成电路（ 1965 年）、大规模集成电路及小型计算机（ 1970 年）和微处理机或微型计算机（ 1974 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，一般称为普通数控系统，简称 70 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 974 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 作方式单一和人机交互不便等缺点。为解决此问题，我们研制了一种能代替 文论述了基于浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 4 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 16位 进的接口技术和大规模集成电路设计而成。软件程序用 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 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 4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一次较大的进步，它表明了目前正在使用的许多 制系统完全可以由单片机控制系统所代替。 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 5 第 2 章 方案论证和比较 片机概述 6 电子计算机是 20 世界 纪 40 年代发展起来的新技术之一，它的出现是科学技术产生了一场深刻的革命。特别是自 1971 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。 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。 1)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。 2)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。一般根据功能及传送数据的方法可分为 :(1)并行接口，如 (2)串行接口，如 (3)直接数据传送，如 (4)实时时钟，如 3)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。 4)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。 5)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。 件 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 6 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。 进电机的工作原理 7 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，是一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。它也可以看作是一种特殊的同步电机 ;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一种小步距角的三相反应式步进电机其剖面图。如图2示，电机的定子上有 6 个等分的磁极，相邻两个磁极间的 夹角为 60 度 。磁极上装有控制绕组并联成 A, B, C 三相。转子上均匀分布 40 个齿，每个齿的齿距为 9度 。定子每段极弧上也有 5个齿，定、转子的齿宽和齿距都相同。每个定子磁极的极距为 60度 ，所以每个极距所占的齿距数不是整数。当 子齿对齐， 极 下 的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿距，即为3度 。这时若给 机中产生沿 B 极轴线力一向的磁场，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 时， 极下的齿又分别与转子齿相错三分 之一的转子齿距。由此可见 :错齿是促使步进电机旋转的根本原因 。 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 7 图 2进电机的剖面图 若断开 接通 时电机中产生沿 理，在反应转距 (磁阻转距 )的作用下，转子安顺时针方向转过 3度 ，使定于 此类推，当控制绕组按 度 的规律转动起来。若改变通电顺序，即按 序循环通电时，转子便按逆时针方向同样以每个脉冲转动 3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，即序循环通电，步距角将减小一半，即每个脉冲转过 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 ： 1）三相单三拍 :2） 三相双三拍 : 3） 三相六拍 :以上顺序通电，步进电机正转，按相反方向通电，步进电机反转。这三种方式的主要区别是 :电机绕组的通电、放电时间不同。工作方式是单三拍时通电时间最短，双三拍时允许放电时间最短，六拍时通电时间和 放电时间最长。因此，浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 8 同一脉冲频率时，六拍的工作方式出力最大。而且，电机是三拍的工作方式时，其分辨率为 3 度 ，六拍的工作方式时，分辨率是 。 （ 1） 控制步进电机换向顺序 通电换 向 这一 过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的 三相三拍 工作方式，其各相通电顺序为 电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制 A， B，C， （ 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。 片机控制步进电机的设计思路 典型的步进电机控制系统如图 2示。 图 2典型的步进电机控制系统图 8 变频信号源是一个脉冲频率由几赫到几十千赫可连续变化的信号发生器，它为脉冲分配器提供脉冲序列。如果采用单片机来作为变频信号源，来控制步进电机，则可以发出有规律的脉冲信号，经过脉冲放大器后，为步进电机提供了一种浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 9 可行的通电方式。为步进电机提供时序脉冲 是单片机的主要作用，每当步进电机从脉冲输入线上得到一个脉冲，便沿时序脉冲所确定的方向进一步。 设计的要求： 本设计采用凌阳 16 位单片机 步进电机进行控制，通过 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 动步进电机；同时，用 4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 74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。 根据设计要求 总体设计方案 如图 3 2 所示 ： 4 键 盘语音播报转 速数码管步进电机单片机图 2的设计图 9 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 10 第 3 章 控制系统的硬件电路设计 介绍 10 继 列产品 之后凌阳科技推出的又一款16 位结构的微控制器。与 同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能， 只内嵌 32K 字的闪存(较高的处理速度使 够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与 比，以 核心的 控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种经济的选择 。 能 11 16 位 处理器； 工作电压 ( I/O) 钟： 内置 2K 字 内置 32K 可编程音频处理； 晶体振荡器 ; 系统处于备用状态下 (时钟处于停止状态 )，耗电仅为 2 A， 2 个 16 位可编程定时器 /计数器 (可自动预置初始计数值 )； 2 个 10 位 输出通道； 32 位通用可编程输入 /输出端口； 14 个中断源可来自定时器 A / B 时基， 2 个外部时钟源输入，键唤醒； 具备触键唤醒的功能； 使用凌阳音频编码 式 ( /秒 )， 能容纳 210 秒的语音数据 ； 锁相环 荡器提供系统时钟信号； 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 11 32768时时钟； 7 通道 10 位电压模 单通道声音模 声音模 /数转 换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制 (能； 具备串行设备接口； 具有低电压复位 (能和低电压监测 (能； 内置在线仿真电路 口； 具有保密能力； 具有 能。 构 结构如图 示： 图 3结构 图 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 12 片的引脚排列和说明 9 两种封装片，一种为 84 个引脚， 装形式 ;它的排列如图 3示；另一种 为 80 个引脚， 装。如图 3示。 图 3构图 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 13 图 3构图 片机硬件结构 芯片内部集成了 线实时仿真 /除错器 )、 存 )、态内存 )、通用 I/O 端口、定时器 /计数器、中断控制、 钟锁相环( 拟数字转换器 ), 字模拟转换器 )输出、 U 用异步串行输入输出接曰 )、 行输入输出接口 )、低电压监测 /低电压复位等模块。在本章中我 们将详细介绍各个模块的结构及应用。 如图 3示： 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 14 图 3件结构图 用户寄存器 栈指针 用寄存器 指针 寄存器 个标志位 据段选择控制位 序计数器 位器 术逻辑单元 浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 15 核心由总线、 存器组、 中断系统及堆栈等部分组成。 术逻辑运算单元 了一般基本的 16位算术逻辑运算，还提供了结合算术逻辑的 16 位移位运算。在数字信号处理方面，提供了高速的 16 位 16位乘法运算和内积 (乘加 )运算。 16 位算术逻辑运算 大多数 供了基本的算术运算与逻辑操作指令 ，加法、减法、比较、补码、异或、或、与、测试、写入、读出等 16 位算术逻辑运算及数据传送操作。 结合算术逻辑的 16 位移位运算 移位运算包括：算术右移 逻辑左移 辑右移 转左移 旋转右移 移位器 串接在 前面，也就是说，操作数在经过移位处理后，马上会进入 行算数逻辑运算。所以， 移位指令都是复合式指令，一个指令会同时完成移位和算术逻辑运算。程序设计者可利用这些复合式的指令，撰写更精简的程序代码，进而增加程序代码密集度 (在微控制器应用中，如何增加程序代码密集度是非常重要的问题；提高程序代码密集度可以减少程序代码的大小，进而减少 需求， 以降低系统成本与增加执行效能。 16位 *16 位的乘法运算和内积 (乘加 )运算 除了普通的 16 位算数逻辑运算指令外， 提供了高速的 16 位 16 位乘法运算指 令 和 16 位 内 积 运 算 指 令 二 者 都 可 以 用 于 有 符 号 数 相 乘 (或无符号数与有符号数相乘 (运算。在 令集下， 令只需花费12 个时钟周期， 令花 费 10n+6个时钟周期，其中 n 为乘加的项数。例浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 16 如：“ ， 4”表示求 4 项乘积的和， 46（ 10 4+6=46）个时钟周期。这两条指令大大的提升了 数字信号处理能力。 寄存器组 寄存器组一共有 8个 16 位寄存器，可分为通用寄存器和专用寄存器两大类别。通用寄存器包括： 4，作为算术逻辑运算的来源及目标寄存器。专用寄存器包括 与 定用途相关的寄存器。 通用寄存器 可用于数据运算或传送的来源及目标寄存器。寄存器 对使用，还可组成一个 32 位的乘法结果寄存器 中 高字符组， 低字符组，用于存放乘法运算或内积运算结果。 堆栈指针寄存器 用来纪录堆栈地址的寄存器， 指向堆栈的顶端。堆栈是一个先 进后出的内存结构， 堆栈结构是由高地址往低地址的方向来储存的。行 程序调用 及进入中断服务子程序 (时，会在堆栈里储存寄存器内容，这时 递减以反映堆栈用量的增加。当 行 、子程序返回 及从 回 ， 递增以反映堆栈用量的减少。 栈的大小限制在 2K 字的 ，即地址为 0内存范围中。 基址指针寄存器 供了一种方便的寻址方式，即基址寻址方式 程序设计者可通过 存取 的数据，包括：局部变量（ 函数参数（ 返回地址（ 等。 了上述用途外，也可做为通用寄存器 于数据运算传送的来源及目标寄存器。因此，在本书或程序中， 共享的，均代表基址指针寄存器。 程序计数器 它的作用与一般微控制器中的 同，是 用来纪录程序目前执行位置的寄存器，以控制程序走向。 执行完一个指令，就会改变 值，使其浙江工业大学浙西分校信息与电子工程系毕业论文 17 指向下一条指令的地址。在 ， 16 位的 存器与 存器的 段，共同组成一个 22 位的程序代码地址。 状态寄存器 含许多字段，每个字段都有特别的用途，如图 示。其中包含两个 6 位的区段选择字段 : 它们可与其它 16 位的寄存器结合在一起形成一个 22 位的地址，用来寻址 4M 字容量的内存。 有 32K 字的闪存，只占用一页的存储空间，所以 段在都是设为 0。 进电机的选择 7 本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动， 在 设计 要求 中 没有对步进电机提出特别的要求，因此为了设计的方便，选择 受控电机为 三 相 三 线制的步进电机（内阻 33 欧，步进 ，额定电压 12V） 进电机的驱动电路设计 12 方案一：使用多个功率放大器件驱动电机 通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不 同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率。但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的