電氣工程及其自動化畢業(yè)設計步進電動機的微機控制

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　步進電動機的微機控制</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學生姓名 學號

2、 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　步進電動機是一種以脈沖信號為控制信號，以步進方式來運動的電機。在國外，一般

3、稱為Stepping motor或者stepper motor。步進電機具有啟?？焖?、步進精確、能直接接收數(shù)字信號的特點，在各行各業(yè)中得到廣泛的應用。為了使步進電機能夠更加良好地發(fā)揮出自身的特性，對于步進電機的研究一直都在進行。這其中，以單片機為控制核心的控制方式不論在控制的效果、本身的性能還是制作的成本等方面上都顯示出了很強的優(yōu)勢。并且，這種控制方法在軟件和硬件上的研究都出現(xiàn)了一系列的成果。比如驅(qū)動技術的發(fā)展，控制理論的發(fā)展還有單片機

4、的發(fā)展等。在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)中，越來越重視生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式的發(fā)展，其中自動化生產(chǎn)以其高效，便捷，安全，精確等優(yōu)點應用在各種領域。而單片機則以自身的優(yōu)點成功地被應用在自動化系統(tǒng)中。</p><p>　　本文首先介紹了步進電動機的一些基本常識，包括特點、分類、結構、運行原理等。其次著重介紹了三相反應式步進電機的結構、工作原理和三種工作方式。然后，介紹了部分單片機控制步進電機的原理和方式。最后通過分析一個單片機控制的步進

5、電機的調(diào)速系統(tǒng)來了解單片機控制的優(yōu)點。本文以介紹的方式加深了人們對步進電機以及單片機控制系統(tǒng)的了解，并發(fā)掘它們的優(yōu)點。</p><p>　　關鍵詞：步進電機； 原理； 特性； 工作方式； 單片機控制 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Stepping motors is a pulse sign

6、al for control signal to stepping motor way to exercise. In a foreign country, which generally called Stepping stepper which or. Stepping motor have a start-stop fast, stepping accurate and can directly receive digital s

7、ignal characteristics, in all walks of life widely applied. In order to make the stepping motor can more good to play out of its own characteristics, for stepping motor research has been going on. Among them, the MCU as

8、control core control mode no </p><p>　　This paper firstly introduces the stepping motor some basic knowledge, include features, classification, structure, operation principle, etc. Secondly introduces 3-phas

9、e reaction stepping motor structure, working principle and three way to work. Then, this paper introduces microcontroller control part of the stepper motor principle and ways. Finally by analyzing a single-chip microcomp

10、uter control stepping motor speed control system to understand the advantages of single-chip microcomputer contr</p><p>　　keywords ：Stepping motor; Principle; Character; Working way; Single-chip microcompute

11、r control </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 引言1</b></p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3

12、 論文研究的目的2</p><p>　　第2章 步進電機的特點、分類3</p><p>　　2.1 步進電動機的運行特點3</p><p>　　2.2 步進電機的分類3</p><p>　　第3章 反應式步進電動機的結構與工作原理4</p><p>　　3.1 反應式步進電動機的結構4</p

13、><p>　　3.2 反應式步進電動機的工作原理和方式5</p><p>　　3.2.1 反應式步進電動機的工作原理5</p><p>　　3.2.2 反應式步進電動機的三種工作方式6</p><p>　　第4章 單片機控制步進電動機的研究11</p><p>　　4.1單片機對控制脈沖的分配11<

14、/p><p>　　4.2 單片機控制步進電機的轉速14</p><p>　　4.3 單片機控制步進電動機的加減速15</p><p>　　4.4單片機控制步進電機的位置16</p><p>　　第5章 單片機控制步進電機調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)越性17</p><p>　　5.1 單片機控制步進電機調(diào)速實例17<

15、/p><p>　　5.2 對單片機控制系統(tǒng)優(yōu)越性的分析21</p><p><b>　　總結24</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻25</b></p><p><b>　　附錄26</b>&

16、lt;/p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 引言</b></p><p>　　在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)發(fā)展中，人們對于生產(chǎn)過程的精密程度要求越來越高，而生產(chǎn)機械設備的廠商對產(chǎn)品的精密工作的能力越來越重視，因為這已經(jīng)極大的影響到生產(chǎn)出的機械設備在與其他同類型設備在市場上的競爭中能否獲得勝

17、利。發(fā)達國家對于這樣的精密生產(chǎn)加工尤其重視，產(chǎn)品的改革創(chuàng)新與生產(chǎn)的擴大與發(fā)展都與之密切相關。而在生產(chǎn)過程中設備的精密定位是設備能否進行精密工作的關鍵。步進電動機便是這精密定位系統(tǒng)中的一個重要組成部分。</p><p>　　步進電機也被稱為階躍式電動機和脈沖式電動機。在國外，一般稱為Stepping motor或者stepper motor。它的使用已經(jīng)有80多年的歷史了。步進電機是把電脈沖信號轉換成相應的角位移或

18、者直線位移的機電元件，是一種的數(shù)字控制的電動機。它實質(zhì)上相當于單相或者多相的同步電機，當?shù)玫揭粋€脈沖信號，步進電機會轉過一個角度，或者前進一步。步進電機由于運行時，轉速，停止僅僅受到給定的脈沖信號的頻率和數(shù)量的影響，而且，步進電機只有周期的誤差卻不會產(chǎn)生誤差的積累，運行精度很高。在調(diào)速時，只需改變輸入脈沖的頻率和數(shù)量就可對步進電機實現(xiàn)啟停、正反轉的控制，這是步進電機的優(yōu)點。[1]</p><p>　　因為步進電機

19、具有啟停快速、步進精確、能直接接收數(shù)字信號的特點,所以它在工業(yè)生產(chǎn)中應用范圍很廣。并且由于現(xiàn)代生產(chǎn)發(fā)展對于精密加工的要求越來越高，加上現(xiàn)在的步進電動機的驅(qū)動技術在電力電子、微電子、微處理器等技術的發(fā)展的推動下飛速發(fā)展，使步進電動機能更加廣泛應用于現(xiàn)代社會的各種自動化生產(chǎn)設備與系統(tǒng)當中。并且由于步進電動機在計算機及其附帶產(chǎn)品中的不可替代的作用。使得步進電動機的需求量隨著計算機產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展而得到飛速的提升，極大地促進了步進電動機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展

20、。比如打印機，存儲設備等都出現(xiàn)了步進電動機的身影。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　對于步進電機的研究，國內(nèi)外早已有之。在早期的步進電動機的生產(chǎn)中，一些公司只能生產(chǎn)一些特殊用途的步進電動機，導致很少有人愿意使用，因此當時的步進電動機的產(chǎn)量很低，使用量也很低。直到1975年前后，由于步進電動機在計算機終端機的外圍設備，查詢機器等等辦公設備的大量使用，使得當時

21、的步進電動機的產(chǎn)量大大增加，也極大的促進了步進電動機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。當然，對于步進電動機在這些方面的大量使用，也是因為步進電動機比較適合工作在斷續(xù)的狀態(tài)，還有就是步進電動機的驅(qū)動電路的發(fā)展。比如其中驅(qū)動電路的元器件—晶體管，集成芯片等技術的發(fā)展，使得生產(chǎn)成本得到下降，步進電動機的整體價格也隨之下降。[3]</p><p>　　在步進電機的發(fā)展歷史上，產(chǎn)生了很多種控制方案，也產(chǎn)生了許多的驅(qū)動技術。就控制方案來說，有基于

22、電子電路的控制方案，有基于單片機的控制方案，也有基于PLC的控制方案。這里，對于這三種控制方案，我們進行簡單的了解。</p><p>　　1.基于電子電路的控制方案：控制步進電動機加減速，正傳反轉所需的脈沖的產(chǎn)生、分配全部都是由電子元器件來完成。要對步進電動機的運行實現(xiàn)較好的控制，便要對脈沖進行放大的處理。因此，在這控制電路中必須要有對脈沖進行功率放大的驅(qū)動電路。這樣設計出來的控制電路結構簡單，并且功能較強大，對

23、于一般的步進電動機的控制都可以實現(xiàn)，而且成本低，實用性較強。但是它的缺點是控制精度不是很高，并且由于使用時大多會采用集成電路的形式來使用，導致控制功能相對單一，不能輕易變動。</p><p>　　2.基于單片機的控制方案：采用單片機來控制步進電動機的方法，使控制結合了軟件與硬件，對于步進電動機的控制效果大大增加，使步進電動機的性能也得到極大的提高。由于單片機的強大的性能，可以簡化步進電動機的控制過程，對步進電動機

24、實現(xiàn)自動化控制，也可以使步進電動機的運行精度得到提高，使步進電動機本身性能得到提高。</p><p>　　3.基于PLC的控制方案：可編程控制器（PLC），它的本身有很多優(yōu)點，實用性強，硬件設施完善，簡單易學，運行可靠。因此，在自動控制系統(tǒng)中得到廣泛應用。通過PLC來控制步進電動機可以省掉對步進電動機的專用驅(qū)動設備，減少硬件的成本，但是由于PLC本身的一些限制，使步進電動機不能在高頻的條件下運行，且不能實現(xiàn)高速控

25、制，而且在速度較高的情況下步進電機的控制精度會降低。</p><p>　　這些控制方案都各有優(yōu)缺點，能較好的適應現(xiàn)代社會中不同生產(chǎn)環(huán)境的需求，也能較好的發(fā)揮步進電動機的優(yōu)良特性。當然，在這些控制方案中，使用單片機控制的方案相對的實用性和對步進電機的控制性能更加突出，所以本設計的控制方式采用了單片機控制。</p><p>　　我國在步進電動機的使用方面，主要以反應式步進電動機為主。在控制系統(tǒng)

26、方面，步進電動機有開環(huán)控制系統(tǒng)，閉環(huán)控制系統(tǒng)，和半閉環(huán)控制系統(tǒng)三種。由于閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)在使用過程中需要增加比如反饋部件，控制部件，檢測部件等，對于使用成本大大增加，與步進電動機價格相對較低的優(yōu)點不符，所以，在實際的步進電動機應用當中使用較少。而開環(huán)控制系統(tǒng)相對簡單，使用較為容易，使用時所需的成本較低，較為廉價所以在實際生產(chǎn)生活中，使用開環(huán)控制系統(tǒng)較為常見。比如步進電動機在數(shù)控系統(tǒng)中的應用。對于數(shù)控系統(tǒng)來說步進電動機時不可缺

27、少的重要部件。以單片機控制系統(tǒng)作為對步進電動機的控制方式，再以步進電動機作為控制的執(zhí)行部件，這樣的組合結構簡單，價格低廉，非常適合在相對要求經(jīng)濟節(jié)約的數(shù)控系統(tǒng)中使用。而且在使用中配上其他的一些檢測，反饋控制的部件，就可以進行精度較高的工作。</p><p>　　在驅(qū)動技術方面，也產(chǎn)生了單電壓驅(qū)動，以改變電路中的時間常數(shù)來提高步進電機的高頻特性的方式；高低壓驅(qū)動技術，加大繞組的電流來控制電機的出力；恒流斬波驅(qū)動技術

28、，使用斬波的技術，改變流過繞組的電流波形，使電流的有效值增加，來控制步進電機的轉矩；細分驅(qū)動技術，僅僅改變相應繞組的部分電流得到對步進電機的旋轉控制。國內(nèi)外對步進電機的研究越發(fā)完善，性能越來越強，可以看出步進電機的的發(fā)展前景非常廣闊，對步進電機的研究也顯得非常重要。</p><p>　　1.3 論文研究的目的</p><p>　　本次設計的研究目的是加深人們對于步進電機的了解，包括步進電

29、機的分類、結構，工作原理與工作特性。著重了解反應式步進電機的結構、工作方式與工作原理。最后對于步進電機的調(diào)速在單片機控制方式下進行介紹了解與分析研究，論證單片機控制步進電機的方式存在的優(yōu)點。</p><p>　　第2章 步進電機的特點、分類</p><p>　　2.1 步進電動機的運行特點</p><p>　　步進電動機有以下這些特點：</p>&

30、lt;p>　　1、步進電動機具有良好的跟隨性，轉動過程中不會產(chǎn)生誤差積累。</p><p>　　2、步進電動機的輸入脈沖與轉動的角度嚴格成正比，同樣步進電動機的輸入脈沖的頻率也嚴格與它的轉速成正比。</p><p>　　3、步進電動機和它的驅(qū)動系統(tǒng)可以組成簡單、廉價的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。</p><p>　　4、步進電動機的動態(tài)響應較好，對于啟動、停止、正反轉以及變

31、速的控制較容易，且在停止時存在自鎖現(xiàn)象。</p><p>　　5、步進電動機驅(qū)動時，不能直接使用交流或者直流電源，只能使用脈沖電源來驅(qū)動。</p><p>　　6、步進電動機工作時會有失步和震蕩的現(xiàn)象，需采取相應的措施進行處理。</p><p>　　7、步進電動機的帶慣性負載能力相對較差，且在運行時產(chǎn)生較大的噪聲和振動。</p><p>　　

32、8、步進電動機在低速運行的情況下也可以獲得較大的轉矩，可以在很寬的范圍內(nèi)對速度進行平滑調(diào)節(jié)，因此可以直接驅(qū)動負載而不用減速裝置。</p><p>　　2.2 步進電機的分類</p><p>　　步進電機的種類有很多，有機械式，電磁式，組合式。在現(xiàn)實生產(chǎn)生活中通常情況下的分類是按照它的轉子的結構來進行的。</p><p>　　永磁式步進電動機（PM型）</p&

33、gt;<p>　　PM（Permanent Magnet，永久磁鐵）型轉子為內(nèi)轉子的永磁式步進電動機。轉子本身為永磁材料，可作為磁源。轉子的極數(shù)與定子的一樣，所以一般來說步矩角比較大。永磁式步進電機的輸出轉矩較大，動態(tài)性能良好。相比反應式步進電機來說，永磁式功率消耗較低。不過在啟動時，運行的頻率較低，需要正負脈沖信號的供給。</p><p>　　2. 反應式步進電動機（VR型）</p>

34、<p>　　反應式步進電動機的轉子由硅鋼片或者電工純鐵棒等軟磁材料制成的，轉子外表面多齒狀結構，而轉子中沒有繞組（轉子的齒槽在轉動過程中磁阻會發(fā)生變化，因此被稱為變磁阻電機，簡稱VR）。在它運行時，定子線圈通電，定子的磁極產(chǎn)生磁化，吸引轉子齒從而產(chǎn)生轉矩，使電機移動。反應式步進電機的結構較為簡單，因此生產(chǎn)成本相對較低，可以把步矩角做到很小，但是缺點是動態(tài)性能較差。</p><p>　　混合式步進電動

35、機（HB型）</p><p>　　混合式步進電動機結合了反應式步進電動機和永磁式步進電動機兩者的優(yōu)點，它即有永磁式步進電機的輸出轉矩大，動態(tài)性能好的優(yōu)點，也有反應式步進電機的步鉅角較小的優(yōu)點。不過它的缺點是結構太復雜，使用的成本較高。</p><p>　　由于反應式步進電動機的性價比相對較高，因此在很多領域中，反應式步進電機得到廣泛的應用，尤其在單片機控制系統(tǒng)中。</p>&

36、lt;p>　　下面我就著重介紹反應式步進電動機的結構和工作原理。</p><p>　　第3章 反應式步進電動機的結構與工作原理</p><p>　　3.1 反應式步進電動機的結構</p><p>　　下面是一個三相反應式步進電動機的結構示意圖：</p><p>　　圖3.1 三相反應式步進電動機</p><p&

37、gt;　　在上圖中我們可以看出，三相反應式步進電動機分為轉子和定子兩個部分，它以硅鋼片疊成定子。在定子的鐵心上有6個大齒，它們的形狀相同，且在每個大齒上都纏繞著一個線圈，兩個相對的大齒為一對，共有3對大齒，每兩個大齒之間有60°的夾角。這樣的一對大齒上纏繞的線圈串聯(lián)起來就是一相的繞組。這樣的3對大齒就形成3個繞組。這樣我們可以得出，四相步進電動機就有4個繞組，五相步進電動機就有5個繞組……在每個大齒的內(nèi)表面又均勻分布著多個小齒

38、，這些小齒的大小相同，它們之間的間距也相同。</p><p>　　轉子是圓柱形鐵心形狀的，制作的材料則是軟磁材料，在它的外表面也有和定子磁極上的小齒相同的小齒均勻分布著，它們間距一樣，外形也相似。</p><p>　　兩種小齒的間距都相同，大小形狀也相同，所以，不論轉子還是定子上的小齒，它們的齒距角度都可以用下面的公式來計算，其中的Z為轉子的齒數(shù)。</p><p>

39、<b>　?。?-1）</b></p><p>　　如，轉子的小齒數(shù)量為50，那么齒距角就是 </p><p>　　在設計時應當注意轉子的齒數(shù)要能被2整除卻不能被相數(shù)整除，當對某一相的繞組進行通電，轉子自由轉動時，這一相的大齒上附著的小齒就會把轉子上相近的小齒吸引過來，使得電動機轉動，直到定子上的小齒與轉子上的小齒位置對齊為止。而其他幾個大齒上的小齒則和轉子上的小齒

40、錯開，形成錯齒位，并且要求達到1/3的齒距。步進電動機能夠正常旋轉，就必須要產(chǎn)生錯齒，這是前提條件。所以，錯齒的結構在步進電動機中必須存在。</p><p>　　反應式步進電動機是以電磁力來作為電機運動的動力的。轉子在電磁力的作用下被推到最小磁阻也就是最大磁導率的位置，即定子小齒與轉子小齒的位置對齊的時候，且這時轉子處于平衡狀態(tài)（如圖3.2 （1）所示）。在三相步進電動機運行時，某一相的磁極達到最大的磁導率的位置

41、時，其余的兩相磁極一定沒有達到最大磁導率的位置，也就是定子小齒和轉子小齒位置不對其的時候（如圖3.2 （2）所示）。</p><p>　　圖3.2 磁導現(xiàn)象表現(xiàn)于定子小齒與轉子小齒之間</p><p>　　3.2 反應式步進電動機的工作原理和方式</p><p>　　3.2.1 反應式步進電動機的工作原理</p><p>　　下面是對反

42、應式步進電動機運行原理的分析：</p><p>　　要使電動機轉動，則要對錯齒狀態(tài)的那一相通電，然后，在電磁力的作用下，轉子便會轉動向磁阻最小或者磁導率最大的位置轉動，即，轉動會趨向?qū)X的狀態(tài)，正是基于這樣的原理，步進電動機才能轉動起來。</p><p>　　下面，我們可以通過下面的圖形（圖3.3）來進一步了解步進電動機的轉動原理。</p><p>　　圖3.3

43、步進電動機的工作原理圖</p><p>　　當開關Ka閉合時，A相的繞組得電，從而使得A相的磁場建立，A相上定子磁極上的小齒同轉子上的小齒相對，形成對齒，而在B相與C相上的小齒與轉子上的小齒則形成錯齒。</p><p>　　同理，斷開開關Ka，閉合開關Kb，使得B相繞組得電，并建立成磁場。此時B相的小齒與轉子小齒處于錯齒狀態(tài)，而轉子將會在電磁力的作用下轉動，直到轉子與B相形成對齒的位置為止

44、。之后，三相定子與轉子的狀態(tài)分別是：轉子轉動了1/3個齒距角；A相與最初相比轉動了2/3個齒距角；B相則與轉子形成對齒；而C相和轉子相錯了1/3個齒距角。</p><p>　　同樣的，將B相斷電之后，與以上的情況相同，C相在開關Kc閉合之后得電形成磁場，轉子再轉動1/3個齒距角，使得C相的小齒與轉子形成對齒現(xiàn)象，同時，轉子與A相之間錯開了1/3個齒距角轉子與B相之間也錯開了2/3個齒距角。</p>

45、<p>　　C相斷電再將A相通電也是一樣，轉子在轉過了1/3齒距角后，與A相定子上的小齒形成對齒，而與B相、C相形成錯齒。最終，經(jīng)過這三步的運動，三相的狀態(tài)回到最初的時候，只不過轉子總共正好轉過了一個齒距角。</p><p>　　由此可以看出，對各相的繞組通電按照A→B→C→A的順序，則磁場將按照A→B→C的方向轉動360°，轉子也沿著同樣的方向轉動一個齒距角。</p><

46、p>　　同理，如果通電的方向相反，即沿著A→C→B→A的順序驚醒通電，那么轉子轉動的方向也將相反。</p><p>　　如果在以上的操作中，對繞組每通電一次定義為一拍，那么對于三相反應式步進電動機的三組繞組通電一輪就是三拍。轉子每走一步需要一拍，而三拍之后轉子就轉過一個齒距角。</p><p>　　我們將轉子每一拍所轉過的角度定義為步距角，計算公式如下所示：</p>&

47、lt;p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　這其中的N為步進電動機工作的拍數(shù)。</p><p>　　比如，某臺三相反應式步進電動機轉子上共均勻分布有40個小齒，轉動了3步，則步矩角 這其中齒矩角為9°，這樣轉動了3步，則每一步的步矩角為3°。</p><p>　　由上面的分析可以得出反應式

48、步進電動機對于結構是有一定的要求的。</p><p>　　必須能使定子繞組與轉子上的小齒形成錯齒，因此，定子繞組上磁極上的分度角不允許被齒距角整除。</p><p>　　必須能使定子繞組與轉子上的小齒形成對齒，因此，定子繞組磁極上的分度角除以齒距角之后所得余數(shù)應當是步矩角的倍數(shù)，并且，倍數(shù)的數(shù)值與相數(shù)的數(shù)值不能有公因子。</p><p>　　3.2.2 反應式步進

49、電動機的三種工作方式</p><p><b>　　1、單三拍工作方式</b></p><p>　　單三拍工作方式，即對三相步進電動機的繞組按照A→B→C→A的方式通電時，電機的工作方式。這其中，每次僅僅對一個相的繞組通電即單三拍的“單”。而“三拍”則是指磁場要完成一周的旋轉，即轉子轉完了一個齒距角，就要進行3次換相。同理，對于多相的步進電動機來說，每次僅僅對一個相的繞

50、組通電，要使磁場完成一周的旋轉，就要換相多少次，即多少拍。</p><p>　　對于以單三拍工作方式下的反應式步進電動機來說，它的步矩角可以按照上面的公式（3-2）計算。</p><p>　　對于在單三拍工作方式下的步進電動機來說，各相通電之后的波形如下圖所示：</p><p>　　圖3.4 單三拍工作方式下的相電壓和相電流的波形</p><p

51、>　　在上圖的波形中，方波表示電壓波形，而兩段指數(shù)曲線則表示電流波形。形成兩段指數(shù)曲線的原因是，步進電動機的繞組有電感，當繞組得電時，電流的快速變化會被電感阻止；通電的繞組斷電時，在繞組中儲存著的電能會釋放出來形成電流。其中，電流上升曲線的上升時間是由回路中的時間常數(shù)決定的。不過這樣的電流卻并不是我們所期望的，我們所期望的電流是像電壓一樣的方波，因為這樣的電流能在繞組得電時快速產(chǎn)生磁場，而且在斷電時不會產(chǎn)生干擾磁場對其他磁場產(chǎn)生干

52、擾，這一點不同于其他的電動機。</p><p>　　我們可以有很多方法實現(xiàn)這一個目的，比如一種比較有效的方法就是把一個電阻串聯(lián)在續(xù)流二極管的回路當中。這樣，在繞組斷電時，繞組中儲存的電能在釋放時會消耗在續(xù)流二極管回路的電阻上。之后，電流下降的速度會很快，下降的時間會減少，產(chǎn)生的干擾磁場存在的時間也會減少，對其他磁場的影響也會大大減小。</p><p><b>　　2、雙三拍工作方

53、式</b></p><p>　　三相步進電動機在通電時除了采用單三拍的通電方式之外，也會采用其他的通電方式。其中，雙三拍工作方式也是也是比較常見的一種。下面，我們就了解一些關于雙三拍工作方式的內(nèi)容。</p><p>　　與單三拍的工作方式類似，“三拍”指的就是換相三次才能使磁場旋轉一周，即轉子轉動一個齒距角?！半p”則表示的是每次通電時要兩相同時進行。與前面對單三拍工作方式的推斷

54、類似，雙三拍工作方式下，要使步進電動機正轉，則應該對各相按照AB→BC→CA的順序通電。同理，反轉時通電按照BA→AC→CB的順序。</p><p>　　由于雙三拍工作方式與單三拍工作方式相似，轉子需要3拍才能轉過一個齒距角。因此，在計算步距角時與單三拍時相同，也是按照前面的公式3-2來計算。</p><p>　　各相的電壓與電流波形在雙三拍工作方式中如下圖3.5所示</p>

55、<p>　　圖3.5 雙三拍工作方式時每一相的電壓與電流波形圖</p><p>　　從上圖中可以看出，在每一拍的中，都有兩相的繞組通電，且每一相都有持續(xù)兩拍的通電時間。因此，我們可以看出，相對于單三拍，雙三拍的工作方式消耗的電能更多，功率更大，當然，電機輸出的轉矩也更大。</p><p>　　與單三拍相比，雙三拍工作方式下各相產(chǎn)生的磁場形狀有明顯的不同，如下圖</p&g

56、t;<p><b>　　3.6所示。</b></p><p>　　圖3.6 雙三拍工作方式下各相的磁場分布</p><p>　　雙三拍工作方式下磁導率最大的時候，定子與轉子并沒有處于對齒的位置，這是雙三拍與單三拍工作方式的另一個明顯的區(qū)別。具體如下圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 雙三拍工作方式下各相通電時定子與轉

57、子的對齒情況</p><p>　　如上圖所示，當AB兩相都得電時，當AB兩相的小齒分別與轉子齒錯開1/6個齒距角的大小時，磁導率才能達到最大，而在這個時候，C相的小齒與轉子正好錯開1/2個齒距角，如圖3.7.1所示。由上可知，在磁導率達到最大的時候，不存在定子與轉子的對齒現(xiàn)象。此時，定子和轉子在A與B′兩相磁極產(chǎn)生的磁場的作用下產(chǎn)生的相互作用電磁力矩恰好大小相等，并且方向相反，如此，轉子正好處在平衡狀態(tài)。<

58、/p><p>　　同樣，在給BC兩相通電之后，我們可以發(fā)現(xiàn)在BC兩相的小齒分別與轉子小齒形成1/6個齒距角時，即A相小齒與轉子小齒形成1/2個齒距角的位置，如圖3.7.2，轉子處在平衡狀態(tài)。給CA兩相通電時也一樣，在CA兩相的小齒分別于轉子小齒形成1/6個齒距角的時候轉子處在平衡狀態(tài)，如圖3.7.3。</p><p>　　雙三拍工作方式下不容易產(chǎn)生失步，這也是雙三拍的另一個優(yōu)點。由圖3-5和圖

59、3-7可以看出，當步進電機的兩相繞組得電時，由于繞組中的電流最大值不同，產(chǎn)生的磁場也不同，導致電磁力的作用方向也不相同，因此，其中一相的電磁力起了阻尼作用。而阻尼作用也會隨著繞組中電流的增大而變大。這樣會對步進電動機工作在低頻區(qū)產(chǎn)生便利。對于單三拍工作時，由于通電只是對單相進行，因此不會產(chǎn)生阻尼作用，步進電動機在低頻區(qū)工作時，步進電動機能量會隨著通電時間長而變大，導致電機發(fā)生失步的現(xiàn)象。</p><p><

60、b>　　3、六拍工作方式</b></p><p>　　三相步進電動機還有一種比較常見的工作方式，六拍工作方式。這種工作方式也被稱作單三拍法或者1—2相勵磁法，它是一種單三拍工作方式與雙三拍工作方式交替使用的方法。</p><p>　　對于六拍工作方式來說，與單三拍雙三拍工作方式最大的區(qū)別就是：正傳時，步進電動機各相繞組通電的順序為：A→AB→B→BC→C→CA。同理，反向

61、轉動時通電順序為：A→AC→C→CB→B→BA。通過上面可以看出，轉子要轉動一個齒距角，即磁場完成一周的旋轉，對繞組的通電要進行6次換相，這便是所謂的“六拍”。</p><p>　　由公式3.1可以得出，轉子需要六拍才能轉過一個齒距角，因此，在六拍工作方式下的步矩角要比單三拍和雙三拍工作時小一半，這樣，六拍工作方式的步進精度要比前兩種高出一倍。</p><p>　　下圖是六拍工作方式時通過

62、各相繞組的電壓和電流波形。</p><p>　　圖3.8 六拍工作方式下各相的電壓電流波形</p><p>　　從上圖可以看出，六拍工作方式中，有三拍采用單相通電，有三拍則是采用雙相通電。而觀察其中某一相的波形可以看出，在六拍周期的方波電壓波形中，分別有三拍連續(xù)通電和斷電。</p><p>　　下面，我們可以列一張表格，對單三拍、雙三拍和六拍三種工作方式的特點進行

63、分析。</p><p>　　表3-1 三相反應式步進電動機三種工作方式特點的比較</p><p>　　步進電動機在運行時選擇好的工作方式很重要，對于三種工作方式的特點比較都已經(jīng)在表3-1中列出，從表中的“高頻性能”、“轉矩”、“振蕩”、“功耗”等項目可以看出六拍工作方式下步進電機的性能比較好，而單三拍工作方式則較差。因此，在實際使用中，六拍工作方式對提高步進電動機的工作性能有著很大的幫助

64、。</p><p>　　第4章 單片機控制步進電動機的研究</p><p>　　單片機控制步進電動機是一種結合了軟件與硬件的一種控制方法，它使用軟件來實現(xiàn)對步進電動機輸入脈沖的分配，使步進電動機的控制效果得到不少的提升。并且，在當今社會生產(chǎn)發(fā)展越來越先進，自動化控制的程度越來越高，而單片機以其強大的功能，價格相對低廉，性價比高等優(yōu)點而深受人們的信賴。單片機在使用過程中還可以增設大量的外圍

65、設備，以增加功能：設置一個鍵盤對步進電動機實現(xiàn)正反轉，啟動，停止等控制；連接顯示器可以顯示步進電動機正反轉等工作時的狀態(tài)。在單片機控制下，可以把復雜的控制過程用自動化控制的方式來實現(xiàn)，使得控制精度得帶很大的提高。而且在設計成功的單片機電路也可以應用于其他多相的步進電動機，使通用性靈活性得到提高。</p><p>　　單片機對步進電動機的控制時通過控制信號來完成的，它主要的做用是對步進電動機換相的順序控制，對步進電

66、動機正反轉的控制，對步進電動機轉動速度的控制。</p><p>　　在單片機對于步進電機換相順序的控制中，我們一般會將換相這個過程稱為脈沖的分配。步進電動機會嚴格的按照工作方式來進行換相通電。比如三相反應式步進電動機在以單三拍工作方式運行時，它的通電換相的順序必須使按照A→B→C的順序來進行，并且ABC各相的通電斷電也必須要按照這一順序來進行。</p><p>　　對步進電動機正反轉的控制

67、。在前面我們已經(jīng)介紹過對于三相反應式步進電動機的的正反轉是各相的的通電順序。比如單三拍工作時的三相反應式步進電動機，正傳時通電的順序為A→B→C，則對各相按照C→B→A的順序通電，電動機就會反向旋轉。</p><p>　　對步進電動機轉動速度的控制。同樣，前面我們提到了要使步進電動機轉動一步，則需要對步進電動機發(fā)送一個控制脈沖，步進電動機接到多少的控制脈沖就會轉動多少步。而在一定時間中接受到脈沖控制信號越多，步進

68、電動機轉動的速度就越快。</p><p>　　下面，我們來具體的了解下單片機是如何實現(xiàn)對步進電動機的各項的控制的。</p><p>　　4.1單片機對控制脈沖的分配</p><p>　　這里有兩種方法可以對步進電動機的通電換相也就是脈沖分配進行控制，軟件法和硬件法。</p><p><b>　　軟件法</b></p

69、><p>　　軟件發(fā)，就是完全通過按照預定的步進電動機控制方式與控制要求來設計的單片機程序，控制單片機的I/O接口發(fā)出控制脈沖 ，發(fā)往驅(qū)動電路，再由驅(qū)動電路來控制步進電動機。</p><p>　　圖4.1 單片機控制三相步進電動機的接口電路圖</p><p>　　如上圖便是一個三相步進電動機由單片機控制的具體的實例，這里采用的單片機型號是AT89C51，這時屬于51單

70、片機系列的一種，與8051、MSC51等51單片機的功能作用大致相同，不過前者是后者的升級版，在功能方面有些加強，不過在程序上卻是可以兼容的。</p><p>　　在這里我們使用8051單片機來對單片機的軟件法進行了解。對于步進電動機，使用多相的步進電動機會更具有普遍性，因此下面我們利用五相步進電動機在十拍的工作方式下作為執(zhí)行元件來設計。</p><p>　　五相步進電動機在十拍的工作方式

71、下對繞組通電換相的順序：正傳時AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB,反轉時則是倒過來AE→AED→ED→EDC→DC→DCB→CB→CBA→BA→BAE。總共通電狀態(tài)有十種。在這里，我們使用8051單片機的P1.0—P1.4這5個接口來傳輸對步進電動機的控制信號。我們把繞組通電定義為0，斷電則定義為1，那么各相通斷電就可以用數(shù)字代替，再把這10個狀態(tài)用10個十六進制的控制字表示，得出下面的表格。</

72、p><p>　　其中P1.0—P1.4分別代表五相中的A B C D E相。</p><p>　　表4.1步進電動機五相十拍工作時各相通電狀態(tài)輸入單片機的控制字</p><p>　　在單片機中，這10個控制字就代表了步進電動機的“十拍”，將這10個控制字輸入到P1接口，則步進電動機的驅(qū)動電路會接收到單片機輸出的控制信號，對步進電動機進行控制。每當輸入一個控制字，步進電動

73、機就運動一拍10個控制字都輸入一遍，步進電動機就轉過一個齒距角。這就是單片機控制步進電動機的原理。把步進電動機運動了第幾拍用狀態(tài)計數(shù)器R0來表示，定義正傳時R0+1，反轉時R0-1，則可以設計出以下程序：</p><p><b>　　正傳時：</b></p><p>　　CW: INC R0</p><p>　　CJN

74、E R0，#0AH,ZZ</p><p>　　MOV R0，#00H</p><p>　　ZZ: MOV A,R0</p><p>　　MOV DPTR,#ABC</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p&g

75、t;　　MOV P1，A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　ABC: DB 0FCH, 0F8H, 0F9H, 0F1H, 0F3H</p><p>　　DB 0E3H, 0E7H, 0E6H, 0EEH, 0ECH</p><p>　　反轉時的程序也類似：<

76、;/p><p>　　CWW: INC R0</p><p>　　CJNE R0，#0AH,ZZ</p><p>　　MOV R0，#00H</p><p>　　FZ: MOV A,R0</p><p>　　MOV DP

77、TR,#ABC</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P1，A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　不過軟件法在實際的使用過程中會產(chǎn)生一些問題，比如在步進電動機的工作過程中，使用了軟件法則單片機會不停產(chǎn)生控制脈沖，單片機

78、的時間會大量的被占用，這樣會導致單片機不能再進行其他的工作，比如檢測等等。所以，人們有研究出了硬件法以彌補軟件法的缺點。</p><p>　　脈沖分配用硬件來實現(xiàn)</p><p>　　對于步進電動機的通電換相所需的控制信號，硬件法是以專用的脈沖分配芯片來完成的。</p><p>　　這種脈沖分配芯片有很多種類，其中一種8713芯片在單片機控制系統(tǒng)中使用較為常見，這里

79、我們就以這種芯片來介紹。8713芯片是一種專門用于三相和四相步進電動機控制的一種芯片。對于三相四相的步進電動機，可以選擇不同的工作方式：單三拍、雙三拍、六拍、單四拍、雙四拍、八拍。</p><p>　　8713芯片可以有單時鐘輸入或者雙時鐘輸入兩種方式可以選擇。并且在控制功能方面也有正反轉控制，復位，改換工作方式等功能。在芯片內(nèi)部設有斯密特整形電路，使芯片的抗干擾能力得到提高。</p><p&

80、gt;　　下面表格是8713芯片的各個引腳的功效說明</p><p>　　對于8713芯片與單片機和步進電機驅(qū)動之間的接線如下圖所示</p><p>　　圖4.2 步進電動機四相八拍工作方式下8713芯片接線圖</p><p>　　如上圖所示的8713芯片接線圖中，是基于步進電動機的四相八拍工作方式來連接的。在使用單時鐘的方式輸入信號，在上表中所示8713的各個等引

81、腳的功能，我們可以根據(jù)上面的表格來連接。這種硬件法在脈沖分配上使用了8713芯片，減輕了單片機的負擔。</p><p>　　4.2 單片機控制步進電機的轉速</p><p>　　又上面的分析可以得出，步進電動機轉動是由接收到脈沖，從而轉動的，那么我們可以加快對于脈沖的發(fā)送，從而加快步進電動機的轉動速度。這就是對步進電動機速度的調(diào)節(jié)原理。而對于單片機的軟件法來說，可以通過調(diào)節(jié)輸入控制字的速度

82、來調(diào)節(jié)步進電動機的轉速，而對于芯片法，可以通過改變輸入脈沖信號的方式來調(diào)節(jié)步進電機的轉速。</p><p>　　在上面的分析中,我們可以得出兩種對步進電動機調(diào)速的方法。</p><p>　　使用軟件的方法延時，不過這種方法會占用很多的單片機時間內(nèi)存，使用效果不是很好。</p><p>　　二、是使用定時器中斷。這種方法只要調(diào)節(jié)中斷程序中的定時器的時間常數(shù)就行了，這樣

83、對于單片機時間的占用比較少，對于很對單片機都比較使用，實用性比較高。下面我們來詳細的了解這種方法的具體信息。</p><p>　　這種方法主要是利用了定時器來完成的，這里的定時時間常數(shù)是利用單片機機器周期與給定的脈沖頻率通過計算得出的。當定時時間到了，P1.0的電平就會在中斷程序執(zhí)行時改變，這樣，用于調(diào)速的方波信號的頻率就得到改變，使步進電動機的轉速改變。下面，我們以定時器T0，工作方式1來設計一個中斷程序。這里

84、把時間常數(shù)儲存于內(nèi)部RAM 30H 和31H中。那么程序設計為</p><p>　　AA： CPL P1.0</p><p>　　PUSH ACC</p><p>　　PUSH PSW</p><p>　　CLR TR0</p><p>　　MOV A, TL0</p>

85、<p>　　ADD A,#08H</p><p>　　ADD A,30H</p><p>　　MOV TL0，A</p><p>　　MOV A,TH0</p><p>　　ADDC A,31H</p><p>　　MOV TH0，A</p><p&g

86、t;　　SETB TR0</p><p>　　POP PSW</p><p>　　POP ACC</p><p><b>　　RET1</b></p><p>　　要求調(diào)解轉速的指令可以通過外接一個鍵盤，通過鍵盤來發(fā)出指令，這樣通過程序來根據(jù)既定的速度值來計算時間常數(shù)并且儲存到30H和31H中，這樣

87、運行程序時就能改變脈沖信號的頻率，從而實現(xiàn)調(diào)速。在采用這種方法的同時，不會產(chǎn)生與軟件法那樣的缺點，所以這種方法的使用較為普遍。</p><p>　　4.3 單片機控制步進電動機的加減速</p><p>　　在上面我們介紹了用單片機來控制步進電動機的速度，但是轉速不可能突變，而且在工作中，步進電動機的轉速也不可能總是保持著恒定的速度，會有一個加減速的過程，這個過程也需要進行控制。下面，我們

88、就討論一下步進電動機的加減速的問題。</p><p>　　當步進電動機工作時，總會先加速，再勻速，最后減速，不能直接進入勻速的狀態(tài)，也不能突然停止，否則會造成步進電動機的不正常運行，影響工作精度的同時對步進電動機造成損壞。不過如果加減速太慢，又會影響生產(chǎn)效率，所以，步進電動機運行前后一定要有在保證安全運行前提下的最快速度的加減速。下面我們就來介紹這個過程。</p><p>　　圖4.3

89、步進電動機的速度曲線</p><p>　　上面是步進電動機運行時比較常見的速度曲線，這樣的曲線一般是從實驗或者實際中得到了，并沒有固定的模式。在上圖中，有勻加速和變加速兩種方式，在勻加速時，加速度不變，但由于步進電動機轉速和轉矩的關系不是線性的，那么在運行過程中，轉速增加轉矩會下降，而轉矩不足會使電機失步，因此，這在實際中這種曲線不是好的選擇。而非勻加速曲線在實際中運用的情況比較普遍。</p>&l

90、t;p>　　在實際當中，非勻加減速的情況還有幾種特殊的情況。比如，需要步進電機運動的距離很短，則電機轉動的速度升不到最高，所以這種情況不需要加減速；如果需要步進電機運行的路程較近，則有加減速，但是不需要勻速；只有距離較遠的情況才會需要勻速的過程。而勻速時，步進電動機的轉速會盡可能高，來提高工作效率。</p><p>　　上面已經(jīng)介紹了單片機是如何對步進電動機進行轉速的控制的，對于51系列單片機來說，它的定時

91、器屬于+1定時器，所以，在步進電動機轉速增加或者降低時，定時常數(shù)要相應地增加或減小。</p><p>　　單片機控制步進電機的位置</p><p>　　步進電動機在工作過程中，總是從一個位置運動到另一個位置，這樣，我們也可以通過對位置的控制來控制步進電動機的運行。這也是步進電動機的一個特點，它只要簡單的開環(huán)控制就能夠使步進電機完成比較精確的運行，在實際中使用較為廣泛。</p>

92、<p>　　在位置控制中，有兩個重要參數(shù)。</p><p>　　第一個參數(shù)，步進電機當前的位置，也叫絕對位置。這個參數(shù)是有極限的，它不能超過步進電機的運動范圍，否則就必須發(fā)出警報。</p><p>　　第二個參數(shù)，從絕對位置到步進電機的目的地的距離，可以計算出電機需要走的步數(shù)，在通過鍵盤來輸入到單片機中。</p><p>　　這種控制方法，我們可以通過對

93、電機運動步數(shù)的控制來實現(xiàn)，電機走過一步，則總的步數(shù)減1，等電機完成工作，剩余的步數(shù)為0。這時，可以用這個0作為一個控制信號，來控制步進電動機停止工作。當然，這里也需要對步進電機的反轉做出設置，反轉時步數(shù)-1，這樣就可以用控制位置的方式對步進電動機的運行做出控制。</p><p>　　第5章 單片機控制步進電機調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)越性</p><p>　　前面已經(jīng)大致上介紹了單片機對步進電動機工作中

94、的幾個重要方面的控制，包括步進電機通電換相、步進電機正反轉以及運行時的速度控制等。下面，我們就以一個單片機控制下的步進電動機的調(diào)速系統(tǒng)來具體的了解單片機控制的優(yōu)越性。</p><p>　　5.1 單片機控制步進電機調(diào)速實例</p><p>　　在實際的生產(chǎn)過程中，由于步進電動機啟停頻繁，如果控制不恰當，就會造成步進電動機的過沖和失步等現(xiàn)象。因此，對于步進電動機的調(diào)速控制一直是研究的重點之

95、一。由于單片機控制有著功能強大，使用性強，控制精確且穩(wěn)定性和可靠性高，適應能力強等一系列優(yōu)點，所以，單片機一直是作為步進電機控制系統(tǒng)的核心，對步進電機的高性能穩(wěn)定工作起到非常重要的作用。</p><p>　　這里，我們通過對一個單片機控制步進電機調(diào)速系統(tǒng)的部分接線圖和器件圖簡單的介紹，來大致了解單片機控制步進電機調(diào)速系統(tǒng)，并且從中了解單片機控制的優(yōu)越性。</p><p>　　下面是這個系統(tǒng)

96、的硬件接線圖</p><p>　　圖5.1步進電機硬件接線框圖</p><p>　　其中，這里對單片機采用的是AT89C51 ，驅(qū)動電路使用的是恒流斬波驅(qū)動電路，電機使用的是三相反應式步進電動機。顯示芯片使用的是CD4511芯片，鍵盤使用的是設計的電路。其中芯片與鍵盤電路如下圖5.2和5.3所示。</p><p>　　圖5.2 CD4511芯片的管腳</

97、p><p>　　圖5-1 CD4511芯片數(shù)字的顯示表</p><p>　　圖5.3 鍵盤電路</p><p>　　如上圖5.2和5.3所示，這是用于顯示電路的CD4511芯片和用于輸入的鍵盤電路。CD4511芯片主要是用于顯示步進電機的工作狀態(tài)的，如轉動速度，芯片主要進行編譯和驅(qū)動。顯示器的使用方法主要有兩種，一種是動態(tài)法，另一種是靜態(tài)法。如果靜態(tài)法，會占

98、用單片機本身的多個端口，這是一個缺點，而使用了動態(tài)法，占用端口較少，則不會產(chǎn)生這個缺點。鍵盤電路也是一樣。鍵盤電路主要用于對單片機輸入信號，來控制步進電機的工作，比如正傳反轉，啟動停止等，也是重要的部分。而使用了動態(tài)掃描的方法之后，同樣可以節(jié)約單片機的端口的使用。</p><p>　　驅(qū)動電路采用了恒流斬波驅(qū)動電路，可以解決電路中由于單電壓而使電流過大，電源效率較低，高頻響應較差等缺點，具體電路圖見附錄。<

99、/p><p>　　下圖為這個步進電機調(diào)速系統(tǒng)的主流程圖，如圖所示，系統(tǒng)通電之后，必須要求對各個參數(shù)進行初始化，防止使系統(tǒng)出現(xiàn)問題。之后，便可以等待按鍵來操作步進電機的運行了。</p><p>　　圖5.4 系統(tǒng)主流程圖</p><p>　　下面是系統(tǒng)的運行流程框圖，在初始參數(shù)都設定完成，以及顯示電路和鍵盤電路等都就位之后，始步進電機就可以開始工作了。主要的方法是按下鍵

100、盤，單片機得到信號，于是輸出脈沖，經(jīng)過驅(qū)動電路，來控制步進電機的具體的動作。這其中的脈沖輸出方式是按照中斷程序中的設定來的。</p><p>　　圖5.5 系統(tǒng)運行主流程圖</p><p>　　如圖5.6是系統(tǒng)待機的主流程圖，這里主要是系統(tǒng)處在待機狀態(tài)下，對于顯示電路和鍵盤電路狀態(tài)的測試，判斷顯示和鍵盤電路狀態(tài)是否正確，是否就位。</p><p>　　圖5.6

101、系統(tǒng)待機主流程</p><p>　　下面是系統(tǒng)具體的中斷流程圖</p><p>　　圖5.7 設計中的中斷流程圖</p><p>　　設計中的程序部分，這里只做簡略說明。程序由主程序，調(diào)速控制程序和定時器中斷程序組成。而主程序的功能是各個參數(shù)的設定以及初始化，子程序的調(diào)用。調(diào)速程序控制的是脈沖輸出和定時器啟停。定時器中斷程序設置了加減速和換檔標志。而其中的加減速判

102、斷則以剩余檔（臺階）數(shù)和剩余臺階內(nèi)步數(shù)來判斷。</p><p>　　5.2 對單片機控制系統(tǒng)優(yōu)越性的分析</p><p>　　該系統(tǒng)集中的對步進電機的多種控制條件的要求，性能良好，結構簡單，在實際應用中所有預期的功能都能正常實現(xiàn)，并且運行穩(wěn)定。其中，該系統(tǒng)能夠?qū)\行方式進行設定；對運行模式進行設定，對運行方向和步數(shù)進行控制，最后，可以對系統(tǒng)進行復位，使系統(tǒng)的功能得到完善。</p&g

103、t;<p>　　單片機控制步進電動機的基本原理的回顧，在第四章中，我們較為詳細的了解了單片機控制步進電動機的原理，這里，我們再簡要的回顧一下。步進電動機在接收到脈沖信號之后才會轉動，那么加快脈沖信號的發(fā)送就可以使步進電機加速轉動。而對步進電動機速度的控制方法，這里又有兩種方法可以選擇，軟件法和硬件法。不過在前面的介紹中，軟件法有一個較大的缺陷，就是會大量占用單片機的時間，所以大多數(shù)時候，我們會選擇硬件法。硬件法是利用了單片

104、機中的定時器中斷的方法。這種方法在調(diào)節(jié)定時器時間常數(shù)，是脈沖頻率隨著加減速而改變，這樣占用的單片機時間較少，并且實用性強。</p><p>　　對于步進電動機運行過程的速度曲線，這里采用勻加減速速度曲線。并且，這里給出了一種新的方法來對加減速過程進行處理。以加速為例：如圖5-8，加速時f可以按公式</p><p><b>　?。?-1）</b></p>

105、<p>　　來計算。其中，f為步進電機工作時的頻率。這里，如果用改變定時器的定時常數(shù)的方法來控制速度，由于編程和單片機本身資源的問題，會造成不便，所以，這里再對步進電機加速過程進行處理，如下圖5.9所示。這里把步進電機加速過程作離散處理，用階梯形的曲線來代替原來的速度曲線。假設Δt足夠小，則這條階梯式曲線可以近似看做原來的直線。</p><p>　　圖5.8 勻加減速過程

106、 圖5.9 階梯形加速</p><p>　　那么，對于階梯式曲線，可以表示為</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中為步進電動機最高速度時頻率。再假設階梯共有N檔，則每一檔中的頻率</p><p><b>　　（5-3） </b></p><

107、;p>　　其中k為檔數(shù)（1、2、3…）每一檔中步進電動機運行的步數(shù) （5-4）</p><p>　　那么加速過程中總共的步數(shù)為 （5-5）</p><p>　　根據(jù)上面的計算，在編寫程序時，要求用步進電機加速的時間算出每一檔需要走多少步。程序中，對于一檔的步數(shù)，走完一步就減去1，到剩余為0時，進行下一檔的運

108、行，同樣在檔數(shù)到達0的時候，加速的過程就完成了。</p><p>　　在設置每一檔中步進電機運行的步數(shù)時，要符合步進電機正常且高速運行的條件。一般為8到16之間。</p><p>　　下面是定時常數(shù)的計算。從公式（5-3）可以得出每一檔中，定時器的周期可以表示為</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p&

109、gt;　　如果使用單片機晶振頻率 ，而且定時器是16位的，那么</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　（5-8）</b></p><p>　　那么用C語言來表示定時器的值 （5-9）</p><p><b&