步进电机画图系统电路设计

1、1 引言 随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。 一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输

2、入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。步进电动机的驱动电源基本上由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成 图1. 步进电动机驱动电源的方框图步进电机的驱动电源形式多样，但其核心部分是脉冲分配器，它的作用就是将控制装置送来的一系列脉冲按一定的逻辑关系经功率放大后送给步进电机各相绕组，使其各相绕组按照预先规定的控制方式通电、断电，从而使步进电机产生步进运动。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。随着运动控制系统中数字化技术的

3、发展与成熟，步进电机在工业自动化控制中得到广泛的应用。步进电机是一种完成数字/模拟转换的执行元件。步进电机区别于其他控制用途电动机的最大特点是，步进电机接收数字控制信号（电脉冲信号），并将这些脉冲信号转换成与之相对应的角位移或直线位移。步进电机另一重要的特点 是其必须与相应的驱动电路配合使用，而且其工作性能在很大程度上取决于所使用的驱动电路的类型和实际参数。因此，步进电机驱动电路的设计是步进电机控制系统中的关键部分。1.1步进电机原理说明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

4、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。 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。 在实时控制领域，16位单片机由于其运算速度和精度已得到广泛的应用，尤其在工业过程控制及仪表中，16位单片机对于步进电机的精确控制具有特别重要的意义。在对某型船用燃油机的油门控制器的研制过程中,步进电机作为执行元件

5、，如何提高步进电机的运动平稳性、抗干扰性、可靠性成为研究的核心问题。 对于基于16位单片机的步进电机控制系统来说，驱动电源的输出直接作用于步进电机的绕组，因而驱动电源性能好坏直接影响步进电机的运行性能。1.2 步进电机的一些特点1). 一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。2)步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3)步进电机的力矩会随转

6、速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。5).步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它

7、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。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：(a)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-CD,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。(b)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。(c)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

8、发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。1.3控制系统对步进电动机的基本要求是：1）在一定的速度范围内步进电动机能稳定运行，输出轴转过的步数必须等于输入脉冲数，既不能多走一步也不能少走一步，即不能出现所谓的“失步”现象。 2）每输入一个脉冲信号，输出轴所转过的角度称为步距角，该值要小而且精度要高，这样才能使工作台的位移量小而且准确和均匀，从而可以提高加工精度。 3）允许的工作频率高，这样才能动作迅速，减少辅助工时，提高生产率。 1.

9、4  步进电机的一些基本参数： 1.4.1 电机固有步距角：       它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表 示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 1.4.2 步进电机的相数：      是指电机内

10、部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步 距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主 要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。1.4.3 保持转矩（HOLDING  TORQUE）：      是指步进电机通电但没有转动时

11、，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随 速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特 殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。1.4.4 DETENT  TORQUE： 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT  TORQUE  在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETE

12、NT TORQUE。2 系统方案选择与论证2.1 设计要求 设计一电机控制系统，利用动滑轮，静滑轮和绳索的索引带动画笔在倾斜角度为85°的平面上画图。在一白色底板上固定两个滑轮，两只电机（固定在板上）通过穿过滑轮的吊绳控制一物体在板上运动，运动范围为80cm×100cm。物体的形状不限，质量大于100克。物体上固定有浅色画笔，以便运动时能在板上画出运动轨迹。板上标有间距为1cm的浅色坐标线（不同于画笔颜色），左下角为直角坐标原点, 示意图2如下: 图2 实物图2.1.1 基本要求 （1）控制系统能够通过键盘或其他方式任意设定坐标点参数； （2）控制物体在80cm&

13、#215;100cm的范围内作自行设定的运动，运动轨迹长度不小于100cm，物体在运动时能够在板上画出运动轨迹，限300秒内完成； （3）控制物体作圆心可任意设定、直径为50cm的圆周运动，限300秒内完成； （4）物体从左下角坐标原点出发，在150秒内到达设定的一个坐标点(两点间直线距离不小于40cm)。2.1.2 说明1、物体的运动轨迹以画笔画出的痕迹为准，应尽量使物体运动轨迹与预期轨迹吻合，同时尽量缩短运动时间；2、在某项测试中运动不超过限定的时间， 3、运动轨迹与预期轨迹之间的偏差不超过4cm时，4、在基本要求(3)、(4)和发挥部分(2)中，物体开始运动前，允许手动将物体定位；开始运

14、动后，不能再人为干预物体运动；2.2 系统总体设计方案根据设计要求，本系统可以划分为运动控制部分和信号检测部分.其中运动控制部分包括：控制器小模块、键盘显示模块、存储器模块，电机驱动模块。信号检测部分由光电检测模块组成。方案一：整个系统的控制部分可采用LPC935作为其核心部分，考虑到物体做圆周运动时，为了比较精确的确立圆周上各个点到圆心的距离相等，可采用运动控制中常用到的一种算法。虽然LPC935速度比一般的单片机要快，但控制物体的运动要求不断的进行运算处理，使得计算量大，误差积累，程序冗长且复杂，最终不能满足设计预定的要求。方案二：采用单片机或可编程逻辑器件作为控制核心，外接片外存储器，把

15、物体运动中的每个点的坐标参数通过计算机可以很快算出相对应的数据，然后统一存储在片外存储器中，根据运动要求调用相应存储单元的数据即可。决定采用方案二，可以稳定可靠的控制物体做对应的运动。模块框图如图3所示。键盘显示模块光电检测模块数据存储模块控制器模块电机驱动模块 图3 运动物体基本结构框图为实现各个模块的功能，分别对几种不同的设计方案进行论证和选择。2.2.1 各个模块方案选择和论证（1） 控制器模块根据系统的要求，控制器主要是用于对键盘输入的参数处理，读取外部的数据，把这两个数据经过一定的算法进行运算，去控制电机的转动。对于控制器的选择有以下两种方案。方案一：采用CPLD（复杂可编程逻辑器件

16、）作为系统的控制器。CPLD可实现各种复杂的逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，速度快，稳定性高，易于软件仿真、调试，并且容易进行功能的扩展。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，CPLD的优势没有得到充分的体现，并且其价格昂贵，引脚多，使得硬件电路布线复杂，加重了电路设计中一些任务。方案二：采用ATMEL公司的AT89S52，由于单片机编程灵活、自由度大可实现各种算法和逻辑控制，且其功耗低，体积小、成本低，由于MCS-51单片机产品兼容，8K字节在系统可编程Flash存储器，1000次擦写周期，全静态操作：0Hz33Hz，三级加密程序存储器，32个可编程I/O口线，三个16位定时器/计数器，

17、八个中断源，全双工UART串行通道，低功耗空闲和掉电模式，掉电后中断可唤醒，看门狗定时器，双数据指针，掉电标识符等优点，AT89S52在各个领域应用广泛。系统对时间的要求不是很高，口线并不多，速度也能达到其系统的要求，基于以上的分析决定采用方案AT89S52功能特性描述：AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S5

18、2为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能： 8k字节Flash，256字节RAM，32 位I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 图4 89S52引脚示意图（2） 键盘显示模块人机交互接口主要是通过是键盘显示模

19、块来处理的，主要用于单片机读取键盘的值，进行处理后，把所要求的数据进行显示。对于键盘显示的方案这里有2种。方案一：采用传统和单片机的I/O口直接相接进行动态扫描，可以读取键盘和进行相应的显示，但其接口复杂，硬件电路实现困难，软件操作繁琐，并不采用此方案。方案二：采用7279键盘显示模块，和单片机接口简单，仅有4根口线通过串行传递数据，硬件电路简单，程序编写容易，且显示稳定可靠。据以上原因采用第二种方案。（3） 电机驱动模块选用两只步进电机。因为设计对运动控制系统的速度要求不是特别高，用步进电机完全可达到要求，而且步进电机的力矩很大，控制精确度较直流电机高，适合本设计中吊重物画曲线的要求。对步进

20、电机的驱动有以下几种方案。方案一：可利用继电器有顺序的开关控制步进电机的驱动方式（单拍、双拍，半拍）。前级用光电耦合器与MCU隔离。该方法电路简单，但继电器的响应速度慢，机械结构易损坏，寿命较短。另外，继电器吸合与断开时对电路的干扰大，故不选用该电路。方案二：采用分立元件，前级驱动与单片机的连接用光电耦合器隔离，减少电机对MCU的干扰。用四个大功率的开关三极管BU406做驱动，一方面提高了驱动模块的散热效果，另一方面可以增强其负载能力，且可承受频繁的大电流冲击。综合以上两个方案的的分析，选用方案二。（4） 数据存储模块 采用传统的32K存储芯片24C256，通过串行口进行数据的读取，比一般的并

21、口外部ROM节省的口线要多。所以我们采用片外存储芯片24C256。2.2.2 系统各模块的最终方案经过分析和论证，决定各个模块的最终方案，如下：（1）控制模块：采用单片机AT89S52控制；（2）键盘显示模块：采用7279串行数据传递和进行显示；（3）电机驱动模块：采用光耦TLP521-4和BU406作驱动部分；（4）数据存储模块：采用AT24C256存储各个点的对应的数据参数；系统的基本框图如图5所示：数据存储器AT24C256单片机AT89S52电机驱动键盘输入数码管输出 图5 系统基本框图在上图中，单片机AT89S52是整个系统的控制核心，主要功能：从7279键盘显示模块读取键值，并进行

22、所对应的显示，读取片外存储器24C256数据，输出脉冲控制两个电机的转动，在平面上画出轨迹和达到预设的位置。3 系统硬件设计和实现3.1系统硬件的基本组成部分本系统是一个由机械，电子一体的综合设计系统，在设计中运用了自动控制技术和电子技术。系统的硬件部分包括控制电路的设计，键盘显示电路的设计，片外存储电路的设计，步进电路驱动电路的设计。3.2主要单元部分电路的设计3.2.1控制部分的电路设计控制电路的设计1正确的时序是保证HD7279A正常工作的前提条件。当选定了HD7279A的振荡元件RC和晶振之后，应调节延时时间,使时序中的T1T8满足所需要求。HD7279A时序规定的时间范围很宽，达10

23、50倍，很容易满足，但为了提高微处理器访问HD7279A的速度，在要求系统运行速度较快时，应仔细调试HD7279A的读写程序，使其运行时间接近最短。 2 微处理器通过KEY引脚电平来判断是否有键按下，在使用查询方式管理键盘时，该引脚接至微处理器的1位I/O端口；如果使用中断方式，该引脚应接至微处理器的外部中断输入端。同时应将该中断触发控制位设置成下降沿有效的边沿触发方式。若置成电平触发方式，则应注意在按键时间较长时可能引起的多次中断问题。 3HD7279A没有提供组合键功能。如果某些场合确需双键组合使用，可在微处理器某位I/O引脚接入一键,与HD7279A所连键盘共同组成双键功能。 4电路中有

24、3种电阻：阻值为200的电阻是限流电阻，用来限制LED数码管的电流。在使用中不应为了过分追求数码管的亮度而任意减小其电阻值，以防HD7279A芯片过热烧坏。阻值为100k和10k的电阻分别称为下拉电阻和位选电阻，如果HD7279A仅用于显示器管理,则这两种电阻都可以去掉。 5 HD7279A的空闲引脚，一律悬空。 单片机ATS89S52外接7279键盘显示模块电路、电机驱动模块电路和片外存储模块（已包含）。为了方便单片机引脚的使用，将单片机的所有引脚用接口引出。具体电路由图6所示。J6是键盘显示模块的接口，J8是电机驱动模块的接口，J9是片外存储器24C256的SCL口和SDA口。 最小系统一

25、般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。可适合扩展基本模块：复位电路、晶振、电源供入及电源开关、ISP下载、串口通信、各IO预留跳针。 图6 AST89S52最小系统及外围电路说明:复位电路:由电容串联电阻构成,由图并结合"电容电压不能突变"的性质,可以知道,当系统一上电,RST脚将会出现高电平,并且,这个高电平持续的时间由电路的RC值来决定.典型的51单片机当RST脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位,所以,适当组合RC的取值就可以保证可靠的复位.一般教科书推荐C 取10u,R取8.2K.当然也有其他取法的,原则就是要让RC组合可以在RST脚上产生不少于2个机周期的高电

26、平.至于如何具体定量计算,可以参考电路分析相关书籍.晶振电路:典型的晶振取11.0592MHz(因为可以准确地得到9600波特率和19200波特率,用于有串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的uS级时歇,方便定时操作)单片机:一片AT89S51/52或其他51系列兼容单片机特别注意:对于31脚(EA/Vpp),当接高电平时,单片机在复位后从内部ROM的0000H开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部ROM的0000H开始执行.这一点是初学者容易忽略的.3.2.2键盘显示部分的电路设计此电路采用7289芯片进行键盘的检测和动态扫描进行显示。ZLG7289A 是具有SPI 串行接口功能的可同时

27、驱动8 位共阴式数码管或64 只独立LED 的智能显示驱动芯片该芯片同时还可连接多达64 键的键盘矩阵单片即可完成LED 显示键盘接口的全部功能.ZLG7289A 内部含有译码器可直接接受BCD 码或16 进制码并同时具有2 种译码方式此外还具有多种控制指令如消隐闪烁左移右移段寻址等.ZLG7289A 具有片选信号可方便地实现多于8 位的显示或多于64 键的键盘接口.特点:(1) 串行接口无需外围元件可直接驱动LED;(2) 各位独立控制译码/不译码及消隐和闪烁属性;(3) 循环左移/ 循环右移指令;(4) 具有段寻址指令方便控制独立LED;(5) 4键键盘控制器内含去抖动电路.3.2.3 控

28、制指令说明ZLG7289A的控制指令分为二大类：纯指令和带有数据的指令。1.纯指令纯指令包括复位（清除）指令（0A4H）、测试指令（0BFH）、左移指令（0A1H）、 右移指令（0A0H）、 循环左移指令（0A3H）、 循环右移指令（0A2H）等。下面以复位（清除）指令（0A4H）为例来进行说明，该指令的格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D010100100 当ZLG7289A接收到该指令后，将所有的显示清除，所有设置的字符消隐、闪烁等属性也被一起清除。执行该指令后，芯片所处的状态与系统上电后所处的状态一样。3.2 带有数据的指令(1)下载数据且按方式0译码指令该指令的格式如下：D7D6D

29、5D4D3D2D1D010000a2a1a0D7D6D5D4D3D2D1D0DPXXXd3d2d0d1 该命令由二个字节组成。前半部分为指令，其中210 为位地址，03为数据。当系统接收到此指令时(ZLG7289A将按译码方式0进行译码)。小数点的显示可由DP位控制，DP为时，小数点显示,DP为0时，小数点不显示。在该指令格式中，表示没有影响。 译码方式:D0d3d3d2d1d07段显示00H0000001H0011102H0000203H0011304H0100405H0101506H0110607H0111708H1000809H100190AH1010-0BH1011E0CH1100H0

30、DH1101L0EH1110P0FH1111空无显示 (2)下载数据且按方式译码指令这种指令与上一个指令基本相同。所不同的是，该指令的03对应的数据位0AH0FH分别为七段显示中的A、B、C、D、E、F。该指令的具体格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D011001a2a1a0D7D6D5D4D3D2D1D0DPXXXd3d2d0d1 (3) 读键盘数据指令该指令从ZLG7289A读出当前的按键代码，格式如下：D7D6D5D4D3D2D1D000010101D7D6D5D4D3D2D1D0d7d6d5d4d3d2d0d1 与其它指令不同的是，此命令的前一个字节(0001010)B为单片机传送

31、到ZLG7289A的指令，而后一个字节07则为ZLG7289A返回的按键代码。 其范围为03FH（无键按下时为OFF）。在此指令的前半段，ZLG7289A 的DATA 引脚处于高阻输入状态，可以用来接收来自微处理器的指令；在指令的后半段，DATA引脚从输入状态转为输出状态，此时将输出键盘代码的值。故微处理器连接到DATA引脚的口应当有一个从输出态到输入态的转换过程。当ZLG7289A检测到有效的按键时，KEY 脚将从高电平变为低电平，并一直保持到按键结束。在此期间，如果ZLG7289A 接收到“读键盘数据指令”，则输出当前按键的键盘代码；如果在接收到“读键盘数据指令”时没有有效按键，ZLG72

32、89A将输出FFH（11111111B）。（4）其它指令除以上几个指令外，ZLG7289A还具有下载数据但不译码、闪烁控制、消隐控制、段点亮指令、段关闭等指令。 图 6 ZLG8279A管脚图引脚说明ZLG7289A芯片具有标准的DIP28和SOIC28两种封装形式。其引脚排列如图 所示，各引脚的功能说明见表1 所列。表1 ZLG7289A引脚功能说明引角名称说明1，2VDD正电源3，5NC不连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入。此脚为低电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端。向芯片发送数据及读取键盘数据时，次引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端。

33、当芯片接收命令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端。9KEY按键有效输出端。平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平。1016SGSA驱动输出17DP小数点驱动输出1825DIG0DIG7数字07驱动输出26CLKOUT振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端。低电平有效，当REST端由低电平变为高电平后，ZLG7289A大约经过1825MS的时间才会进入正常工作状态。表ZLG7289A引脚功能说明引 脚名 称说 明1，2VDD正电源3，5NC不连接，必须悬空4VSS接地6CS片选输入。此脚为低

34、电平时，可向芯片发送指令及读取键盘数据7CLK同步时钟输入端。向芯片发送数据及读取键盘数据时，此引脚电平上升沿表示数据有效8DATA串行数据输入/输出端。当芯片接收指令时，此引脚为输入端；当读取键盘数据时，此引脚在读指令最后一个时钟的下降沿变为输出端。9KEY按键有效输出端。平时为高电平，当检测到有效按键时，此引脚变为低电平1016SGSA段ga驱动输出17DP小数点驱动输出1825DIG0DIG7数字07驱动输出26CLKOUT振荡输出端27RCRC振荡器连接端28RESET复位端。低电平有效，当RESET端由低电平变为高电平后，ZLG7289A大约经过1825ms的时间才会进入正常工作状态

35、。 图8 键盘显示模块3.2.4电机驱动部分电路设计步进电机是采用的6线4相的步进电机，对电机的控制可采用单拍，双拍和混拍。当任意I/O口送出低电平时，光藕TLP521-4对应的光电门导通，对应的CON口变为高电平，从而使其对应的三极管Q导通，由VCC直接给步进电机线圈提供电流。由于电机所吊重物很大，所以我们为了增加力矩，采取双拍使对应的线圈导通和截止，L1-L4是步进电机里面的4个线圈。具体电路如图9所示。图9 单个电机驱动电路图10TLP521-4的管脚示意图 图11 四相步进电机应用电路四乡混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用

36、。串联接法一般在电机转速较的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。我们所用的步进电机是需要按照顺序，橙，棕黑黄顺次接线，才能使电机顺利驱动。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

37、图12 四相步进电机时序图4 系统主程序流程图1画设定坐标开始初始化有键按下？置模块标志位判断是否有模块标志位？2画设定圆心坐标的圆3画预设轨迹 否否是图13系统主程序流程图5 系统的测试5.1 测试仪器表2测试时需要使用的仪器设备序号名称、型号、规格数量备注1直流稳压电源1启东市斯迈特计算机厂2DS3102B双踪示波器1 扬中电子设备厂3精度0.01S的秒表1深圳天福电子有限公司4卷尺1 -5秒表精度0.01S1 6UNI-T数字万用表1胜利公司5.2整机指标（1）能够通过键盘任意设定坐标点参数；（2）可以驱动两个电机的转动。6 系统调试首先是在设计电路过程中，一开始对于电机这一块不知道怎么

38、下手,在周凯老师的不断指导下,慢慢有个思路，开始尝试着设计电路，画protel图。设计好的电路图，错误不断，通过不断地排错，最终达到最佳方案。然后，写入程序，进行调试，在调试显示子程序的时候，刚开始编写的程序很不稳定，并不能实现键盘的坐标设定，经过多次修改与初次设计进行了较大的改动，可以达到预定目标。还有就是驱动电机的部分，一开始我们只能上电走一步，经过改写，可以正常驱动一支电机。最后在参加过电子竞赛的同学帮助下，不断地修改终于实现了预期的效果。总 结本系统单片机AT89S52作为核心部件，首先由人机交互接口，把所要求的数据和参数输入给单片机，通过单片机运算和处理，读取外部ROM的数据，来控制

39、两个电机的转动，从而拉动物体按预先设定的参数运动。结 论本设计我已基本完成了硬件电路的设计。但是由于自身存在着许多的不足之处，故没有达到预期的目标，仅实现了电路的部分功能，对于本次设计，可以说是对自己大学四年来学习的一次衡量和检阅。在设计过程当中，遇到许多的困难，让我明白了我还有很多的不足。理论知识需要进一步的了解，动手能力也有待提高。通过此次毕业设计让更加清晰的认识自己，给自己正确的地位。我一定会在以后的生活工作中努力去加强！致 谢通过两个多月的实学、调研、编写文档、设计、编写论文等一系列程序，至此，此次的毕业设计已经基本完成。本系统由于时间的限制，在毕业设计结束前只能作到现有的程度。在本次

40、毕业设计的后期，我也尽量对本作品的功能进行了相应的扩展。如能使用进一步以后的更可靠的硬件和更加完善的软件，提高系统的灵敏度和可靠性，相信该设备可以实现更强大的功能，同时更高质量的满足用户的需求。这仍然需要假以时日，还有大量的工作需要去做。完成了大学四年中的最后一次检测。在这次的设计中凝聚着在大学期间所有关心和教导过我的老师们的辛勤汗水，在即将离校之际，我也要向他们表示诚挚的谢意。在这里最要感谢我的导师周凯老师。在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是周凯老师仍然细心地纠正我设计中的错误，让我受益匪浅。论文修改阶段，在杨菊秋老师的指导下最终定稿。在本次设计中还是遇到了不少的困难，除了周凯老师的指引之外，同窗四年的同学们给了我真诚的帮助。在离开前送上我最真挚的祝福，希望大家能闯出自己的一片天地。最后，我要感谢母校给予我的大学生涯与父母亲给予我的无