基于S单片机的步进电机联动作图控制修改

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1、摘要本文目的是要完成基于水电模拟数据采集的图形显示部分。步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件, 它广泛地用于对精度要求比较高的运动控制系统中。因此本文采用步进电机来实现图形显示部分的功能，其核心是用单片机控制两个电动机联动带动画笔，依照数据进行作图.本文比较了几种常见的步进电机驱动电路后，选择以ULN2803和L298N芯片为驱动器的两种驱动电路设计方案并且设计了相应的过压保护电路。该方案硬件电路简单，控制和保护电路也较完善,采用集成芯片调试也较模拟电路简单，编程也非常方便。采用AT89S52作为步进电机联动作图的控制器,通过C51程序对步进电机的运动进行控制，以实现作图的功能。软件分

2、为送脉冲模块，电机走步控制模块和插补算法模块三部分，其中重点研究了步进电机运动的圆弧插补算法。设计步进电机走步控制的小灯模拟,采用实验箱上的小灯模拟程序控制下的步进电机获得脉冲的实际情况。分别用六个小灯代表两个步进电机的A、B、C三相，小灯亮表示电机该相在该时刻获得高电平，小灯熄，表示电机该相在该时刻获得低电平。对小灯模拟可能出现的问题和问题原因可能性进行分析和改进.并分析了小灯模拟的局限性，提出了小灯模拟在实际运用中应该注意的问题. 关键词：89S52 步进电机 驱动电路 插补算法AbstractThe aim is to complete the collection of data ba

3、sed on the graphics power simulation showed. Electrical is a step in the implementation of precision mechanical and electrical components of the Egyptian campaign, which is widely used for high-precision movement control system for comparison. Thus the electrical motors used to achieve this part of

4、the functional graphics show, the core of which is controlled by two electric motors single chip microprocessor to brush them, in accordance with the data map。文档为个人收集整理，来源于网络本文为互联网收集，请勿用作商业用途The more common types of electrical motors driving circuit, choose ULN2803 and L298N chips to drive the two-d

5、riven circuit design and design corresponding over Voltage protection circuit. The programme simple hardware circuit， control and protection circuits have a better use of integrated circuit chip debugging is more simple simulation， programming is also very convenient。AT89S52 used as a stepping elect

6、rical linkage map of the controller， through C51 procedures for the movement to advance the electrical control for the functional map. Software modules into sending pulse， the control module and electrical generation algorithm modules spaced three parts， which focus on the myriad electrical movement

7、 vocabulary widely algorithms。Costume design control small electrical motors lights simulation experiments using small boxes of lights to the electrical simulation programmed control of the myriad pulsating reality。 Respectively with six small lights on the two electrical motors A， B， C threephase，

8、the small lights in the light of the time that the electrical access High- level Voltage small lights put out that the moment was that the electrical Highlevel Voltage. Simulation of small lights may cause potential problems and issues analysis and improvement。 Simulation and analysis of the limitat

9、ions of the small lamps made using small lights to be simulated in real attention.个人收集整理，勿做商业用途文档为个人收集整理，来源于网络Keywords: 89S52 Electrical motors Driving circuit Drain algorithms目录第1章 绪论11.1 引言11.2 选题的意义和目的11.3 步进电机系统历史现状及发展趋势11。4 步进电机原理21.5 步进电机的单片机控制3第2章 步进电机控制系统组成与实现52。1 步进电机控制系统的组成52.2 单片机的选用52.2.

10、1 AT89S52简介52。2.2 晶振电路62.2。3 复位电路72。3 步进电机选用72.4 步进电机驱动电路的设计与选择92.4.1 步进电机驱动电路的设计方案92。4。2 步进电机驱动电路的选择102.5 步进电机控制电路的抗干扰设计132。5。1 干扰的产生132。5.2 抗干扰措施13第3章 步进电机控制的程序实现153.1 步进电机控制软件设计简介153。2 送脉冲模块163。2。1 步进电机三相六拍工作方式163。2。2 与T/C有关的特殊功能寄存器173.2。3 送脉冲模块程序173.3电机走步控制模块183。3。1 步进电机输出字表183.3。2 步进电机走步控制程序203

11、。4 插补算法模块213。4.1 圆弧插补算法213.4。2 圆弧插补算法程序流程图223.4。2 采用圆弧插补算法画圆程序25第4章 步进电机控制系统的模拟与分析274.1 步进电机走步控制的小灯模拟274。1。1 小灯模拟原理274.1。2 小灯模拟效果显示274.2 小灯模拟结果分析284。3 小灯模拟的在实际运用上的局限性28束结语29致谢词30参考文献31附录一 ULN2803步进电机控制系统电路图33附录二 L298N步进电机控制系统电路图34附录二 步进电机控制的程序36第1章 绪论1。1 引言随着电子技术的迅速发展，特别是随大规模集成电路产生而出现的微型计算机，给人类生活带来了

12、根本性的改变。如果说微型计算机的出现使现代科学研究得到了质的飞跃，那么单片机技术的出现则是给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命。目前,单片机以其高可靠性、高性能价格比，在工业控制系统、数据采集系统、智能仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用，并已走入家庭，从洗衣机、微波炉到音响、汽车，到处都可见到单片机的踪影。因此，我的毕业设计选题为基于89S52单片机的步进电机联动控制。1.2 选题的意义和目的着世界高科技发展的潮流，中国的工程测量技术走进了高科发展的道路，为我国国民经济、科学教育、特别是国防军事的发展做出了巨大贡献。而工程测量所采集的数据迫切需要一种现代化的手段将其实时的,直

13、观的表现出来。将采集的数据用图形化的方式表现出来是一种常用的，具有广泛应用前景的手段。本设计目的是要完成基于水电模拟数据采集的图形显示部分.图形显示部分就是在平面上作出所采集数据的图形，其核心是控制两个电动机联动带动画笔，依照数据进行作图。水电模拟所采集的数据主要是水的压力,电场强度等，图形显示部分的任务是通过单片机控制步进电机做出压力等势线和电势等势线等图形。这些等势线大都是不规则曲线,因而在软件设计中需要重视插补算法的实现.1.3 步进电机系统历史现状及发展趋势步进电机又称脉冲电动机,是数字控制的一种执行元件.它是随着计算机控制系统发展而发展起来的，利用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换

14、成相应的角位移或者线位移的电动机。步进电机驱动器是其控制系统中的一部分.而步进电机与它的驱动器是一个整体的不可分割的两部分，统称为“步进电动机单元。因而步进电机与驱动器关系密切.晶体管技术的应用，使驱动器向小型化前进了一步.70 年代驱动器技术进入全盛时期，步进电机及其相应的驱动器相续问世，如日本的 EPM 系列、美国的 M 系列、德国的 IBS/IBC 系列等。功放驱动元件除了用晶体管外，也可用晶闸管，电源线路结构除了采用单一电压等级的驱动器外，还有采用两种不同电压等级的驱动器；随着步进电机的应用和发展,其驱动器也在不断发展、完善和提高，驱动电路集成化已成为一种趋势。以美国为例,它生产的步进

15、电机驱动器体积仅两个香烟盒大小,而功能上可驱动较大的步进电机，工作发热低,电机工作平稳。而驱动技术方面现在应用较多的有斩波驱动、升频升压驱动等。1。4 步进电机原理图 11 为三相反应式步进电机的工作原理图，其定子上有六个极，每个极上装有控制绕组,每相对的两极组成一相.转子上有四个均匀分布的齿，其上没有绕组，当 A 相控制绕组通电时,转子在磁场力的作用下与定子齿对齐,即转子齿 1、3 和定子齿 A、A对齐，如图 11（a）所示。若切断 A图 21 步进电机外型图相，同时接通 B 相,在磁场力作用下转子转过300，转子齿 2、4 和定子齿 B、B对齐,如图 1-1(b)所示，转子转过一个步距角。

16、如再使 B 相断电，同时 C 相控制绕组通电，转子又转过300，使转子齿 1、3 和定子齿 C、C对齐，如图 11（c）所示。如此循环往复，并按 ABCA 顺序通电，步进电机按一定方向转动。电机的转速取决于控制绕组接通和断开的变化频率。图1-1 三相反应式步进电机单三拍工作时工作原理图实际的步进电机的转子铁心和定子磁极上均有小齿，齿距相等。定子和转子的齿数要有一定比例的配合，即要求在某一相的一对极下，定子和转子的齿一一对齐，而此时在其它两相的磁极下，定子和转子的齿要分别错开一定的角度.这样，如果步进电机的三相绕组按一定的方式通电，那么它就以一定的步矩角进行走步。步进电机的步距角的大小是由转子的

17、齿数、控制绕组的相数和通电方式决定，它们之间存在以下关系,如式11所示。 （11)式中,s为步距角；C 为通电状态系数，当采用单相或双相通电方式时，C=1；而采用单、双相轮流通电方式时，C=2;m 为步进电机的相数；Zr为步进电机转子齿数。控制绕组通电状态的改变,是由外加输入脉冲驱动电路来实现的。每当外电路送入一个脉冲，控制绕组的通电状态即改变一次，与此对应步进电机将转动一个步距角。因此步进电机转过的步距角数等于外加脉冲数,则步进电机的转速为，如式1-2所示. (1-2）式中 f 为步进电机通电的脉冲频率，单位为 Hz；n 为步进电机的转速，单位为 r/min.步进电机的转速用步矩角表示为，如

18、式13所示 （13) 由式（11）和（12）可知，电机的相数和转子的齿数越多，则步距角就越小，电机在脉冲频率一定时的转速也越低。当电机的相数和转子的齿数一定转子的转速和输入的脉冲频率成正比.因此,改变输入的脉冲频率就可以改变转速，改变通电状态顺序就可以实现正反转。由于这些特性，步进电机控制系统中，能够按照控制命令实现启动、停止、升速、降速、正反转等操作2。1。5 步进电机的单片机控制步进电动机的驱动电路根据控制信号工作.在步进电动机的单片机控制中，控制信号由单片机产生。其基本控制作用如下.(1）控制换相顺序 步进电动机的通电换相顺序严格按照步进电动机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称

19、为脉冲分配.例如三相步进电动机的单三拍工作方式，其各相通电的顺序为A-BC，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A、B、C相的通电和断电。(2)控制步进电机的转向通过前面介绍的步进电机原理我们知道，如果按给定的工作方式正序通电换相，步进电机就正转;如果按反序通电换相，则电动机反转。例如，三相步进电动机工作在单三拍方式,通电换相的正序是A-BC，电动机就正转；如果按反序AC-B,电动机就反转。（3)控制步进电动机的速度如果给步进电动机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短，步进电功机就转得越快。因此,脉冲的频率决定了步进电动机的转速。调整单片机发出脉冲

20、的频率,就可以对步进电动机进行调速2。第2章 步进电机控制系统组成与实现2.1 步进电机控制系统的组成步进电机控制系统由控制系统（89S52），步进电机驱动模块，步进电机和悬挂运动控制系统四部分组成。步进电机控制系统的组成框图如图2-1所示。89S52晶振电路步进电机驱动模块步进电机步进电机画笔控制系统图2-1 步进电机作图控制系统的组成框图2.2 单片机的选用2。2.1 AT89S52简介AT89S52是一个低功耗，高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP（Insystem programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器，器件采用ATMEL公司的

21、高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89S52具有如下特点：40个引脚，8k Bytes Flash片内程序存储器，256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），32个外部双向输入/输出（I/O)口，5个中断优先级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，看门狗（WDT)电路，片内时钟振荡器。AT89S52引脚图如图22。图22 AT89S52引脚图本文在设计时选用了ATME

22、L公司的AT89S52单片机，是出于以下几方面的考虑：（1)插好单片机芯片后,可以在线刷新单片机内部程序，不需要频繁的插上拔下,不再需要启动像89C51那样的12V的VPP编程高压，也大大降低开发的成本。在线编程刷新芯片的寿命超过普通89C51的10倍以上，性能方面完全兼容51全系列。（2）ISP技术最大的优势还是在于在线刷新程序带来的所见即所得的易用性。这个ISP在线编程器的革命性编程方式使得修改程序的容易程度接近仿真器。ISP可烧写芯片的型号库支持自定义添加。板载编程器是通过电脑并口完成,它的写入速度是采用COM串口板载编程器速度的5倍以上。（3)在本地就能方便地买到,性价比高，可得到销售

23、商的技术支持.2.2.2 晶振电路单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡方式和外部振荡方式。在引脚X1和X2外接晶体振荡器（简称晶振）或陶瓷谐振器，就构成内部震荡方式。由于单片机内部有一个高增益反向放大器，当外接晶振后，就构成了自激振荡器并产生震荡时钟脉冲。内部震荡方式的外部电路如图23所示。本系统选C1和C2值为10pF.图23 晶振电路图2。2.3 复位电路复位是单片机的初始化操作。单片机启运运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。因而,复位是一个很重要的操作方式。当AT89S52单片机的复位引脚RST出现2个机器周期以

24、上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。图2-4 复位电路图2.3 步进电机选用步进电机在控制系统中是执行元件，在计算机接口和编程时是检测元件和解算元件。了解步进电机的主要技术参数，特别是其矩频特性，合理选择步进电机，是整个控制系统可靠工作的前提和保证。步进电动机的选用主要考虑以下几个指标：（1) 步距角:每给定一个电脉冲信号,电动机转子所应该转过角度的理论值，其计算公式如下: 式中：Z转子的齿数；N转子转过一个齿距的运行拍数.步进电机的转速 n 由下式表示: 式中:f输入脉冲的

25、频率（Hz）；Z转子的齿数；N转子转过一个齿距的运行拍数.可见步进电机转速的高低,取决于输入到步进电机的脉冲频率的高低。电脉冲频率 f 高，则电机转速快，反之,转速慢.因此，步进电机的运动控制问题从根本上说就是要控制输入到步进电机的脉冲。(2） 最大静转矩；(3) 响应频率和起动频率 要求步进电动机输出很大的转矩,还是要求较高的定位精度和较快的反应速度，这是设计控制系统需要首先考虑的问题。步距角越小，分辨率越高；电动机的响应速度越快，系统的速度越快,整个系统的效率就越高。在选用步进电动机时，必须着重考虑步距角、响应频率和起动频率.步进电动机的选用将在很大程度上影响整个控制系统的分辨率和速度。实

26、际应用中，由于负载参数无法确定等原因,要结合现场的需要，即可选择出合适的步进电机。此设计主要考虑超生自动扫描系统，故选择了常州微特电机总厂生产的 36BF003 和 55BF003-II 两种三相六拍反应式步进电机。电机技术参数如表所示。表21 两种步进电机的主要技术参数电机型号步距角（0）相电压（V）相电流（A)静转距kgcm空载启动频率运行频率36BF0031.5/3271。50。823100Hz12000Hz55BF0031。5/327371800Hz12000Hz2。4 步进电机驱动电路的设计与选择2。4。1 步进电机驱动电路的设计方案方案一:用集成芯片L297和L298配合使用.L2

27、97是步进电机控制器，适用于双极性两相步进电机或单极性四相步进电机，L298是步进电机驱动器,内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接受标准TTL逻辑电平，可驱动46V,2。5A及其以下的步进电机。图2-5为此方案的电路框图。L298步进电机L297控制信号脉冲信号四相信号控制信号图25 步进电机驱动电路方案一框图方案二：用分立元件自行搭建驱动电路。可将驱动电路分为隔离电路模块、控制电路模块、功放模块和电机过流保护模块.电路方框图如图2-6所示。隔 离电 路控 制电 路功 放电 路信号输入保护电路图26 步进电机驱动电路方案二框图方案三:用专用电机驱动芯片L198N驱动步进电机。电路方框图

28、如图27所示。L298N脉冲信号 控制信号保护电路图27 步进电机驱动电路方案三框图方案四:采用小功率步进电机驱动芯片ULN2803驱动电机.电路方框图如图2-8所示。图2-8 步进电机驱动方案四框图信号输入单片机ULN2803步进电机步进电机方案选择: 方案三，方案四硬件电路简单，控制和保护电路也较完善，采用集成芯片,调试远比模拟电路简单，编程也非常方便，就本设计而言驱动电压和电流也完全可以达到要求。因而使用二相步进电机选择了方案三，使用三相、四相步进电机选择方案四。2。4。2 步进电机驱动电路的选择实验设计选择以ULN2803为三相步进电机动芯片的驱动电路。ULN2803是一种达林顿管阵列

29、驱动芯片,其内部有八路达林顿管，组成最大工作电压50V，当工作电压达到最大时工作电流可达到500MA。ULN2803可以单路输入,单路输出，当负载较大时采用单路方式不足以满足要求时也可以采取多路并行输出驱动，原理图如图29所示.图29 ULN2803工作原理图 ULN2803管脚图如图210所示。图210 ULN2803管脚图实验设计选择以L298N为二相步进电机驱动芯片的驱动电路。L298N是SGS公司的产品，内部含4通道逻辑驱动电路，步进电机专用驱动器，内含两个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器,接受标准TTL逻辑电平，可驱动46V，2A及其以下的步进电机。其引脚图如图2-11所示，1脚和1

30、5脚单独引出连接电流采样电阻器形成电流传感信号10。图211 步L298N管脚及外围电路图L298N可驱动两个电机，MO5，MO6，MO7，MO8之间分别接两个电机。5，7,10，12脚接入控制电平，控制电机正反转,ENA，ENB接控制使能端，控制电机停转.L298N逻辑功能如表22所示：表2-2 L298N逻辑功能ENA(B）IN1（IN3)IN2(IN4）电机运行情况HHL正转HLH反转H同IN2(IN4)同IN1（IN3）快速停止LXX停止L298N与步进电机之间连入过压保护电路。该电路有4对二极管并联而成，具体连接见图212。当加在步进电机各相的脉冲电平高于5V时将不会有电流流入电机。

31、图2-12 过压保护电路2.5 步进电机控制电路的抗干扰设计2。5。1 干扰的产生在单片机应用系统中,影响系统正常工作的主要因素是来自系统内部和外部的各种干扰。内部干扰是指元器件本身产生的干扰，通过电源、地线、分布电容和电感等途径影响系统工作。外部干扰是指雷电及其他电气设备产生的干扰，电源和地线引入的干扰等。如何有效地抑制干扰是单片机应用系统开发成功与否的关键所在。单片机系统中的干扰有多种类型。一是来自空间辐射的干扰。可控硅逆变电源、变频调速器、发射机等特殊设备在工作时会产生很强的干扰，在这种环境中单片机系统难以正常运行；二是来自电源的干扰。各种开关的通、断、火花干扰、大电动机启停等现象在工业

32、现场很常见,这些来自交流电源的干扰对单片机系统的正常运行危害极大；三是来自信号通道的干扰。2。5。2 抗干扰措施本系统为了抗干扰采取的主要措施有：(1）电源去耦.对于系统中每一片集成电路,在电源和地之间都要加上去耦电容。该电容既是本芯片的蓄能电容，也能抑制高频噪声.（2)在满足要求的前提下尽量用较低的时钟频率和低频的器件.（3）合理布置元件在线路板上的位置，把模拟电路、高速数字电路和产生噪声的功率驱动部分合理地分开.各部件之间的引线尽量短,对各种输入输出线进行分类，以减少寄生电容的干扰.布线时避免900折线,减少高频噪声发射.（4）系统中芯片的未用端不要悬空，应根据实际情况接到电源端、地端或己

33、用端.第3章 步进电机控制的程序实现 3.1 步进电机控制软件设计简介步进电机作图控制模块由送脉冲模块，电机控制模块，绳长计算模块，插补算法模块四部分组成.其流程见图31。电机判断送脉冲左电机送脉冲右电极左电机运动右电机运动是否完成结束初始化图形参数YNYN图3-1 步进电机作图控制的主程序流程图3。2 送脉冲模块3。2.1 步进电机三相六拍工作方式CL 为单六拍方式脉冲输入端，J0、J1是方向控制信号上升沿触发，A、B、C 三个输出端，三相六拍工作时输出的环分脉冲信号如图 3-2。图32 三相六拍工作时脉冲分配图步进电机采用三相六拍方式工作时的真值表见表 31。表 3-1 三相六拍工作时真值

34、表CLJJ功能上升沿10单六拍正转上升沿01单六拍反转下降沿XX锁定1XX锁定注：X为任意状态3.2。2 与T/C有关的特殊功能寄存器 （1）计数寄存器TH和TLT/C是16位的，计数寄存器由TH高8位和TL低8位构成。在特殊功能寄存器(SFR）中，对应T/C0为TH0和TL0；对应T/C1为TH1和TL1。定时器/计数器的初始值通过TH1/TH0和TL1/TL0设置。（2）定时器/计数器控制寄存器TCON如表3-2所示。表3-2 时器/计数器控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0TR1TR0表中TR0，TR1：T/C0，1启动控制位。 1启动计数； 0-停止计数。 TCON复位清

35、零，T/C需受软件控制;当计数寄存器计满时，产生向高位进位TF，即溢出中断请求标志。 （3）T/C的方式控制寄存器表3-3 T/C的方式控制寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0表中C/T:计数器或定时器选择位。1-为计数器;2-为定时器。M1和M0：工作方式选择位21.（4）定时器/计数器的初始化设单片机的fosc=12MHz,要求P2.0输出周期为2ms的方波.定时器计数率=fosc/12,机器周期=12/fosc=1us。每个机器周期定时器计数加1,1ms=1000/1=1000。16位定时器最大定时间隔=2162us=131。072ms。定时

36、器给定出值=216-1000=65536-1000。3。2.3 送脉冲模块程序includedefine DL 50define DR 0define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar idata plus7=0x01,0x03，0x02，0x06,0x04,0x05，0x00 ； /正转*/ uchar idata pminu7=0x01，0x05，0x04，0x06，0x02,0x03，0x00 ; /反转/uchar k=0； uchar idata x；void control(cf,n)bit cf；uint n;ui

37、nt I;if(cf =0） x=&plus0； /指向正转控制字首址 /else x=&minu0； /*指向反转控制字首址*/TMOD=0x01; /T/C0初始化*/TH0=(65536DL*500)/256;TL0=(65536-DL500）%256; TR0=1；ET0=1;EA=1；For（i=0;in;i+) /步数计算/ while(k=0); /*等待中断/ k=0；void delay（void） interrupt 1 using 1P2=x+； /输出时序脉冲到P2口*/if（x=0） x=x-6; /判断6个控制字结束后恢复初值*/TH0=(65536DL500)/2

38、56;TL0=(65536-DL*500）%256；k=1； /*设中断标志/ void main（void)if(DR=0） control(0,10)；else control(1,10）；3。4 插补算法模块 3。4。1 圆弧插补算法B(xe,ye)A(x0,y0)图3-4 圆弧插补示意图M(xm,ym)Rm设要画出的圆弧为，圆弧的圆心在坐标原点,并已知圆弧的起点为A（x0，y0）,终点B（xe，ye），圆弧半径为R，令瞬时点为M（xm,ym），它与圆心的距离为Rm,则可以比较Rm与R来反映偏差。由图3-5可知，因此，可定义偏差判别式为,若Fm0，表明点在圆弧上；Fm0，表明点在圆外;F

39、m0，表明点在圆内.由此可得第一象限逆圆弧逐点比较插补的原理是：从圆弧的起点出发,当Fm0，为了逼近圆弧,下一步向-x方向进给一步，并计算新的偏差；若Fm0,为了逼近圆弧,下一步向+y方向进给一步，并计算新的偏差.如此一步步计算和一步步进给，并在到达终点后停止计算，从而得到圆弧. 插补计算过程如表3-5（a),(b）.表3-5（a）园弧插补计算过程步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判断起点F0=0F0=0X0=4,Y0=0NXY=81F0=0-XF1=F0-2X0+1=7X1=X0-1=3，Y1=0NXY=72F10-XF8=F7-2X7+1=0X8=X71=0,Y8=4NXY=03.4

40、。2 圆弧插补算法程序流程图在计算机的内存中开辟八个单元X0，Y0,NXY，FM，RNS,XM，YM，和ZF，分别存放起点横坐标x0, 起点纵横坐标y0，总步数Nxy,加工点偏差Fm,园弧种类植RNS，Xm,Ym和走步方向标志.这里Nxy=|xex0+|yey0,RNS等于1，2，3，4和5，6，7，8分别代表SR1,SR2，SR3，SR4和NR1，NR2,NR3，NR4的值可由起点和终点的坐标的正,负符号来确定，Fm初值为F0=0，xm和ym的初值为x0和y0，ZF=1，2，3,4分别表示+x,x，+y,-y走步方向。用图3-5表示圆弧插补算法程序流程图。图3-6 圆弧插补算法流程图YY输入

41、：X0，Y0，NXY，RNS置FM=0，XM=X0，YM=Y0RNS=1，3，6，8？FM=0?FM=0?RNS=1,8?RNS=2.7?RNS=2,5?RNS=1,6/ZF=4ZF=1ZF=3ZF=2ZF=2ZF=1ZF=4ZF=3FM=FM+2YM+1FM=FM-2XM+1FM=FM+2XM+1FM=FM-2YM+1XM=XM-1YM=YM+1XM=XM-1YM=YM-1调用走步控制程序NXY=NXY-1NXY=0?结束YNYYNNNYNNYYNN3。4。2 采用圆弧插补算法画圆程序includeincludemath。h#define uchar unsigned chardefine

42、uint unsigned intvoid abround(int,int，int，int)；/圆uchar xpre，ypre；/x,y当前坐标bit compl=0;double dx，dy; /最小改变量 单位：cmvoid abround(xo，yo，xe,ye) /正向画圆/int xo，yo，xe,ye;uchar i;int fm,xm，ym; /* fm偏差；xm，ym 当前点坐标/xo=xo*1;yo=yo*1；xe=xe*1;ye=ye1; fm=0;xm=xo;ym=yo;do if（(xm=0)&（ym0)） /第1相限/ if(fm=0) i=3;fm=fm2ym+1

43、；ym=ym1; else i=0；fm=fm+2xm+1；xm=xm+1; else if(xm=0） /*第2象限/ if(fm=0） i=0；fm=fm2(abs（xm）)+1;xm=xm+1; else i=2;fm=fm+2*ym+1；ym=ym+1； else if（(xm=0)&（ym=0) i=2;fm=fm-2*（abs（ym)+1;ym=ym+1； else i=1;fm=fm+2*(abs(xm）+1；xm=xm-1； else /*第4象限/ if(fm=0) i=1;fm=fm-2xm+1;xm=xm1; else i=3；fm=fm+2（abs(ym)）+1;ym=

44、ym-1； switch（i) /控制电机作相应的单位运动/ case 0：dx=1;deltx(xpre);break; case 1:dx=1;deltx（xpre)；break; case 2:dy=1；delty（ypre）；break; case 3：dy=1;delty(ypre);break； if（compl）run();Display(xpre,ypre）；while(（xe!=xm）（ye！=ym）;第4章 步进电机控制系统的模拟与分析4.1 步进电机走步控制的小灯模拟4。1.1 小灯模拟原理本设计采用实验箱上的小灯模拟程序控制下的步进电机获得脉冲的实际情况。分别用六个小灯

45、代表两个步进电机的A、B、C三相，小灯亮表示电机该相在该时刻获得高电平,小灯熄,表示电机该相在该时刻获得低电平。步进电机控制的小灯模拟在不用接入电机的情况下可以很好的测试系统的硬件电路和软件设计是否达到预期目的。4.1.2 小灯模拟效果显示将所编写的电机走步控制程序设置为电机驱动脉冲10ms方波，两三相步进电机以三相六拍的工作方式沿X轴和Y轴相间交替各走6步。得到的正确结果如表41所示。表4-1 步进电机走步控制的小灯模拟表总步数X步进电机Y步进电机A相B相C相 A相B相C相1亮熄熄熄熄熄2熄熄熄亮熄熄3亮亮熄熄熄熄4熄熄熄亮亮熄5熄亮熄熄熄熄6熄熄熄熄亮熄7熄亮亮熄熄熄8熄熄熄熄亮亮9熄亮亮

46、熄熄熄10熄熄熄熄亮亮11熄熄亮熄熄熄12熄熄熄熄熄亮4。2 小灯模拟结果分析步进电机控制的小灯模拟可能出现的问题和问题原因可能性分析及改进.（1）小灯都不亮。可能是由于硬件电路不通或所给驱动电压过低造成的，需要用万用表测试各部分电路是否正常和尝试提高驱动电压.也可能是软件设计中的送脉冲模块没有发生作用，需要对软件中送脉冲模块进行重新编写。还可能是硬件电路设计方案不正确；(2）小灯都亮，但不闪烁。可能是由于软件中送脉冲模块控制所送脉冲的频率过高，使小灯的的闪烁不能被人的眼睛所发现。(3)个别小灯不亮或一直亮，其他小灯正常。个别小灯不亮可能是小灯已损坏或是硬件电路与小灯接触不良，需要尝试更换小灯

47、或检查小灯连线是否松动及导线是否不通。小灯一直亮可能是硬件电路中有电压直接加在了小灯的输入口，需要检查硬件电路是否连接正确；（4）小灯亮的顺序不符合设计要求.可能是由于软件设计中的电机走步控制模块中存在问题，需要检查两电机走步控制输出字表的取数地址指针是否设计正确和两电机相间控制的函数是否正确。4.3 小灯模拟的在实际运用上的局限性步进电机控制的小灯模拟可以在不用接入电机的情况下可以很好的测试系统的硬件电路和软件设计，但在实际运用上还存在一定的局限性。小灯模拟中为了使人眼能够清楚的观察到小灯的闪烁情况，必须使软件控制的脉冲频率较低，即可理解为小灯所代表的步进电机工作在低频区。因为当脉冲频率接近

48、步进电机的振荡频率f0或振荡频率的分频或倍频时回使步进电机振荡加剧，严重时造成失步。所以小灯模拟中的软件部分不能直接运用，在硬件电路接入电机后应对电机的送脉冲模块做相应的调整，适当调高所送脉冲的频率.小灯模拟只能对系统的硬件部分做定性而不能定量的测试。小灯闪烁过程符合设计要求，只能知道单片机所送脉冲的时序正确,但不能判定脉冲电平足够大，能驱动电机运动。结束语经过将近半年的学习研究，基于89S52单片机的步进电机联动控制这篇论文已经完成。虽然完成水电模拟系统这个课题同学因为各种原因没能将各个部分联合起来调试,但是就本文所需完成的内容而言,已基本达到了预期的目标。本设计研究过程是一个不断学习和创新

49、的过程，是一个对设计不断完善和深化的过程,在经过前期的理论设计、课题开发以及后期的软硬件调试工作，得出结论如下：（1） 本设计的步进电机联动控制系统方案是正确可行的；（2） 系统硬件电路采用专门的步进电机控制芯片，电路结构简单，易于调试，但电路板是手工焊制，存在一定的干扰；（3） 软件设计采用了单片机C语言，软件设计采用了模块化和结构化的程序设计思想,效率高，可读性强；作者水平有限，本设计中还有很多不完善的地方，有待于以后的改进.由于实验室条件限制，硬件电路没有连接负载电机进行实际作图,只用小灯模拟了步进电机的走步控制，对实际情况下步进电机联动控制理解不够深刻，其中隐藏的问题有待于以后在实际动

50、手过程中去发现和解决。这次论文，给我感触最深的就是要真正的做好一个系统是一个漫长的过程,让我对设计工作有了一个重新的认识，只有踏踏实实，一步一个脚印才能做出一个好的设计.致谢词 值此论文完成之际，谨对几年来指导、帮助、关心过我的老师、同学和朋友致以深深的谢意！ 本文是在叶敦范老师的悉心指导下完成的。叶老师巧妙的点拨和他提供的宽松的工作环境使我逐步学会了独立工作.在整个毕业论文完成过程中，叶老师科学的思维方法和严谨的工作态度将是我获得的最宝贵的精神财富。在此谨向叶老师表示衷心的感谢!感谢机电学院的全体老师！在我大学四年中教授我知识，教育我做人。本文能够及时完成还得到了众多老师和同学的帮助：驱动电

51、路设计得到宁师兄指点。其他师兄们对论文的撰写也都提出了不少宝贵的意见和建议.软件程序的编写得到赵帅,李友喜，张博等同学的帮助。在生活上特别离不开舍友的提供的帮助。在此，对他们一并表示最衷心的感谢.最后，感谢作者的父母给予作者精神上的鼓励和生活上的关怀.感谢其他和帮助过我的所有人。 参考文献1 于海生等,微型计算机控制技术，清华大学出版社，1999年3月第1 版。2 王晓明等，电动机的单片机控制，北京航空航天大学出版社，2002年5月第1版。3 赵负图，光电检测控制电路手册，化学工业出版社，2001年2月第1版4 韩庆瑶，数控圆弧插补算法，华北电力大学学报，2003年5月第30卷第3期。5 李峰，一个实用的圆弧插补算法及实现，设计与研究，2005年1月第34卷第2期。6 张春良、陈锡嘉,一种实用快速圆弧插补法，机械工艺师，1998年1月。7 朱建忠、吉训进，一种新的数控系统圆弧插补判别法,机床与液压，2