基于AT8435H步进电机《正式版》

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1 引言

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传统的驱动电路存在许多不足之处，如低频振荡、易发热等缺点、噪声大、步距角较大、分辨率低等，往往满足不了工业上的精确定位和大扭矩控制，这些缺点严重制约着步进电机的应用范围。步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。其主要优点是有较高的定位精度，无位置累积误差；特有的开环运行机制，与闭环控制系统相比降低了系统成本，提高了可靠性，在数控领域得到了广泛的应用。但是，步进电机在低速运行时的振动、噪声大，在步进电机的自然振荡频率附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的转速升高而下降，这些缺点限制了步进电机的应用范围。步进电机的性能在很大程度上取决于所用的驱动器，改善驱动器的性能，可以显著地提高步进电机的性能，因此研制高性能的步进电机驱动器是一项普遍关注的课题。

1.1 课题研究目的和背景

随着机床工业的发展，步进电机受到越来越广泛的应用。步进电机和普通电机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制[1]。步进电动机可以在比较大的范围内通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电机最突出的优点[2-3]。

随着近年来各种单片机的迅速发展和普及，利用单片机与集成电路控制步进电机驱动电源不仅灵活、方便、便于实现，并且具有编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用。现在单片机发展方向是功能越来越强大，内部有PWM口，速度更快，同时越来越多的电机控制专用芯片使单片机的负担减小，因此，单片机必定会成为一种电机驱动电源的主流控制器。工业技术的发展和电机相关产业的进步，电机驱动器的要求在不断提高。现在驱动器不仅要求稳定性好，还要便于实现。另外，经济型数控机床的普及发展趋势，也要求电机驱动器具备更高的可靠性。

1.2 步进电机驱动技术的发展历史和研究现状

1.2.1 步进电机驱动技术发展

传统的驱动电路存在许多不足之处，如低频振荡、易发热等缺点、噪声大、步距角较大、分辨率低等，往往满足不了工业上的精确定位和大扭矩控制，这些缺点严重制约着步进电机的应用范围。

步进电机驱动技术的发展与伺服系统的发展密切相关。目前，世界上的伺服系统可

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归为步进电机系统、直流电机伺服系统、交流电机伺服系统。交流伺服电机系统由于没有电刷磨损和换向火花，维护简单，可靠性高，高速性优越，在二十世纪八十年代开始应用至今，显示出强大的生命力，但其伺服系统复杂，价格较贵。直流伺服电机系统的性能较好，但制造和维护成本较高，目前已有被交流伺服取代的趋势。 1.2.2 国外驱动器发展概况

对步进电机的控制，国外主要采用步进电机及相应的细分驱动器，很多半导体公司早已将单片机用于电机的控制。国外对步进电机驱动技术的研究一直很活跃。目前，国外对步进电机的控制与驱动的一个重要发展方向是大量采用专用芯片，结果是大大缩小了驱动器的体积，明显提高了整机的性能，比较典型的芯片有两类。一类芯片的核心是用硬件和微程序来保证步进电机实现合理的加减速过程，同时完成计长走步、正反转等。对于开环使用的步进电机，实现合理的加减速过程便可使其达到较高的运行频率而不失步或过冲。例如日本的PPMC101B便是这种芯片。采用这类专用集成电路，可驱动3~5相电机，可选择励磁方式；转速精确，设定的转速范围宽、加减速的过渡时间及上升陡度可根据负载选定；此外还有单步运转和不同的停止方式等功能。另一类芯片的核心是实现细分技术，例如日本东芝公司的TA7774H二相步进电机细分控制芯片，其内部集成了PWM斩波控制和函数型双极驱动电路细分控制功能[4]。TA8435H是东芝公司推出的一款步进电机专用驱动芯片。采用TA8435H构成步进电机驱动器，利用AT89C2051输出步进脉冲的设计方案具有占用CPU时间短、编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点，因此可在控制和测量领域中得到广泛应用[5]。目前由于集成芯片受到耐压、电流容量的限制，一般只能用于小功率步进电机的驱动[6]。 1.2.3 国内驱动器概况

步进电机系统由于发展较早，电机成本低、可靠性好、结构简单、驱动电源的成本不高，因而具有良好的市场竞争力，国内出现的经济型数控机床及其高档产品绝大多数使用步进电机系统作为伺服结构[7-8]。

常州宝来电器有限公司生产的BL系列步进电机驱动器为模块式。产品采用恒流斩波，脉宽调制驱动方式，使用电压范围宽，电流可调，具有低噪音，高可靠性等特点[9]。 1.2.4 步进电机驱动软件的发展状况

在微型计算机出现以前，步进电机的控制完全由硬件实现。随着单片机的迅速普及，基于软件为核心的通用环形分配器得到了广泛的应用[10]，此类环形分配器仅需更换不同

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的软件即可适应各种电机，无需变更硬件，具有极大的灵活性。此外，在步进电机的速度控制中，我们寻求的最佳升降速曲线是根据步进电机的动力学特性及矩频特性得到的，在数学上这种曲线方程是比较复杂的，人们很难找到一种硬件电路来模拟它，只能在一定频段内做一种比较大的近似来拟合[11]。现在我们可以通过软件编程来精确的模拟升降速曲线，并且结合当前微型计算机的强大计算功能可实现步进电机的最优化控制

[12]

。

本文介绍基于TA8435H芯片的步进电机驱动器的设计，采用AT89C2051单片机编

程监控步进电机脉冲。该驱动器可以用于各种加工机械，物料传输，激光雕刻机等各种需要运动机械的机械。本次设计驱动器可以驱动1A 以下的步进电机，适合各种中小型步进电机的驱动。

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2 系统总体方案

2.1系统总体规划

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步进电机控制系统从整体上由主机、信号转换、微控制器、驱动电路和步进电机构成。在控制过程中，由主机发出控制命令，通过和下位微控制器通信，按照主机的命令产生脉冲控制信号，驱动步进电机进行运转。按照主机发出的命令不同，步进电机可以分别作正转、反转、慢速运转、快速运转和停止等动作，还可以按照上位机命令循环执行一个系列的动作。单片机输出的信号功率一般比较小，不能直接驱动步进电机，这就需要驱动电路来完成功率放大，使控制脉冲信号满足驱动步进电机的要求。典型的步进电机驱动控制系统主要由三部分组成：控制器、驱动器和步进电机。因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。根据题目要求，此设计主要采用以下基本模块来实现，脉冲信号产生模块，脉冲信号分配模，功放大模块，设计方框图如图1.2.1所示。

脉 冲 信号 信号分配 信号放大 步进电机

图2.1 总体设计方框图

其中脉冲信号产生模块用于产生步进电机工作所需要的脉冲信号，信号分配模块用于将信号产生模块所发出的环形脉冲进行分配，信号放大模块用于将经分配后的脉冲信号进行放大，以便于能驱动步进电机。由单片机产生脉冲，经TA8435H专用芯片进行脉冲分配和功率放大后，将脉冲信号输入步进电机进行驱动。设计方案如图1.2.4所示。

单片机 TA8435H 步进电机

图2.2 设计方案图

使用细分方式，能很好的解决步进电机在低频工作时，振动大、噪声大的问题。步进电机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步距角的细分。TA8435H跟用L298N

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格更加便宜。

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比较：调试简单，最大1/8细分，低速运行震动噪音小；不但简化了电路而且该芯片价

3 单片机及外围器件介绍

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3.1 TA8435H的工作原理及主要引脚说明

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TA8435H是一款两相有极性步进电机的控制驱动芯片，它内部集成了一个具有8细分功能的控制器和2.5A的驱动器，用PWM恒流方式工作。 3.1.1 TA8435H的性能

TA8435H是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片， TA8435H可以驱动二相步进电机，且电路简单，工作可靠。

图3.1 TA8435H引脚排列

该芯片具有以下特点：

它内部集成了一个具有8细分功能的控制器和2.5A的驱动器。 （1）Bi－CMOS工艺。

（2）大部分控制引脚内部有上拉电阻和施密特电路，有较好的噪声容限。 （3）工作电压范围宽(10V~40V)；

（4）输出电流可达1.5A(平均)和2.5A(峰值)；

（5）具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运行方式可供选择； （6）采用脉宽调制式斩波驱动方式；

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（7）具有正/反转控制功能； （8）带有复位和使能引脚；

（9）可选择使用单时钟输入或双时钟输入。 极限参数如下：

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电源电压（功率）：40V；电源电压（逻辑）：5.5V；输出电流（平均值）：1.5A（峰值），2.5A；逻辑输入电压：＝VCC；功率：5W（无散热器）43W（Tc＝85℃）；工作温度：－40℃～＋85℃；存储温度：－55℃～＋155℃。 3.1.2 TA8435细分工作原理

在图3.2 中，第一个CK 时钟周期时，解码器打开桥式驱动电路，电流从VMA 流经电机的线圈后经RNFA 后与地构成回路，由于线圈电感的作用，电流是逐渐增大的，所以RNFB

上的电压也随之上升。当RNFB 上的电压大于比较器正端的电压时，比较器使桥式驱动电

路关闭，电机线圈上的电流开始衰减，RNFB 上的电压也相应减小；当电压值小于比较器正向电压时，桥式驱动电路又重新导通，如此循环，电流不断的上升和下降形成锯齿波，其波形如图3.2 中IA 波形的第1 段，另外由于斩波器频率很高，一般在几十KHz，其频率大小与所选用电容有关，在OSC 作用下，电流锯齿波纹是非常小的，可以近似认为输出电流是直流。在第2 个时钟周期开始时，输出电流控制电路输出电压Ua 达到第2 阶段，比较器正向电压也相应为第2 阶段的电压，因此，流经步进电机线圈的电流从第1 阶段也升至第二阶段2，电流波形如图IA 第2 部分，第3 时钟周期，第4 时钟周期TA8435的工作原理与第1、2 是一样的，只有又升高比较器正向电压而已，输出电流波形如图IA中第3、4 部分。如此最终形成阶梯电流，加在线圈B 上的电流，如图3.2 中IB。在CK 一个时钟周期内，流经线圈A 和线圈B 的电流共同作用下，步进电机运转一个细分步。

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图3.2 电压电流波形图

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3.1.3 TA8435H的引脚功能

TA8435H采用ZIP25封装形式，表3.3为其引脚排列图。

表3.3各引脚的定义

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脚1(S-GND)：信号地；

脚2(RESET)：复位端，低电平有效，当该端有效时，电路复位到起始状态，此时在任何激励方式下，输出各相都置于它们的原点；

脚3(ENABLE)：使能端，低电平有效；当该端为高电平时电路处于维持状态，此时各相输出被强制关闭；

脚4(OSC)：该脚外接电容的典型值可决定芯片内部驱动级的斩波频率

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（15kHz~80kHz)，计算公式为：

fosc=1/(5.15×COSC)

式中，COSC的单位为μF，fosc的单位为kHz。 脚5(CW/CCW)：正、反转控制引脚；

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脚6、7(CK2、CK1)：时钟输入端，可选择单时钟输入或双时钟输入，最大时钟输入频率为5kHz；

脚8、9(M1、M2)：选择激励方式，00表示步进电机工作在整步方式， 10为半步方式，01为1/4细分方式，11为1/8细分方式；

脚10(REF IN)：VNF输入控制，接高电平时VNF为0.8V，接低电平时VNF为0.5V； 脚11(MO)：输出监视，用于监视输出电流峰值位置； 脚13(VCC)：逻辑电路供电引脚，一般为5V； 脚15、24(VMB、VMA)：B相和A相负载电源端； 脚16、19( B、B)：B相输出引脚；

脚17、22(PG-B、PG-A)：B相和A相负载地；

脚18、21(NFB、NFA)：B相和A相电流检测端，由该引脚外接电阻和REF-IN引脚控制的输出电流为：IO=VNF/RNF

脚20、23( A、A)：A相输出引脚。 3.1.4 TA8435H的应用

TA8435H有两个脉冲输入引脚CK1、CK2，可以用来输入两路脉冲。但是当其中一个引脚输入脉冲时，另一个引脚必须保持高电平。TA8435H输出的驱动电流由VNF和NFA、NFB引脚上所连的检测电阻RNF决定。

公式为：Io=VNF／RNF。

而VNF的大小由（10）脚REF IN引脚电平决定：高电平VNF＝0.8V，低电平VNF＝0.5V。（7）脚接脉冲，控制电机速度，（5）脚控制电机方向，（3）脚使能，低电平有效，（16）、（19）、（20）、（23）脚接两相四线或六线电机。电路输入输出都有上拉电阻，并且有光耦隔离，保护电脑并口不被强电伤害。可以手动，方便移动工作台。有使能控制，便于手摇动。自动半流功能，使得电机不动作时电流减少。多个输入口，可以接急停和限位，还可以外接光电开关。外接交流24V电源，板内有整流，并有12V风扇和5V芯片工作电压。加入散热片和风扇可以使芯片工作在最大功率。

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推荐工作条件见表3.4。

表3.4 工作条件

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3.2 AT89C2051单片机在步进电机控制中的应用

利用AT89C2051单片机作为控制器，实现对步进电机的简易控制方法，并提供了相应的硬件电路图。该控制系统具有硬件电路简单，编程容易，成本低廉，易于实现对步进电机的控制等特点。 3.2.1单片机的简单介绍

单片机全称为单片微型计算机(Single Chip Microcomputer),又称微控制器(Microcontroller Uint)或嵌入式控制器(Embedded Controller)， 是因为它最早被用在工业控制领域。单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对提及要求严格的控制设备当中。它是将计算机的基本部件微型化并集成到一块芯片上的微型计算机,通常片内都含有CPU,ROM,RAM,并行I/O,串行I/O,定时器/计数器,中断控制,系统时钟及系统总线等.单片机具有体积小、重量轻、成本低廉、灵活性好、易于开发与应用等优点。

单片机有专门为单片机应用设计的体系结构和指令系统，一般具备以下4个特点：1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于单片机系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的单片机。4）单片机功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的单片机系统更是如

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此，如需要功耗只有mW甚至uW级。

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近年来,单片机在工业自动化、生产过程控制、智能化仪器、仪表等领域应用越来越广,有效提高了生产效率,改善了工作条件,经济效益十分明显。 3.2.2 AT89C2051单片机简介

AT89C2051是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS8位单片机，片内含2k bytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM）器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS—51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。如图3.5所示。

图3.5

同时AT89C2051的时钟频率可以为零，即具备可用软件设置的睡眠省电功能，系统的唤醒方式有RAM、定时/计数器、串行口和外中断口，系统唤醒后即进入继续工作状态。省电模式中，片内RAM将被冻结，时钟停止振荡，所有功能停止工作，直至系统被硬件复位方可继续运行。

其主要特点为：

(1)与MCS-51产品完全兼容； (2)2K字节可编程闪烁内存；

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(3)编程次数可达1 000次； (4)两级程序加密防盗；

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(5)15个可编程I/O、2个16位定时器/计数器、可直接驱动LED显示、5个中断源； (6)二级中断优先级、全双工串行口。

正是因为AT89C2051单片机具有上述特点，尤其是自带FLASH存储器，并且能够有效擦除1 000次，使整个控制系统的硬件电路变得很简单，大大缩短了开发周期。 3.2.3 AT89C2051的引脚说明

从AT89C2051内部结构图也可看出，其内部结构与8051内部结构基本一致（除模拟比较器外），引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致，但P1口、P3口有其独特之处。

AT89C2051是一个功能强大的单片机，但它只有20个引脚，15个双向输入/输出（I/O）端口，其中P1是一个完整的8位双向I/O口，两个外中断口，两个16位可编程定时计数器，两个全双向串行通信口，一个模拟比较放大器。引脚如图3.1所示，与8051内部结构进行对比可发现，AT89C2051减少了两个对外端口（即P0、P2口），使它最大可能地减少了对外引脚，因而芯片尺寸有所减少。

AT89C2051芯片的20个引脚功能为： 1. Vcc：电源电压。 2. GND：地。

3. P1口：P1口是一8位双向I/O口。口引脚P1.2～P1.7提供内部上拉电阻。 P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入（AIN1)。P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。当P1口引脚写入“1”时，其可用作输入端。当引脚P1.2～P1.7用作输入并被外部拉低时，它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。

P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。

4. P3口：P3口的P3.0～P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。P3口缓冲器可吸收20mA电流。当P3口引脚写入“1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。用作输入时，被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。

表3.6 P3口的功能

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P3口引脚 P3.0 P3.1 P3.2 P3.3 P3.4 P3.5

功能 RXD(串行输入端口) TXD(串行输出端口) INT0(外中断0) INT1(外中断1) TO(定时器0外部输入) T1(定时器1外部输入) 第 14 页 共 45 页

P3口还用于实现AT89C2051的各种功能，如下表3.6所示。 P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。

5. RST：复位输入。RST一旦变成高电平，所有的I/O引脚就复位到“1”。当振荡器正在运行时，持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。

6. XTAL1：作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。 7. XTAL2：作为振荡器反相放大器的输出。

从上述引脚说明可看出，AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I/O设备所需的地址、数据、控制信号，因此利用AT89C2051构成的单片机应用系统不能在AT89C2051之外扩展存储器或I/O设备，也即AT89C2051本身即构成了最小单片机系统。

4 混合式步进电动机的结构和原理

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4.1步进电机的发展及应用状况

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步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的机械角度，脉冲一个一个的输入，电动机便一步一步地转动。步进电动机的位移量与输入脉冲数严格成正比，其转速与脉冲频率和步距角有关，控制输入脉冲数量、频率及电机各相绕组的接通顺序，可以得到各种所需要的运行特性。尤其与数字系统配套使用时，体现出更大的优越性。它具有快速启停、精确步进、误差没有长期积累以及能够直接接收数字信号等特点，在数字控制系统中得到了广泛的应用。从发展趋势来讲，应该说步进电动机与直流电动机、异步电动机以及同步电动机并列而成为电动机的几种基本类型。

步进电动机区别于其它控制用途电动机的最大特点是它接收数字控制信号(电脉冲信号)，并转换成与之相对应的角位移或直线位移。它本身就是一个完成数字/模拟转换的执行元件，而且它可以进行位置开环控制，输入一个脉冲信号就得到个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流伺服系统相比，其成本明显降低，几乎不必进行系统调整。

基于上述优点，步进电动机被广泛应用于数模转换、速度和位置控制系统，是数字开环控制系统理想的执行元件。与采用其它伺服装置组成的闭环系统比较，步进电机开环控制系统可以省去反馈传感器、放大器、积分器和模数转换器等，使结构简单、稳定、可靠、控制方便、成本低廉。近年来，随着电力电子技术，微电子技术和微处理机技术的飞速发展，特别是三者在应用中的结合，使步进电动机的驱动系统不断发展和完善，各项性能指标不断提高。因此，随着运动控制系统数字化的到来，步进电动机的应用日益广泛。

4.1.1步进电机的技术参数

步进电动机的主要技术参数有以下几个[13][14]：

（1）步距角：步距角是每给一个脉冲信号电机转子所转的角度。目前国产商品步进电机常用步距角为：0.36o、0.6o、0.72o、0.75o、0.9o、1.2o、1.5o、1.8o、2.25o、4.5o等。

（2）精度：精度是指实际的步距角与理论的步距角之间的差值，又称为静态步距角误差，通常用理论步距角的百分比或绝对值来衡量。

（3）定位转矩：定位转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。通常反应式步进电动机的定位转矩为零，混合式步进电动机有一定的定位转矩。由于步

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位转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。

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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，所以定

（4）运行频率：步进电机起动后，控制脉冲频率连续上升时保证不失步所达到的最高频率称为运行频率。

（5）额定电流：电机转动时每一相绕组允许通过的电流称为额定电流。

（6）额定电压：驱动电源供给的电压称为额定电压，一般不等于加在绕组两端的电压。4.1.2步进电机参数计算

1）步距角

步距角?是决定步进式伺服系统脉冲当量的重要参数。步距角越小，脉冲量越小，控制精度

就越高。步距角?：

??式中：m——定子绕组的相数 z——转子的齿数

360? mzk k——步进电机的通电方式，为m相m拍时，k=1；为m相2m拍时，k=2；依此类推。

2）每一齿距的空间角（也称齿间夹角）为：

?z?式中Zr为转子齿数。

360? Zr3）每一极距的空间角（也称极间夹角）为：

???式中m为步进电机相数。

4）每一极距所占的齿数为

360? 2mZr 2m5）转子齿数Zr应符合以下条件，

Zr?2p(K?1m)

式中K——正整数；

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2p——反应式步进电动机的定子磁极数；

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m——定子相数。 4.1.3步进电机的特点

步进电机的基本特点如下[15]：

(1)位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构简单且具有一定精度的开环控制系统，也可以在需要更高精度时组成闭环控制系统。

(2)易于起动、停止、正反转及变速，快速响应性好。

(3)速度可以在相当宽的范围内平滑调节。可以用一台控制器控制几台步进电机同时同步运行。

(4)具有自锁能力。当控制脉冲停止输入且让最后一个脉冲控制的绕组继续通电时，电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个控制脉冲所控制的角位移的终点位置上，所以步进电机具有带电自锁能力。

(5)步距角选择范围大，可以在几十角分至180o范围内选择。在小步距角情况下，电机通常可以在超低速下高转矩稳定运行，而且可以不经减速器直接驱动负载。

(6)步进电动机按其应用可分为伺服式和功率式。功率步进电动机可以不通过力矩放大装置直接带动机床等负载运动，简化了传动系统的结构，并具有一定的精度。

(7)电机本体没有电刷，转子上没有绕组，也不需要位置传感器，可靠性高。 (8)步进电机需要与控制器配合使用，不能直接使用普通的交直流电源。 (9)步进电动机带惯性负载的能力差。

(10)存在失步、共振等现象，在使用中要根据负载和运行条件合理选用步进电动机及其控制器。

4.1.4步进电机工作原理

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，通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。这样就可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。

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

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速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。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。

A电机 A

BB

图 4.1步进电机通电示意图

下面以二相四拍的步进电机为例，如图4-1所示。它的通电顺序如下表4-1所示：

表4.2 步进电机励磁表

0 1 2 3 A+ 1 0 0 1 A- 0 1 1 0 B+ 1 1 0 0 B- 0 0 1 1 反转方向 正转方向 即按图中的通电顺序，每给一个脉冲，电机便相应地走一步，且步进电机正方转动的脉冲顺序为：0A 06 05 09 ；而步进电机反方向转动的脉冲顺序为： 09 05 06 0A 。所以，根据这样的脉冲递顺序，我们只要在实验中给步进电机传送这样的信息，步进电机就可以运转了，至于电机的具体运行规律，只要在程序中添入适当的控制规律就可以了。 4.1.5步进电动机的分类

根据结构和工作原理的不同，步进电机可分为三种[14]：

反应式(VR型——Variable Type)又称为磁阻式步进电机。反应式步进电动机的工作原理是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的磁阻转矩而转动的。这类电机结构简单，工作可靠，运行频率高，步距角小(0.09o～9o)。磁阻式步进电动机及其控制驱动电路构成的开环伺服系统在技术上业已成熟，在价格上较为便宜，在使用上也易于操作

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者掌握。

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永磁式(PM型——Permanent Magnet Type)永磁式步进电动机的工作原理是，转子上的永磁体建立的磁场，与定子绕组电流建立的磁场相互作用而产生电磁转矩，这类电机控制功率小、效率高、造价低。步距角较大(7.5o～18o)。在满足实际要求的前提下，永磁式步进电动机比较便宜，因而一经面世就得到广泛的应用，甚至取代了一部分混合式步进电动机，被用于打印机、复印机、传真机以及空调器等各个领域中。

混合式(HB型——Hybrid Type)混合式步进电动机既有反应式步进电动机基于气隙磁导变化的特征，又有轴向恒定磁场的永磁式步进电动机的特征。其综合了该两类步进电动机的特点，因而既有VR步进电机步距角小、工作频率高的特点，又有PM电机控制功率小、无励磁时具有转矩定位的优点。

4.2 混合式步进电机

混合式步进电机在我国也称为永磁感应子式步进电机，最早见于美国。本设计中主要采用二相混合式步进电机进行试验。 4.2.1 混合式步进电机的特点

步进电动机有三种基本结构形式，经实践考验，在工业上获得广泛应用的主要有两类：反应式步进电动机和混合式步进电动机。而混合式步进电动机综合了反应式和永磁式步进电动机两者的优点。与反应式步进电动机相比，混合式步进电动机具有如下一些特点：

(1)极对数等于转子齿数，可以根据需要在很大范围内变化。对于多极对数的混合式步进电动机，方波驱动就可以获得较高的分辨率，可作为低速同步电动机运行；对于少极对数的混合式步进电动机，可作为具有宽广调速范围的调速电动机。

(2)转子磁钢提供激磁。在相同条件下，其激磁安匝只有反应式步进电动机的1/3～1/2，有利于功率逆变器的设计和配置，降低成本，提高可靠性和系统效率[16]。

(3)绕组电感随转子位置变化小，使系统控制简单化，易于实现最佳运行控制。 (4)在整个运行区域没有明显的振荡，易于减小力矩波动。

(5)混合式步进电动机是轴向充磁磁路，永磁体夹在二段转子铁芯中间，用量少，易于采用高磁能积的新型永磁材料，有利于电动机性能的提高。

因此混合式步进电机的应用最为广泛，是国外主流品种，国内也已经大面积取代反应式步进电机成为市场热点[17-18]。两相混合式步进电机是这类电机中最常见的一种，

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除了具有步进频率高、反应速度快等优点外，更为重要的是两相混合式步进电机具有明显的零电流定位转矩。所以两相混合式步进电机的应用范围非常广泛。 4.2.2两相混合式步进电机的结构及工作原理

两相混合式步进电机的定子一般有8个极或4个极，每极上均匀分布一定数量的小齿及控制绕组；控制绕组采用集中绕组，每相为两对极，如图4.1所示。按A→B→(-A)→(-B)→A…的顺序轮流通以正、负脉冲（也可在同一相的极上绕上两套绕相相反的绕组，通以正脉冲）；转子是由环型磁铁和两端铁芯组成，中间为环形轴向磁化的永磁体，磁体两端各套有一段开有齿槽的铁芯，两段铁芯错开半个齿距，且转子齿距与定子小齿的齿距相等。显然，同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，而两块不同段的转子片的极性相反。

图4.3两相混合式步进电机的结构

转子永磁体充磁后，一端（如图4.1(a)中右端）为N极，则右端铁芯转子的整个圆周上都呈N极性，左端转子铁芯则呈S极性。当A相通电时，定子1－3－5－7极上的极性为N－S－N－S，这时转子稳定平衡位置为：定子磁极1和5上的齿和转子左端的槽对齐，定子磁极3和7上的齿与转子左端的齿及右端的槽对齐，而B相4个极（2、4、6、8极）上的齿与转子齿都错开1/4齿距。

两相混合式步进电动机的气隙磁动势有两种：一种是由永磁铁产生的磁动势Fm；另一种是由定子绕组产生的磁动势Fs。在每一个具体的磁极下，这两种磁动势有时是相加的，有时是相减的，随交流绕组中通入的电流方向变化而变化。混合式步进电机与反应式步进电机的最大区别在于其转子具有永久磁性。

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由于定子同一极的两端极性相同，转子两端极性相反，且错开半个齿距，所以当转子偏离平衡位置时，两端作用的转距的方向是一致的。当定子各相绕组按顺序通以直流脉冲时，转子每次将转过一个步距角Qb，其值为：

??式中：m——定子绕组的相数 z——转子的齿数 k——步进电机的通电方式

360? mzk4.3 步进电动机的微步驱动技术

4.3.1二相混合式步进电动机的通电方式

混合式步进电动机的驱动是靠按一定方式给步进电机的各相励磁绕组通以电流，实现步进电机励磁磁场合成方向的变化来使步进电机转动的。步进电动机有多种通电方式，不同的通电方式对步进电动机的性能有着不同的影响。

单四拍通电方式中每拍只有一相绕组通电，四拍构成一个循环，步进电机励磁磁场旋转360o，对应步进电机转子转过一个齿距。

第一拍时，A相绕组正向通电，产生定位转矩Ta，它使电动机的S极转子在定子磁极1下进入齿对齿的稳定平衡位置。绕组通电前转子的空间位置是任意的，转子可能正转，也可能反转，绕组通电后转子位置和转子磁场矢量Ta几重合。

第二拍时，B相绕组正向通电，定位转矩Ta消失，定位转矩Ta使转子正转90o，相当于1/4个转子齿距，步进电动机的S极转子进入与定子磁极2齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。

第三拍时，A相绕组反向通电，定位转矩T-a使转子正转l/4个转子齿距，步进电动机的S极转子进入磁极3齿对齿的稳定平衡位置，转子正转一步。

第四拍时，B相绕组反向通电，定位转矩Tb发生作用，转子将再正转1/4个转子齿距，进入S极转子上磁极4齿对齿的稳定平衡位置。

第五拍时，A相绕组正方向通电，完成一个正转循环，转子正好正转一个转子齿矩，重新进入S极转子上磁极1齿对齿的稳定平衡位置。

可见，按单四拍通电方式给二相混合式步进电动机通电时，转子每拍行进1/4齿距，可以称为整步方式，此时的步距角为1.8o。图4—2(a)为单四拍通电方式的磁场矢量图。

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双四拍通电方式与单四拍通电方式类似，只是每一拍为两相绕组同时通电，产生合成磁场矢量，步距角同样为1.8o，也是整步通电方式。八拍通电方式具有单四拍和双四拍两种通电方式，交互通电，8拍为一个循环，转子每拍行进1/8个齿距角，称为半步方式，此时步距角为0.9o，其矢量图为4—2（b）所示。

图4.4通电方式矢量图

4.3.2 二相混合式步进电动机的微步驱动方式

对于混合式步进电动机来说，转子是跟随电动机内部合成磁场矢量一起转动的，如果控制定子绕组中的电流变化，使合成磁场矢量以微步距转动，就可以实现对步进电动机原有步距角的细化，使电动机以很小的步距角转动，以增加其运动的连续性，提高步进分辨率和定位精度。

微步驱动方式的基本思想是，每次输入脉冲切换时，不象单拍或者双拍那样，将绕组电流全部通入或者切断，而是控制电流使其按照一定的规律阶梯上升或下降，从而在各相零电流到最大电流之间形成多个稳定的中间电流状态。相应的，各相合成磁场矢量也将形成多个稳定的中间状态。合成磁场矢量的幅值决定了转矩的大小，相邻两条合成磁场矢量的夹角决定了微步距的大小。转子将会沿着这些中间状态以小于步距角的微步距转动。

4.4 步进电机的细分驱动

对于步进电机，控制系统就像是它的中枢神经系统，指挥着它的每个动作。 4.4.1细分原理和细分技术的发展

细分控制又称微步控制。细分驱动是从另一个角度去提高步进电机的运行性能，它针对步进电机的分辨率及精度不高，精度与快速性相矛盾，动态中有失步及振动、噪声大等缺点而产生的一种比较特殊而有效的驱动控制方式。其实质是步进电机在输入脉冲

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切换，只改变相应绕组中的电流的一部分，即对相电流实施微量控制，利用各相电流的阶梯变化产生一系列的假想的磁极对，则转子对应的每步运动也相应只是原步距角的一部分，即达到细分的目的。

细分实质上是通过对步进电机相电流的精确控制达到减小步距角，使电机转动连续平稳的一种电机驱动方式。步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是：当驱动器工作在整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。细分能很好地改善电机的运行性能，步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是提高电机的运转精度，实现步进电机步距角的高精度细分。其次，细分技术的附带功能是减弱或消除步进电机的低频振动，低频振荡是步进电机的固有特性，而细分是消除它的唯一途径。

利用细分控制能够使步进电机的分辨率大大提高，同时也能够有效地降低步进电机低频运转时的振动和噪音。细分技术的产生得益于现代电力电子技术的深入发展，也使步进电机控制进入了一个新的空间[19-23]。当今步进电机控制器的高端产品基本上都采用了该技术。1975年美国学者T.R.Fredriksen首次在美国增量运动控制系统及器件年会上提出了步进电机步距角细分的控制方法。在其后的二十多年里，步进电机细分驱动技术得到了很大的发展，并在实践中得到了广泛的应用。实践证明，步进电机细分驱动技术可以减小步进电机的步距角，提高步进电机运行的平稳性，增加控制的灵活性等[24-25]。 4.4.2利用单片机细分的方法

步进电机控制系统主要通过基于单片机实现。基于单片机实现步进电机控制也是目前重要的一种手段。步进电机本身就是离散型自动化执行元件，所以它特别适合采用单片机及嵌入式系统控制。同专用IC相比，单片机有更大的灵活性，更易实现复杂的控制策略。随着微处理器技术的飞速发展，单片机的性价比越来越高，利用单片机实现步进电机控制将形成趋势。

利用单片机的脉冲宽度可调波（PWM），使原来的一个矩形脉冲波分解成一个阶梯波形，若设原来阶梯波角度为θ，则按阶梯波的步距角应为θ/n，其中n为阶梯波的个数。其优点是在阶梯波驱动步进电机的时候，虽然能通过单片机产生的PWM波很灵活地改变输出脉冲的高低和长短，从而实现步进电机的柔性控制和实现驱动大功率的步进电

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机。

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单片机有很大的灵活性，较易实现复杂的控制策略。随着微处理器技术的飞速发展，现在市场上单片机的性价比越来越高。本文的主要工作就是在尽量降低成本的前提下采用单片机进行两相混合式步进电机细分驱动控制系统的设计。

4.5 步进电机应用中注意

（1）步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

（2）步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

（3）由于历史原因，只有标称为12V电压的电机使用12V外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值，可根据驱动器选择驱动电压，当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。

（4）转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

（5）电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

（6）高精度时，应通过机械减速、提高电机速度，或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机。

（7）电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。

（8）电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。 （9）应遵循先选电机后选驱动的原则。

4.6对步进电机单片机控制系统的要求

在步进电机的单片机控制系统中，能实现以下三个基本控制任务：

控制换相顺序：步进电机的通电换相顺序要严格按照步进电机的工作方式进行。也称为脉冲分配，实现脉冲分配的方法有两种：软件法和硬件法。

控制步进电机的转向：通过改变通电的相序来实现。

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5 系统硬件设计

5.1系统电路结构设计

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本设计主系统采用以AT89C2051单片机为核心芯片的电路来实现，主要由AT89C2051芯片、晶振电路、驱动电路(TA8435H)、键盘电路所组成。系统的硬件电路设计框图如图5.1所示。

晶振电路

图5.1 系统结构框图

AT89C2051单片键盘电路 电源模块 机 驱动输出电路TA8435H 步进电机 5.2硬件原理图

如图5.2是单片机AT8435H相连控制步进电机的原理图。单片机主控芯片为 AT892051。电路中RST为复位按钮，用于实现电路的起始及复位；按钮正/反 转、加速及减速，分别用于控制步进电机正反两个方向的转动及电机的加速与减速转动。电路中TA8435H 驱动芯片的M1和 M2引脚决定电机的转动方式；M1＝0、M2＝0，电机按整步方式运转；M1＝1、M2＝0，电机按半步方式运转 ；M1＝0、M2＝1，电机按 1/4细分方式运转；M1＝1、M2＝1，电机按 1/8 细分方式运转。电路中电机工作在何种运转方式可由拨动开关进行设置。

CW/CWW 管脚控制电机转动方向；CK1、CK2 为时钟输入端，本电路采用单时钟输入 ， 控制时钟的频率 ，即可控制电机转动速率。REFIN 脚为NFA、NFB输出电压控制端，REFIN 为高电平，NFA、NFB的输出电压为0.8V，REFIN为 低 电 平 ， NFA、 NFB 的 输 出 电 压 为0.5V而 NFA，NFB这两个引脚控制步进电机输入电流；选用不同的二相步进电机 时,应根据其额定电流大小选择合适的R8和R9阻值。电路中R6、C5 组成复位电路， D1～D4为快恢复二极管,用来泄放电机绕组电流。

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图5.2 硬件原理图

5.3硬件电路组成部分

5.31 单片机AT89C2051的复位电路

单片机的工作就是从复位开始的。当此引脚连接高电平超过2个机器周期，即可产生复位的动作。当在AT89C2051单片机引脚引入高电平并保持2个机器周期时，单片机内部就执行复位操作。复位操作有两种基本形式：一种是上电复位，另一种是上电与按键均有效的复位。本设计采用上电与按键均有效的复位。电路图如图5.3

图5.3 单片机复位电路

5.3.2 时钟电路

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AT89C2051中有一个用于构成内部震荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体一起构成自激振荡器，内部振荡电路参见图5.4外接石英晶体及电容C接在放大器的反馈回路中并联震荡电路。对外接地电容容量选用22pF±22pF。时钟电路由AT89C2051的时钟端(XTAL1及XTAL2)以及12 MHz晶振X1、2个电容C组成，采用片内振荡方式。

图5.4 内部振荡电路

5.3.3驱动电路

步进电机使用了TA8435H

图5.5TA8435H驱动电路

5.3.4键盘电路

键盘电路如下图5.6所示：键盘是三个按键组成的开关组，是最简单的单片机输入设备，通过键盘输入数据或命令，实现人机对话。键盘电路是采用中断电路，能获得所需数量的按键。如果按下“正转按钮”则向单片机INT0申请中断，T0开始计时，执行正转程序；若按下“反转按钮”，则向单片机INT1申请中断，T0开始计时，执行反转程序。

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图5.6键盘电路

5.3.5电源电路

电路中需要+12V和+15V的两组电源。＋12V电源接在TA8435H驱动芯片VMA及VMB管脚上，主要给步进电机供电。＋5V 电源为单片机、驱动芯片及外围电路供电。图2也给出了电源电路图。

图5.7 电源电路

6系统软件设计

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6.1主程序设计

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本系统的软件设计主要分为系统初始化、按键及控制脉冲输出几部分，事实上每一部分都是紧密相关的，每个功能模块对于整体设计都是非常重要，单片机AT89C2051通过软件编程才能使系统真正的运行起来，软件设计的好坏也直接决定了系统的运行质量。

本程序主要由键盘程序、步进电机驱动程序两部分部份组成，主程序首先初始化各变量，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，便进入待机状态，等待键入相应操作。然后调用键盘程序，并作判断，如果有键按下，则调用键盘处理程序。 6.1.1 系统软件主流程

系统上电复位过，先经过必要的参数初始化后，便进入按键查询，等待操作，当有按键按下后，程序便调用相应的子程序运行。首先初始化实际键值参数，然后分别扫描P1.0，P1.1，P1.2口，与初始值比较，相等则说明没有键按下，不相等则软件抖动，以便确认是否真的有键按下。延时10ms后再次分别扫描P1.0，P1.1，P1.2P2口，第二次与初始值比较，若相等则表明前一次比较不相等是由抖动产生；如果相等则表明确实有键按下。此时保存键值到临时变量。接着第三次扫描键盘并与临时变量比较，若相等则循环，这是为了确保每一次按键只执行一次相应的处理程序。最后从临时变量取出实际键值参数，为键盘处理子程序做准备。

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开始 第 31 页 共 45 页

初始化 按键判断 相应按键子程序 图6.1 系统主流程图

6.1.2定时器T0中断（步进脉冲输出）模块流程

系统上电复位后，先调用初始化子程序，对步进电机各端口，相关参数进行初始化，设置T0工作方式控制字和时间常数。初始化完成后，步进电机处于停止状态，T0定时器处于关闭状态。然后循环调用读键盘子程序和键盘处理子程序，等待中断，以便实现步进电机转动控制。

中断入口 关闭定时器，根据设定速度载入初值 根据系统设定的参数输出相应的控制脉冲到端口 开定时器 返回 图6.2读键盘子程序流程图

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键盘处理子程序开始时要从存放实际键值的参数中取出刚读取到的键值送到累加器A，依次判断累加器A的低四位。若检测到低电平，则说明与该位对应的按键按下，从而转到相应的处理子程序段，完成相应的操作，实现相应的功能后返回。若没有检测到高电平则返回。

步进电机的启停控制通过启停定时器0来实现，因为定时器0控制着脉冲信号的输出，关闭定时器0也就阻止了脉冲信号的输出。

6.2系统软件的编译环境

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。用过汇编语言后再使用C来开发，体会更加深刻。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。下面详细介绍Keil C51开发系统各部分功能和使用。

UVision/I shell集成开发环境 C51编译器 A51编译器 C库文件 LIB51管理库 RTX51实时操作系统 BL51连接 OH51转换器 图6.2.1 C51工具包整体结构图

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Keil C51单片机软件开发系统的整体结构C51工具包的整体结构，如图3.1所示，其中uVision与Ishell分别是C51 for Windows和for DOS的集成开发环境(IDE)，可以完成编辑、编译、连接、调试、仿真等整个开发流程。开发人员可用IDE 本身或其它编辑器编辑C 或汇编源文件。然后分别由C51及A51编译器编译生成目标文件(.OBJ)。目标文件可由LIB51创建生成库文件，也可以与库文件一起经L51连接定位生成绝对目标文件(.ABS)。ABS文件由OH51转换成标准的Hex文件，以供调试器dScope51或tScope51使用进行源代码级调试，也可由仿真器使用直接对目标板进行调试，也可以直接写入程序存贮器如EPROM 中。 6.2.1 使用Keil软件建立一个工程

Keil是目前进行51单片机开发最常用的编译软件。关于Keil的使用，有很多的资料介绍，这里只介绍其整个编译过程，在最短时间内开始使用Easy 51DP-2开发板。对于Keil更详细的介绍，可以参考一些专门书籍资料。在Keil里，每一个完整的程序，都是以一个工程的形式建立的。一个工程里可以有一个或多个*.c文件和*.h文件，但只可以有一个main()函数。一般的做法是将包含main()函数的C文件加入到工程中，其他文件以#include头文件的形式加到这个C文件里。这样，在编译的时候，其他的文件会被自动的导入到工程里来。

打开Keil软件后，出现（图6.2.2）所示界面。当然，如果Keil在上次关闭时有打开的工程，再一次打开时它会自动加载上一次的工程文件。

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图6.2.2 Keil软件主界面

首先点击Project->New Project…（Project->Open Project…为打开一个已经存在的工程），如图6.2.3所示。

图6.2.3 Keil软件打开新工程界面

点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图6.2.4所示）界面。在此界面上选择电路板上所用的单片机型号：Atmel AT89S51（或者是AT89S52，视开发板上具体型号而定），单击“确定”。

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图6.2.4 选择电路板上所用的单片机型号

设置完成后，软件会提示“是否将8051上电初始化程序添加入工程？”如图6.2.5所示，这个一般选择“否”。（关于STARTUP.A51的相关内容可查阅相应资料）

图6.2.5 是否将8051上电初始化程序添加入工程

这样，就建立了一个空的51工程。

接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。点击

，或者File->New，

便建立了一个空的文本框。现在，就可以开始在里面输入你的代码了。

保存时注意：如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c，如果是用汇编写的程序，则将文本存成*.asm。

到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。但现在还不能开始编译。因为还没有将程序代码添加到工程里面去。

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下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图6.6所示，在左边Project Workspace里的Source Group 1上右击，选择Add Files to Group ?Source Group 1?。在打开的对话框中，选择刚存的文件路径和对应的扩展名。这样，程序就添加进了这个工程。

图6.2.6 添加文件到工程中

下一步，就开始编译刚输入进去的代码。点击工具栏中的打出下面的提示：

Build target 'Target 1' assembling led.asm... linking...

Program Size: data=8.0 xdata=0 code=100 \

按钮。接着，Keil会

其中“\”说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。建立工程的时候，默认是不生成HEX文件的，得在编译做如下设置：单击

，

或者在Project Workspace里Target 1上右击，选择“Options for Target ?Target 1?”。出现如图6.2.7所示对话框，选择“Output”按图示，将箭头所指的多选框勾上，点“确定”。

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现在再点击

所在文件夹里生成HEX文件。

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重新编译，系统提示：“creating hex file from \”。便会在工程

图6.2.7 生成HEX文件

6.2.2 使用Debug进行调试

Keil有很强大的调试功能，可以显示C程序的反汇编代码、可以计算代码运行的时间、可以显示程序中某一变量的值??能用好这个调试工具对编写单片机程序会有很大的帮助。同样的，在这里，只对Debug进行简单应用介绍，更详细的使用方法可以参看相关书籍资料。

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图6.2.8 调试前设置窗口

首先，单击，弹出如图2.2.8所示对话框，在Target页面上设置对应的晶振频率。

，进入调试界面（如图6.2.9所示）。

其他不用作修改。设置完成后，单击

图6.2.9 Keil调试界面

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点击

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中对应的工具按钮则可以开始调试。

另外，“View”下的三个工具在调试中会经常用到如.图6.2.10所示，“Disassembly Window”显示C文件的反汇编程序；“Watch & Call Stack Window”可以显示程序中某一变量的值；“Memory Window”可以显示内存中某一地址的值。

图6.2.10 三个常用的调试工具

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结论

对于本次设计，有以下结论:

(l)采用单片机作为控制核心，利用其强大的功能，把控制电路和键盘电路有机的结合起来，组成一个操作方便的控制系统。

(2)键盘电路采用外部中断技术。

(3)驱动电路采用了TA8435H步进电机专用芯片，采用TA8435H构成步进电机驱动器，利用AT89C2051输出步进脉冲的设计方案具有占用CPU时间短、编程容易、结构简单、成本低、可靠性好、抗干扰能力强等优点。

(4)系统软件采用结构化设计，具有易维护性，根据用户新的要求，对软件系统进行少量的修改，使系统功能得到一定程度的提高。

(5)方向设定:按方向键进行选择。当按下正转按钮时为正向。电机的运行正反向表示的是顺时针还是逆时针是由操作者在接步进电机时的相序决定的。

(6)强行复位:按下复位按钮即可。

从整个工作过程来看，完全达到了设计目的。所有功能全部能正常实现。由于学校资源有限，图书馆原因和时间原因，未能做出实物。但充分利用了有限的时间和资源，学习了单片机，微机，电力电子技术等知识。

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