安徽工程大学毕业设计（论文）
子相互作用的电磁转矩大小相等，方向相反，使转子处于平衡状态。
同样，当BC两相通电时，平衡位置是转子齿与B、C两相磁极的齿分别错+1/6个齿距角的位置。当CA两相通电时，平衡位置是转子齿与C、A两相磁极的齿分别错+1/6个齿距角的位置。
双三拍方式还有一个优点，就是不易产生失步。这是因为当两相通电后，由图2-6和图2-7可见。两相绕组中的电流幅值不同，产生的电磁力作用方向也不同。所以，其中一相产生的电磁力起了阻尼作用。绕组中电流越大，阻尼作用就越大。这有利于步进电动机在低频区工作。而单三拍由于是单相通电励磁，不会产生阻尼作用，因此当工作在低频区时，由于通电时间长而使能量过大，易于产生失步现象。
3．六拍工作方式是三相步进电动机的另一种通电方式，这是单三拍与双三拍交替使用的一种方法，也称作单双六拍或1-2相励磁法。
步进电动机的正转通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CA；反转通电顺序为：A-AC-C-CB-B-BA。可见，磁场旋转一周，通电需要换相6次（即六拍），转子才转动一个齿距角。这是单三拍与双三拍最大的区别。
由于转子转动一个齿距角需要六拍，根据式（2-2），六拍工作时的步距角要比单三拍和双三拍时步距角小一半，所以步进精度要高一倍。
六拍工作时，各相通电的电压波形如图2-8所示。可以看出，在使用六拍工作方式时，有三拍是单相通电，有三拍是双相通电，对任一相来说，它的电压波是一个方波，周期为六拍，其中有三拍连续通电，有三拍连续断电。
图2-8 六拍工作方式工作时的相电压波形
单三拍、双三拍、六拍这三种工作方式的区别如表2-1所示。
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基于单片机步进电机控制器的设计
表2-1 单三拍、双三拍、六拍三种工作方式的区别
工作方式 单三相 双三拍 步序 1 2 3 1 2 3 1 2 3 4 5 6 控制位 励磁相 C相 B相 A相 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 A B C AB BC CA A AB B BC C CA P1口输出 01H 02H 04H 03H 06H 05H 01H 03H 02H 06H 04H 05H
三相六拍
由表2-2可以看出，这三种工作方式的区别较大，一般来说，六拍工作方式的性能最好，单三拍工作方式的性能较差。因此，在步进电动机控制的应用中，选择合适的工作方式非常重要。鉴于此，本论文步进电动机的工作方式选择的是三相六拍的工作方式，即（A-AB-B-BC-C-CA）。
表2-2 三种工作方式的比较
工作方式 步进周期 每相通电时间 走齿周期 相电流 高频性能 转矩 电磁阻尼 振荡 功耗 单三拍 T T 3T 小 差 小 小 易 小 双拍 T 2T 3T 较大 较好 中 较大 较易 大 六拍 T 3T 6T 最大 较好 大 较大 较易 中 2.4 系统运行过程综述
在系统上电时，电机停止不转，转速为零，数码管后两位显示00。
按S1键步进电机转速增加，并且随按键的次数的增加，步进电机转速逐级增加，同时显示的速度随着按键每隔10秒改变一次，当停止按键时，速度固定显示，而且每十秒刷新一次。
按S2键时，步进电机速度在已有的基础上逐渐减小，当减到零时，再按其转动方向改变。同时在数码管百位显示（-）号，其速度显示同上。
按S3键步进电机快速停机。
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第3章 硬件设计
3.1 单片机的选择
根据初步设计方案的分析，设计这样一个应用系统，可以选择带有EPROM的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。INTEL公司的8051和8751芯片均可选用。还有其他与MCS-51系列相兼容的芯片例如ATMEL公司生产的AT89CXX系列单片机。AT89CXX系列与MCS-51系列单片机相比具有片内程序存储器采用闪速存储器，使程序的写入更加方便的优势。
为此，我们选用AT89C52单片机。该芯片的功能与MCS-51系列单片机完全兼容，并且还有程序加密等功能，相比而言更加实用。
AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB的可反复擦写的只读程序存储器和256字节的随机存取存储器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，与标准MCS-51指令系统及8051产品引脚兼容，片内置通用8位中央处理器（CPU）和Flash存储单元，其强大的功能更适合较为复杂的控制应用场合。其主要工作特性是：
·片内程序存储器内含8KB的Flash程序存储器，可擦写寿命为1000次； ·片内数据存储器内含256字节的RAM； ·具有32根可编程I/O口线； ·具有3个可编程定时器；
·中断系统是具有8个中断源、6个中断矢量、2级优先权的结构； ·串行口是具有一个全双工的可编程串行通信口； ·具有一个数据指针DPTR；
·低功耗工作模式有空闲模式和掉电模式； ·具有可编程的3级程序锁定位；
·AT89C52工作电源电压为5（5±0.2）V，且典型值为5V。
·AT89C52最高工作频率为24MHZ，编程频率为3～24HZ，编程启动电流为1mA。 引脚排列及功能
首先对于I/O口线做一介绍。
·P0口—8位、漏极开路的双向I/O口。当使用片外存储器及外扩I/O口时，P0口作为低字节地址/数据复用线。在编程时，P0口可用于接收指令代码字节；在校验时，P0口可输出指令字节（须外加上拉电阻）。P0口也可做通用I/O口使用，但需加上拉电阻，变为准双向口。当作为普通输入时，应将输出锁存器置1。P0口可驱动8个TTL负载。
·P1口—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P1口是为用户准备的I/O口双向口。在编程和校验时，可用做输入低8位地址。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。
·P2口—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。当使用片外存储器或外扩I/O口时，P2口输出高8位地址。在编程/校验时，P2口可接收高字节地址和某些控制信号。P2口也可做普通I/O口使用。用做输入时，应先将输出锁存器置1。P1口可驱动4个TTL负载。
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基于单片机步进电机控制器的设计
·P3口—8位、准双向I/O口，具有内部上拉电阻。P3口可做普通I/O口使用。用做输入时，应先将输出锁存器置1。在编程/校验时，P3口接收某些控制信号。它可驱动4个TTL负载。
图3-1 AT89C52引脚排列（PDIP）
AT89C52的引脚排列如图3-1所示：
表3-1列出了P1.0和P1.1替代功能。
表3-1 P1.0和P1.1的替代功能
引脚 P1.0 替代功能 T2 说 明 定时器2的外部事件输入端；可编程脉冲输出端 定时器2的捕捉/重装触发器输入P1.1 T2EX 端；定时器2的记数方向控制端 P3口提供各种替代功能，如表3-2所列。
表3-2 P3口替代功能
引 脚 P3.0 P3.1 P3.2 替代功能 RXD TXD INT0 - 14 - 说 明 串行数据接收 串行数据发送 外部中断0申请 安徽工程大学毕业设计（论文）
P3.3 P3.4 P3.5 P3.6 P3.7 INT1 外部中断1申请 定时器0外部事件记数输入 定时器1外部事件记数输入 外部RAM写选通 外部RAM读选通 T0 T1 WR RD 3.2 X5045芯片以及时钟与复位电路的设计与器件选择 3.2.1 时钟电路的设计
单片机工作的速度是由时钟电路提供的。在单片机的XTAL1和XTAL2两个引脚间，接一只晶振及两只电容就构成了单片机的时钟电路，如图3-2所示
电路中的器件选择可以通过计算和实验确定，也可以参考一些典型电路的参数。电路中电容C1和C2影响记对振荡频率有微调作用，通常的取值范围30±10pF；石英晶体选择6MHz或12MHz都可以。其结果只是机器周期时间不同，数器的记数初值和运算速度。
123456781312151431Y1 C122pF12MHzC222pF191891716P10/TP11/TP12P13P14P15P16P17INT1INT0T1T0AT89C52P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27 39 38 37 36 35 34 33 32 21 22 23 24 25 26 27 28EA/VPX1X2RESETRDWR 10RXD 11TXD 30ALE/P 29PSEN 图3-2 时钟电路图
3.2.2 复位电路的设计
单片机的RST引脚为主机提供一个外部复位信号输入端口。复位信号是高电平有
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