1.1、什么是步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種基于電磁感應(yīng)原理、把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開環(huán)控制電機(jī)，是工業(yè)控制系統(tǒng)中一種常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（注：工業(yè)控制系統(tǒng)由控制器、控制元件、傳感器及執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成）。

步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部由轉(zhuǎn)子和定子組成，下面這張圖是一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)的外觀圖：

1.2、步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的基本概念

1.2.1、相數(shù)：是指步進(jìn)電機(jī)定子繞組的組數(shù)（即內(nèi)部線圈的個(gè)數(shù)）。常見的有兩相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)；

1.2.2、步距角：步進(jìn)電機(jī)接收一個(gè)脈沖信號(hào)后所轉(zhuǎn)過的角度，步距角在電機(jī)出廠時(shí)已經(jīng)確定，會(huì)寫在電機(jī)上。一般兩相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相電機(jī)的步距角為0.75°/1.5°，五相電機(jī)的步距角為0.36°/0.72°；如果不使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，只能靠選擇不同步距角的步進(jìn)電機(jī)來滿足控制要求。細(xì)分驅(qū)動(dòng)器可以改變步進(jìn)電機(jī)的步距角，這個(gè)我們將在第二節(jié)《認(rèn)識(shí)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器》中介紹；

1.2.3 、保持轉(zhuǎn)矩（holding torque）：是指步進(jìn)電機(jī)繞組通電且轉(zhuǎn)子沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使電機(jī)能夠移動(dòng)完整的一步所需要的扭矩。保持轉(zhuǎn)矩主要受電機(jī)繞組所允許的最大電流限制，通常大于運(yùn)行轉(zhuǎn)矩（running torque）。保持轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，它的優(yōu)點(diǎn)在于可以使負(fù)載保持在某個(gè)位置。在不特別指明的情況下，通常說的步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就是指保持轉(zhuǎn)矩。比如，某步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為3.5NM，就是指其保持扭矩為3.5NM；

1.2.4、阻尼轉(zhuǎn)矩（detent torque）：是指步進(jìn)電機(jī)繞組在不通電的情況下，由其本身的機(jī)械特性（永磁性結(jié)構(gòu)）所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。在不通電的情況下，用手去轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子可以感受到阻尼轉(zhuǎn)矩；

1.3、步進(jìn)電機(jī)的分類與結(jié)構(gòu)

步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)部由轉(zhuǎn)子（rotor）和定子（stator）組成。

當(dāng)定子線圈通電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子相互作用使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度。

根據(jù)勵(lì)磁方式的不同，步進(jìn)電機(jī)可分為：永磁式、反應(yīng)式（磁阻式）和混合式三種。

1.3.1、永磁式（permanent magnet stepper motor）

永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子（rotor）是一種永磁性的、柱狀結(jié)構(gòu)，具有N極和S極；定子是具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁線圈；當(dāng)定子線圈通入直流電后，根據(jù)安培右手定律，線圈的兩端會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)；定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的永磁性材料相互作用從而使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。通過給定子繞組交替通電，就能控制轉(zhuǎn)子按照某個(gè)方向交替運(yùn)動(dòng)；

永磁式步進(jìn)電機(jī)的定子/轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1.3.2、反應(yīng)式（variable reluctance stepper motor）

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)也稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子是一個(gè)非磁性的、軟鐵性質(zhì)的、齒狀結(jié)構(gòu)；其定子由勵(lì)磁線圈組成；由于轉(zhuǎn)子是非磁性結(jié)構(gòu)，因此在定子沒有通電之前，定子與轉(zhuǎn)子之間沒有任何磁性相互作用。因此，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)沒有阻尼轉(zhuǎn)矩（detent torque）。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如下：

阻尼轉(zhuǎn)矩:功率越大，轉(zhuǎn)矩也越大，鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)也就越快。鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，又受到永久磁鐵鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)，永久磁鐵是用來阻尼鋁盤轉(zhuǎn)動(dòng)的。

簡(jiǎn)單的說，一個(gè)靜動(dòng)都穩(wěn)定的系統(tǒng)，既需要一個(gè)力或力矩讓其回到原平衡狀態(tài)，又需要一個(gè)力或力矩讓其在原平衡狀態(tài)停下，前面那個(gè)就叫安定力矩（穩(wěn)定力矩），后面那個(gè)就叫阻尼力矩。舉例說明：?jiǎn)螖[系統(tǒng)是具有靜穩(wěn)定性的，每當(dāng)偏離平衡位置，線張力與重力的合力就會(huì)將其拉到平衡位置，這個(gè)力就是安定力（穩(wěn)定力），然而如果沒有一切阻力，小球永遠(yuǎn)不會(huì)停下，而是會(huì)無數(shù)次經(jīng)過平衡位置而不停，這就是缺乏阻尼力而不具有動(dòng)穩(wěn)定性，所以，在現(xiàn)實(shí)中，這個(gè)系統(tǒng)里的空氣阻力以及其他阻力就是阻尼力的來源，他們耗散掉系統(tǒng)的能量，使其最終停在平衡位置，從而使系統(tǒng)具有動(dòng)穩(wěn)定性。

1.3.3、混合式（hybrid stepper motor）

顧名思義，混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)合了永磁式和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)子采用永磁性材料，并且將其分成南極（S極）和北極（N極）兩個(gè)部分，每個(gè)部分又有很多的齒狀結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

混合式步進(jìn)電機(jī)的定子由勵(lì)磁線圈組成，每一組線圈下面也具有交替分布的齒狀結(jié)構(gòu)。如下圖所示：

混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角小、動(dòng)態(tài)性能好，是使用最廣泛的步進(jìn)電機(jī)。下面這張圖是混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子實(shí)物圖：

1.4、步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、沒有積累誤差、只需要脈沖信號(hào)就能進(jìn)行工作，因此既可以使用PLC進(jìn)行控制，也可以使用單片機(jī)等能產(chǎn)生脈沖信號(hào)的裝置進(jìn)行控制，在工業(yè)自動(dòng)化控制中使用非常廣泛。

不過其噪音和震動(dòng)較大，并且可能會(huì)出現(xiàn)失步的情況，因此只適合于精度要求不高的場(chǎng)合。

另外步進(jìn)電機(jī)的位置和速度信號(hào)不能反饋給控制系統(tǒng)，一般只能用于開環(huán)控制。如果要構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，需要在運(yùn)動(dòng)軸上增加編碼器等信號(hào)反饋裝置。

PLC：可編程邏輯控制器是種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)。它采用一種可編程的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。

起源

? ? 美國(guó)汽車工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求的發(fā)展促進(jìn)了PLC的產(chǎn)生，20世紀(jì)60年代，美國(guó)通用汽車公司在對(duì)工廠生產(chǎn)線調(diào)整時(shí)，發(fā)現(xiàn)繼電器、接觸器控制系統(tǒng)修改難、體積大、噪聲大、維護(hù)不方便以及可靠性差，于是提出了著名的“通用十條”招標(biāo)指標(biāo)。

? ? ? 1969年，美國(guó)數(shù)字化設(shè)備公司研制出第一臺(tái)可編程控制器(PDP-14)，在通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用后，效果顯著；1971年，日本研制出第一臺(tái)可編程控制器(DCS-8)；1973年，德國(guó)研制出第一臺(tái)可編程控制器；1974年，我國(guó)開始研制可編程控制器：1977年，我國(guó)在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域推廣PLC。

最初的目的是替代機(jī)械開關(guān)裝置(繼電模塊)。然而，自從1968年以來，PLC的功能逐漸代替了繼電器控制板，現(xiàn)代PLC具有更多的功能。其用途從單一過程控制延伸到整個(gè)制造系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)。

當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。

輸入采樣

可編程邏輯控制器

在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。?[5]?

單片機(jī)

? ? ? ? ? ?單片機(jī)（Single-Chip Microcomputer）是一種集成電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU、隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。從上世紀(jì)80年代，由當(dāng)時(shí)的4位、8位單片機(jī)，發(fā)展到現(xiàn)在的300M的高速單片機(jī)。

單片機(jī)又稱單片微控制器，它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片，而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。相當(dāng)于一個(gè)微型的計(jì)算機(jī)，和計(jì)算機(jī)相比，單片機(jī)只缺少了I/O設(shè)備。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。

單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛，如智能儀表、實(shí)時(shí)工控、通訊設(shè)備、導(dǎo)航系統(tǒng)、家用電器等

單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示：

單片機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

運(yùn)算器

運(yùn)算器由運(yùn)算部件——算術(shù)邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit，簡(jiǎn)稱ALU）、累加器和寄存器等幾部分組成。ALU的作用是把傳來的數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)或邏輯運(yùn)算，輸入來源為兩個(gè)8位數(shù)據(jù)，分別來自累加器和數(shù)據(jù)寄存器。ALU能完成對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行加、減、與、或、比較大小等操作，最后將結(jié)果存入累加器。

運(yùn)算器有兩個(gè)功能：

(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運(yùn)算。

(2) 執(zhí)行各種邏輯運(yùn)算，并進(jìn)行邏輯測(cè)試，如零值測(cè)試或兩個(gè)值的比較。

運(yùn)算器所執(zhí)行全部操作都是由控制器發(fā)出的控制信號(hào)來指揮的，并且，一個(gè)算術(shù)操作產(chǎn)生一個(gè)運(yùn)算結(jié)果，一個(gè)邏輯操作產(chǎn)生一個(gè)判決。

控制器

控制器由程序計(jì)數(shù)器、指令寄存器、指令譯碼器、時(shí)序發(fā)生器和操作控制器等組成，是發(fā)布命令的“決策機(jī)構(gòu)”，即協(xié)調(diào)和指揮整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)的操作。其主要功能有：

? ? (1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。

? ? (2) 對(duì)指令進(jìn)行譯碼和測(cè)試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號(hào)，以便于執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作。

? ? (3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的方向。

微處理器內(nèi)通過內(nèi)部總線把ALU、計(jì)數(shù)器、寄存器和控制部分互聯(lián)，并通過外部總線與外部的存儲(chǔ)器、輸入輸出接口電路聯(lián)接。外部總線又稱為系統(tǒng)總線，分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB和控制總線CB。通過輸入輸出接口電路，實(shí)現(xiàn)與各種外圍設(shè)備連接。

? ? ? ?（1）單片機(jī)的體積比較小， 內(nèi)部芯片作為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是功能完善，使用起來十分方便，可以模塊化應(yīng)用。

? ? ? ?（2）單片機(jī)有著較高的集成度，可靠性比較強(qiáng)，即使單片機(jī)處于長(zhǎng)時(shí)間的工作也不會(huì)存在故障問題。

? ? ? ?（3） 單片機(jī)在應(yīng)用時(shí)低電壓、低能耗，是人們?cè)谌粘Ｉ钪械氖滓x擇， 為生產(chǎn)與研發(fā)提供便利。

? ? ? ?（4）單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力和運(yùn)算能力較強(qiáng)，可以在各種環(huán)境中應(yīng)用，且有著較強(qiáng)的控制能力。

應(yīng)用

節(jié)能控制

由于智能電子設(shè)備可能會(huì)被經(jīng)常攜帶外出，因此對(duì)這些設(shè)備的能耗要求是非常高的，所以經(jīng)常會(huì)設(shè)計(jì)一些節(jié)能控制模塊，從而提高智能電子設(shè)備的待機(jī)時(shí)長(zhǎng)。單片機(jī)技術(shù)在節(jié)能控制中的應(yīng)用主要分為以下幾個(gè)方面：第一，智能電子設(shè)備在外出狀態(tài)下，大部分是處于輕負(fù)載的模式，這時(shí)候就需要通過節(jié)能控制，確保其基礎(chǔ)功能的前提下，進(jìn)一步降低電量的消耗。單片機(jī)通過對(duì)智能電子設(shè)備中數(shù)據(jù)的收集，可以大致推斷當(dāng)前設(shè)備處于較低的負(fù)載，這時(shí)可以降低電壓及電流的輸出，達(dá)到節(jié)能的目的；第二，單片機(jī)可以控制能耗的節(jié)奏，例如：在小米手環(huán)中，收集人體的心率、睡眠和運(yùn)動(dòng)步數(shù)等數(shù)字，這些數(shù)字收集后會(huì)在本地進(jìn)行存儲(chǔ)，然后以分鐘級(jí)的頻率進(jìn)行上報(bào)；信息未上報(bào)時(shí)，設(shè)備處于低能耗的狀態(tài)，信息上報(bào)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的消耗，單片機(jī)可以控制能耗的節(jié)奏，將手環(huán)的大部分時(shí)間控制在低能耗的狀態(tài)下，可以使得待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)七十二小時(shí)以上。

智能語(yǔ)音設(shè)備

為了更好地提高智能電子設(shè)備的智能性，可以允許人類通過簡(jiǎn)單的語(yǔ)言進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音人機(jī)交互的目的。目前，語(yǔ)音處理芯片已經(jīng)開發(fā)完成，并開始運(yùn)用到智能電子設(shè)備中。單片機(jī)在智能語(yǔ)音設(shè)備中的應(yīng)用，主要分為以下兩個(gè)部分：第一，軟件設(shè)置方面，由于單片機(jī)可以通過編程的方式，處理一些業(yè)務(wù)邏輯，因此就能夠?qū)χ悄苷Z(yǔ)音處理過程進(jìn)行操作。例如：在導(dǎo)航智能電子設(shè)備中，可以將其中的一些道路名稱、距離等進(jìn)行提取，然后進(jìn)行播報(bào)；同時(shí)，還可以選擇不同的名人口吻進(jìn)行播報(bào)，真正實(shí)現(xiàn)智能化的定制操作，更好地滿足用戶的需求；第二，硬件設(shè)計(jì)方面，由于智能語(yǔ)音設(shè)備對(duì)資源的消耗比較大，因此為了更好地延長(zhǎng)產(chǎn)品的待機(jī)時(shí)間，會(huì)使用單片機(jī)技術(shù)動(dòng)態(tài)控制產(chǎn)品的功率，進(jìn)一步降低對(duì)電量的消耗。同時(shí)，還可以通過單片機(jī)技術(shù)，提高硬件的響應(yīng)時(shí)間，進(jìn)一步提高用戶的體驗(yàn)。?[4]?

報(bào)警控制

對(duì)于部分電子設(shè)備來講，會(huì)擁有自動(dòng)報(bào)警的設(shè)置，報(bào)警控制也是單片機(jī)技術(shù)經(jīng)常使用的領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，對(duì)于一些自動(dòng)報(bào)警裝置來講，例如：家里經(jīng)常使用的火災(zāi)報(bào)警器，就是在外界環(huán)境達(dá)到一定條件下開啟智能報(bào)警的設(shè)備，如果室內(nèi)的煙霧濃度到達(dá)某種水平，或者是收集外界的數(shù)據(jù)達(dá)到某種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)報(bào)警設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警的功能；第二，對(duì)于一些智能電子設(shè)備來講，如果外在環(huán)境超過設(shè)備的工作環(huán)境范圍時(shí)，或者是設(shè)備存在一些異常情況時(shí)，就會(huì)觸發(fā)自身的報(bào)警機(jī)制，讓用戶能夠及時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)作詳情，并且根據(jù)報(bào)警信息提供解決方案。例如：在一些工廠中，經(jīng)常會(huì)安裝一些設(shè)備，對(duì)工廠的生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)某些異常數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)發(fā)生報(bào)警，為確保設(shè)備的正常運(yùn)作，設(shè)備維護(hù)人員需要及時(shí)進(jìn)行處理，避免產(chǎn)生較大的故障。

醫(yī)療設(shè)備

? ? ? ? ?隨著醫(yī)療設(shè)備技術(shù)的不斷提升，單片機(jī)開始在醫(yī)療設(shè)備中進(jìn)行廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在：第一，對(duì)病人的身體特征數(shù)據(jù)進(jìn)行智能監(jiān)控，可以將一些醫(yī)療設(shè)備安裝在病人身上，并對(duì)其身體的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，然后與后臺(tái)的控制系統(tǒng)進(jìn)行交互，如果發(fā)現(xiàn)病人的身體特征異常時(shí)，會(huì)及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。例如：部分醫(yī)療設(shè)備可以針對(duì)病人的心跳、脈搏、血壓等進(jìn)行監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)異常會(huì)及時(shí)呼叫醫(yī)生進(jìn)行處理；第二，在手術(shù)過程中，也會(huì)使用一些智能電子設(shè)備，例如：部分手術(shù)需要進(jìn)入病人的體內(nèi)進(jìn)行，在避免開刀的情況下，可以通過控制智能設(shè)備完成手術(shù)的過程，進(jìn)一步降低病人的痛苦，提高病人身體恢復(fù)的速度；第三，智能體檢數(shù)據(jù)分析設(shè)備，可以將用戶的體檢數(shù)據(jù)錄入進(jìn)去，然后輸入到分析設(shè)備后，通過與正常數(shù)據(jù)的對(duì)比，及時(shí)對(duì)用戶的身體疾病進(jìn)行預(yù)測(cè)和診斷。隨著我國(guó)醫(yī)療技術(shù)水平的不斷提高，單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用變得越來越廣泛，提高了醫(yī)療技術(shù)水平，更好地維護(hù)病人的健康。?[4]?

應(yīng)用特點(diǎn)

? ? ? ? ? ? 單片機(jī)擁有以下幾種應(yīng)用特點(diǎn)：（1）擁有良好的集成度； （2）單片機(jī)自身體積較?。唬?）單片機(jī)擁有強(qiáng)大的控制功能，同時(shí)運(yùn)行電壓比較低；（4）單片機(jī)擁有簡(jiǎn)易攜帶等優(yōu)勢(shì)， 同時(shí)性價(jià)比較高。單片機(jī)主要應(yīng)用于下面幾種領(lǐng)域當(dāng)中，分別是：自動(dòng)化辦公、機(jī)電一體化、尖端武器和國(guó)防軍事領(lǐng)域、?航空航天領(lǐng)域、汽車電子設(shè)備、醫(yī)用設(shè)備領(lǐng)域、商業(yè)營(yíng)銷設(shè)備、計(jì)算機(jī)通訊、家電領(lǐng)域、日常生活和實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域等

（1）使用壽命。壽命主要指以下2方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)開發(fā)產(chǎn)品擁有良好的穩(wěn)定性和較長(zhǎng)的使用壽命，可以長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行10年或是20多年；與微處理器相比擁有較長(zhǎng)的使用壽命。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷提高，MPU更新?lián)Q代速度的不斷提升，部分已經(jīng)成功上市，同時(shí)年齡較小的CPU核心同樣會(huì)隨著I/O模塊的發(fā)展而不斷豐富，生存周期較長(zhǎng)。隨著新型CPU產(chǎn)品的出現(xiàn)，單片機(jī)領(lǐng)域也不斷擴(kuò)展，用戶選擇余地也相繼增加。目前單片機(jī)的主要發(fā)展趨勢(shì)就是32位、16位和8位單片機(jī)的共同進(jìn)步。最初單片機(jī)主要是從8位開始的，隨著多媒體技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(shù)的發(fā)展，32位單片機(jī)逐漸發(fā)展起來。比如32位的CPU單片機(jī)Mororola68k曾經(jīng)就實(shí)現(xiàn)過八千萬(wàn)枚的銷量，而16位單片機(jī)的發(fā)展從產(chǎn)量和品種兩種層面上看也有著巨大的進(jìn)步，呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。?[5]?

（2）運(yùn)行速度。MUP發(fā)展中的主要是不斷提升速度，主要是以時(shí)鐘頻率為主要標(biāo)志，時(shí)鐘頻率逐漸增高。但是單片機(jī)卻和MUP存在一定的差異，為了進(jìn)一步提升單片機(jī)的抗干擾能力，減少噪音影響，單片機(jī)在發(fā)展過程中逐漸開始從降低時(shí)鐘頻率入手，為此不惜降低運(yùn)算效率。從單片機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)入手，改變內(nèi)在時(shí)序，在不提升時(shí)鐘頻率的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高了單片機(jī)的運(yùn)算速度。?[5]?

（3）高可靠性和低噪音技術(shù)。首先是EFT技術(shù)屬于抗干擾技術(shù)，主要是振蕩電路中的正弦信號(hào)被外部的環(huán)境所影響時(shí)，其所發(fā)出的波形就疊加各種毛刺信號(hào)，而人們?cè)谔幚磉^程中也經(jīng)常利用施密特電路進(jìn)行整形，隨后電路振蕩毛刺就會(huì)變成觸發(fā)信號(hào)干擾的時(shí)鐘，交替利用RC濾波電路和施密特電路能夠有效消除毛刺作用，讓影響失效，促進(jìn)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)的順利傳輸。進(jìn)一步提升單片機(jī)穩(wěn)定性。其次是驅(qū)動(dòng)技術(shù)和低噪音的布線技術(shù)，傳統(tǒng)單片機(jī)通常是將地線和電源設(shè)置在電路外殼中的對(duì)稱引腳位置，大都是在右上左下、左上右下兩部分對(duì)稱位置中，如此讓電源噪音順利穿過整個(gè)芯片，干擾單片機(jī)內(nèi)部電路。大部分單片機(jī)都將電源引腳與地線設(shè)置在兩個(gè)相鄰引腳中，這樣能夠有效減少穿過整個(gè)芯片的電流，同時(shí)還能在印刷電路板中設(shè)置去耦電容，進(jìn)一步減少噪聲影響。?[5]?

（4）掩膜與OTP。OTP屬于一次性輸入的單機(jī)片，過去將投產(chǎn)掩膜的單片機(jī)當(dāng)作單片機(jī)產(chǎn)品成熟的標(biāo)志，因?yàn)檠谀碛邢鄳?yīng)的生產(chǎn)周期，同時(shí)OTP型號(hào)的單片機(jī)價(jià)格也不斷降低，因此通過OTP進(jìn)行產(chǎn)品制造逐漸成為近幾年的發(fā)展趨勢(shì)。與掩膜方式比較起來，擁有風(fēng)險(xiǎn)小、生產(chǎn)周期短等優(yōu)勢(shì)。在社會(huì)發(fā)現(xiàn)新時(shí)期，OTP型號(hào)的單片機(jī)需求量也不斷上漲。

程序編寫方法如下：

設(shè)定電機(jī)脈沖數(shù)，這個(gè)是死的，可以不寫。 12800或者其它數(shù)值。

設(shè)定要分的等份數(shù)：129 代入數(shù)據(jù)寄存器D 或者V

計(jì)算出每個(gè)等份須要的整數(shù)脈沖數(shù)：12800/129=99

精確計(jì)算出每個(gè)等份須要的脈沖數(shù)，浮點(diǎn)運(yùn)算得到的結(jié)果是：12800/129=99.2248062

把99轉(zhuǎn)為浮點(diǎn)數(shù)，得到數(shù)據(jù)為99.0

然后用99.2248062—99.0=0.2248062 這個(gè)計(jì)算公式得到了每個(gè)等份剩下脈沖數(shù)。

用剩下的脈沖數(shù)再乘上等份總數(shù):0.2248062x129=28.99999998.去掉小數(shù)點(diǎn)，得到整數(shù)28.

用等份數(shù)減去28得到：129-28=101。本數(shù)據(jù)為加工過程中的等份數(shù)。

程序運(yùn)行到：己經(jīng)加了的等份大于101，也就是從102等份開始到129等份，這28個(gè)等份里面，每個(gè)等份加一個(gè)脈沖。也就是從102等份開始的脈沖數(shù)為99+1=100.

如上計(jì)算,在后28個(gè)等份里面，每個(gè)等份增加一個(gè)脈沖，也就是每個(gè)等份增加了1/100.

用PLC控制步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)指令說明

這些指令主要是針對(duì)用PLC直接聯(lián)動(dòng)伺服放大器，目的是可以不借助其他擴(kuò)展設(shè)備（例如1GM模塊）來進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制，使用這些指令時(shí)最好配合三菱的伺服放大器（如MR-J2）。然而，我們也可以用這些指令來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行，下面我們來了解相關(guān)指令的用法：

這些介紹的指令只適用于FX1S、FX1N系列的晶體管輸出PLC，如FX1N-60MT。

1、脈沖輸出指令PLSY（FNC57）

PLSY指令用于產(chǎn)生指定數(shù)量的脈沖。助記法為HZ、數(shù)目Y出來。指令執(zhí)行如下：

2、帶加減速的脈沖輸出指令PLSR（FNC59）

3、回原點(diǎn)ZRN（FNC156）--------重點(diǎn)撐握

ZRN指令用于校準(zhǔn)機(jī)械原點(diǎn)。助記法為高速、減速至原點(diǎn)。指令執(zhí)行如下：

4、增量驅(qū)動(dòng)DRVI（FNC158）--------重點(diǎn)撐握

DRVI為單速增量驅(qū)動(dòng)方式脈沖輸出指令。這個(gè)指令與脈沖輸出指令類似但又有區(qū)別，

只是根據(jù)數(shù)據(jù)脈沖的正負(fù)多了個(gè)轉(zhuǎn)向輸出。本指令執(zhí)行如下：

5、絕對(duì)位置驅(qū)動(dòng)指令DRVA（FNC159）

本指令與DRVI增量驅(qū)動(dòng)形式與數(shù)值上基本一樣，唯一不同之處在于[S1.]：

在增量驅(qū)動(dòng)中，[S1.]指定的是距離，也就是想要發(fā)送的脈沖數(shù)；而在絕對(duì)位置驅(qū)動(dòng)指令中，[S1.]定義的是目標(biāo)位置與原點(diǎn)間的距離，即目標(biāo)的絕對(duì)位置。

下面以此次的設(shè)備為例，說明步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法：

在用步進(jìn)電機(jī)之前，可以考慮以下幾個(gè)相關(guān)的問題：

1、何謂步進(jìn)電機(jī)的步距角？何為整步、半步？何謂步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分?jǐn)?shù)？

2、用步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)絲桿移動(dòng)一定的距離，其脈沖數(shù)是如何估算的？

3、在步進(jìn)順控中運(yùn)用點(diǎn)位指令應(yīng)注意什么？（切斷電源的先后問題?。?/p>

步進(jìn)電機(jī)測(cè)試程序與接線如下：

1、按下啟動(dòng)按鈕，絲桿回原點(diǎn)，5秒鐘后向中間移動(dòng)，2秒后回到原點(diǎn)。

注：步進(jìn)電機(jī)正數(shù)為后退，Y2亮，負(fù)數(shù)為向前，Y2不亮。向前方為向（3#帶側(cè)）運(yùn)動(dòng)為，向后為向（1#帶側(cè)）運(yùn)動(dòng)。