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方法 CPU 长时间等待，占用大量的机时，因此没有实践价值。
2. 定时器中断法：在中断服务子程序中进行脉冲输出操作，调整定时器的
定时常数就可以实现调速，这种方法占有的 CPU 时间较少，在各种单片机中都
能实现，是一种比较实用理想的调速方法。
定时器法利用定时器进行工作，为了产生步进脉冲，要根据给定的脉冲频 率和单片机的机器周期来计算定时常数，这个定时器决定了定时时间，当定时 时间到而使定时器产生溢出时发生中断，在中断子程序中进行改变 P1.0 的电平 状态的操作，这样就可以得到一个给定频率的方波输出，改变定时常数，就可
以改变方波的频率，从而实现调速。
5.2 步进电机的位置控制
步进电机的位置控制，指的是控制步进电机带动执行机构从一个位置精确 地运行到另一个位置，步进电机的位置控制是步进电机的一大优点，它可以不 用借助位置传感器而只需要简单的开环控制就能达到足够的位置精度，因此应
用很广。步进电机的位置控制需要两个参数：
1. 第一个参数：步进电机控制执行机构当前的位置参数（我们称为绝对位 置），绝对位置时有极限的，其极限时执行机构运动的范围，超越了这个极限就
应报警。
2. 第二个参数：从当前位置移动到目标位置的距离
我们可以用折算的方
式将这个距离折算成步进电机的步数，这个参数是外界通过键盘或可调电位器
旋钮输入的，所以折算的工作应该在键盘程序或 A/D 转换程序中完成。
对步进电机位置控制的一般作法是：步进电机每走一步，步数减 1，如果 没有失步存在，当执行机构到达目标位置时，步数正好减到
0，因此，用步数
等于 0 来判断是否移动到目标位，作为步进电机停止运行的信号。
5.3 步进电机的加减速控制
步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件 诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉 冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、正反 转、加减速，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得 低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长 期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检
测和速度反馈，亦可实现闭环控制。
步进电机驱动执行机构从 A 点到 B 点移动的时，要经历升速，恒速，减速
过程，如果启动时一次将速度升到给定速度，由于启动频率超过极限启动频率，
步进电机就有失步现象，因此会造成不能正常启动，如果到终点时突然停下来，
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由于惯性作用 ，步进电机会发生过冲现象，会造成位置精度降低。如果升速非
常缓慢的升降速，步进电机虽然不会发生失步和过冲现象，但影响执行机构的 工作效率，所以，对步进电机的加减速要有严格的要求，那就是保证在不失步 和过冲的前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到有可能指定位置。为 满足加减速要求，步进电动机运行通常按照加减速曲线进行。图
5.1 是加减速
运行曲线。加减速运行曲线没有 一个固定的模式，一般根据经验和实验得到的。 最简单的是匀加速和匀减速曲线，如下图所示：
图5.1 加减速曲线图
其加减速曲线都是直线，因此容易编程实现。按直线加速时，加速度是不 变的，因此要求转矩也应该是不变的。但是，由于步进电动机的电磁转矩玉转 速时非曲线关系，因而加速度玉频率也应该是非曲线关系。因此，实际上当转 速增加时，转矩下降，所以，按直线加速时，有可能造成因转矩不足而产生失 步的现象。
采用指数加、减速曲线或 S 形（分段指数曲线）加、减速曲线是最好的选 择。步进电机的运行可以根据距离的长短分如下 3 种情况处理：
1. 短距离
由于距离较短，来不及升到最高速，因此，在这种情况下，步进电机以洁 净启动频率运行，运行过程没有加、减速。
2. 中、短距离
在这样的距离里，步进电机只有加、减速过程，而没有恒速过程。 3. 中、长距离
在这样的距离里，步进电机不经有加、减速过程，而且还有恒速过程。 由于距离较长，要尽量缩短用时，保证快速反应性。因此，在加速时，尽 量用接近启动频率启动，在恒速时，尽量工作在最高速。单片机在用定时器法 调速时，用改变定时常数的方法来改变输入步进脉冲频率，达到改变转速的目 的，对于 MCS-51 系列单片机，其定时器属于加 1 定时器。因此，在步进电机 加速时，定时常数应增加；减速时，定时常数应减小。如果采用非线性加、减 速曲线，要用离散法将加减速曲线离散化，将离散所得的转速序列所对应的定
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时常数序列，做成表格存储在程序存储器重。在程序运行中，使用查表得方式 重装定时常数，这样做比用计算机节省时间，提高系统的响应速度。
在下章的程序中，参数除了有速度级数 N 和极步数 NC 以外，还有以下参
数：
1. 加速过程的总步数：电动机在升速过程中每走一步，加速总步数就减 1， 直到减为 0，加速过程结束，进入恒速过程。
2. 恒速过程的总步数：电动机在恒速过程中每走一步，恒速总步数就减 1，
直到减为 0，恒速过程结束，进入减速过程。
3. 减速过程的总步数：电动机在减速过程中每走一步，减速总步数就减 1，
直到减为 0，减速过程结束，电动机停止运行。
第六章 步进电机的 XY 工作台
6.1 设计目标
利用两个步进电机组成 X、Y 坐标系，并分别控制工作台上 X 轴和 Y 轴的步 进脉冲，实现从起点 A 点到预定点 B 点的走向控制。
对步进电机的控制要求: 1． 判断旋转方向； 2． 按顺序传送控制脉冲；
3． 判断所要求的控制步数是否传送完毕。
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6.2 X、Y 工作台的传动方式
为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杆螺母传动 副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。
由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从
而减少工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。
考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及
考虑步进电机负载匹配，采用齿轮减速传动，系统总体框图如下：
图6.1 步进电机控制XY轴系统总体框图
如图 6.1 所示，分别用两台步进电机控制 XY 轴工作台，具体控制图如下
所示：
图6.2 丝杠螺母传动
如图 6.2 所示，当步进电机转动时，带动丝杠转动，丝杠和工作台纹合，
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