三相六拍步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書1 引言1.1課程設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 課程設(shè)計(jì)任務(wù): 設(shè)計(jì)一個(gè)三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)步進(jìn)電機(jī)程序控制系統(tǒng)，可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向以及位置進(jìn)行控制。通過(guò)設(shè)計(jì)，掌握步進(jìn)電機(jī)的工作原理、掌握步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)步驟，進(jìn)一步提高綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。要求完成的主要任務(wù): （1） 設(shè)計(jì)接口電路和驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。（2） 選擇控制算法，編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)在六拍工作方式下先正轉(zhuǎn)90度，然后再反轉(zhuǎn)60度，要求其速度可調(diào)，轉(zhuǎn)向可控。（3）寫出設(shè)計(jì)說(shuō)明書。課程任務(wù)要求: （1）查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案 （2）選擇器件，設(shè)

2、計(jì)硬件電路，并畫出原理圖和PCB圖 （3）畫出流程圖，編寫控制程序 （4）撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書2 步進(jìn)電機(jī)的概述2.1 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。 3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在

3、它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?2.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是一種用電脈沖進(jìn)行控制 ,將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī),其機(jī)械位移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個(gè)數(shù)和脈沖頻率

4、成正比,每一個(gè)脈沖信號(hào)可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度.脈沖的數(shù)量決定了旋轉(zhuǎn)的總角度 ,脈沖的頻率決定了電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度.當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。2.3 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)1)空載啟動(dòng)頻率即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻

5、率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?)電機(jī)固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9/1.8（表示半步工作時(shí)為0.9、整步工作時(shí)為1.8），這個(gè)步距角可以稱之為電機(jī)固有步距角，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。3)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72

6、。在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則相數(shù)將變得沒(méi)有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。 4)保持轉(zhuǎn)矩（HOLDINGTORQUE） 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。2.4 步進(jìn)電機(jī)的內(nèi)外結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著

7、很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3、2/3,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3，A與齒5相對(duì)齊，（A就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開(kāi)如圖2.4.2所示： 3 步進(jìn)電機(jī)控制工作原理3.1 步進(jìn)電機(jī)的啟?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)由于其電氣特性,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)有步進(jìn)感 ,即振動(dòng)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)平滑 ,減小振動(dòng) ,可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角 ,提高電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí) ,為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形

8、 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸 ,使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。3.2 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方式正序換相通電 ,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA-A。如果按反序通電換相 ,即則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。3.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 此次我們所設(shè)計(jì)的是一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)80C51，3相步進(jìn)電機(jī)，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計(jì)而成?？梢酝ㄟ^(guò)開(kāi)關(guān)來(lái)控制系統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用開(kāi)關(guān)來(lái)控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起，同樣由開(kāi)關(guān)來(lái)選擇工作模式。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用4位7段數(shù)碼管來(lái)輸出步數(shù)。最后根據(jù)思路所設(shè)計(jì)出來(lái)的硬件圖設(shè)計(jì)相

9、適應(yīng)的軟件。3.4 系統(tǒng)的整體框圖3.5 驅(qū)動(dòng)方式的確定并于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過(guò)CPU直接來(lái)驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜采用，因?yàn)镃PU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通過(guò)CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，就是把從CPU輸出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過(guò)光電隔離間接來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。用編碼器還的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速測(cè)量工具,因?yàn)檫x擇了閉環(huán)控制，就必須有反饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)，把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)，然后通過(guò)顯示器顯示出來(lái)并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；別一種是通過(guò)光同軸的電編碼

10、器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光電騙碼器作為反饋元件。3.6 驅(qū)動(dòng)電路的選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū)動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。單電壓驅(qū)動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡(jiǎn)單的一種驅(qū)動(dòng)電路，它在本質(zhì)上是一個(gè)單間的反相器。它的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因它的工作效率低，特別是在高頻下更顯的突出。它的外接電阻R要消耗相當(dāng)一部分的熱量，這樣就會(huì)影響電路的穩(wěn)定性所以此種驅(qū)動(dòng)方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中。雙電壓驅(qū)動(dòng)是電路一般采用兩種電源電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)，因這兩個(gè)電源分別是一個(gè)為高壓一

11、個(gè)為低壓，因此也稱為高低壓驅(qū)動(dòng)電路。雙電壓驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)是在高低壓連接處電流出現(xiàn)谷點(diǎn)，這樣必然引起力矩在谷點(diǎn)處下降。不宜于電機(jī)的正常運(yùn)行。對(duì)于斬波電路驅(qū)動(dòng)則可以克服這種缺點(diǎn)，并且還可以提高步進(jìn)電機(jī)的效率。別一種是用單片機(jī)采用數(shù)子脈寬調(diào)制的方法獲得階梯電流，這種方法需要復(fù)雜的計(jì)算可使細(xì)分后的步距角一致。但因本次設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片8713來(lái)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。4 硬件電路的設(shè)計(jì)4.1 單片機(jī)的選擇 本次設(shè)計(jì)以CPU選用89C5l作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片89C51的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬(wàn)次以上.使用方便等優(yōu)點(diǎn)

12、，而且完全兼容MCS5l系列單片機(jī)的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 單片機(jī)的引腳功能1）VCC（40）：電源+5V。2）VSS（20）：接地，也就是GN

13、D。3）XTL1（19）和XTL2（18）：振蕩電路。4）PSEN（29）：片外ROM選通信號(hào)，低電平有效。5）ALE/PROG（30）：地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。6）RST/VPD（9）：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。 7）EA/VPP（31）：內(nèi)/外部ROM選擇端8）P0口（39-32）：雙向I/O口。P1口（1-8）：準(zhǔn)雙向通用I/0口。9）P2口（21-28）：準(zhǔn)雙向I/0口。原理圖如4.1.1所示： 圖4.1 AT89C51的引腳圖4.2 步進(jìn)電機(jī)的選擇 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的所以也稱為磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)現(xiàn)以一

14、個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例說(shuō)明其工作原理. 三相六拍通電方式設(shè)A相首先通電，轉(zhuǎn)子齒與定子A、A對(duì)齊。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時(shí)定子B、B極對(duì)轉(zhuǎn)子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，但是A、A極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)到兩個(gè)磁拉力平衡為止。這時(shí)轉(zhuǎn)子的位置如圖所示，即轉(zhuǎn)子從圖位置順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)了15。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時(shí)轉(zhuǎn)子齒2、4和定子B、B極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子從圖的位置又轉(zhuǎn)過(guò)了15。其位置所示。這樣，如果按AA、BBB、CCC、AA的順序輪流通電，則轉(zhuǎn)子便順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降剞D(zhuǎn)動(dòng)，步距角15。電流換接六次，磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周，轉(zhuǎn)子前進(jìn)了一個(gè)齒距角。如果按AA、CC

15、C、BBB、AA的順序通電，則電機(jī)轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 圖4.2 三相雙三拍運(yùn)行方式 在分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)，不僅要知道某一相控制繞組通電時(shí)的矩角特性，而且要知道整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中各相控制繞組通電狀態(tài)下的矩角特性，即所謂矩角特性族以三相單三拍的通電方式為例，若將失調(diào)角的坐標(biāo)軸統(tǒng)一取在A 相磁極的軸線上，顯然A 相通電時(shí)矩角特性如圖中曲線A 所示穩(wěn)定平衡點(diǎn)為O，點(diǎn)B 相通電時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/3 齒距相當(dāng)于轉(zhuǎn)過(guò)2/3 電角度,它的曲線C, 這三條曲線就構(gòu)成了三相單三拍通電方式時(shí)的矩角特性族總之矩角特性族中的每一條曲線依次錯(cuò)開(kāi)一個(gè)用電角度表示的步矩角 * MERGEFORMAT * MERGEFORMA

16、T * MERGEFORMAT步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的特性它直接影響系統(tǒng)工作的可靠性和系統(tǒng)的快速反應(yīng)。1)單步運(yùn)行狀態(tài)單步運(yùn)行狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在一相或多相控制繞組通電狀態(tài)下僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式.2)動(dòng)穩(wěn)定區(qū)當(dāng)A相控制繞組通電時(shí)矩角特性如圖所示，若步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為理想空載則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點(diǎn)* MERGEFORMAT處，如果將A相通電改變?yōu)锽相通電，那么矩角特性應(yīng)向前移動(dòng)一個(gè)步距角* MERGEFORMAT 變?yōu)榍€B，* MERGEFORMAT 點(diǎn)為新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)由于在改變通電狀態(tài)的初瞬轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及改變還處于=0的位置，對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由O突變?yōu)榍? MERGE

17、FORMAT線B上的C點(diǎn)，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡位置，移動(dòng)直至到達(dá)* MERGEFORMAT點(diǎn)為止對(duì)應(yīng)它的靜穩(wěn)定區(qū)為止，即改變通電狀態(tài)的瞬間只要轉(zhuǎn)子在這個(gè)區(qū)域內(nèi)就能趨向新的穩(wěn)定平衡位置，因此把后一個(gè)通電相的靜穩(wěn)定區(qū)稱為前一個(gè)通電相的動(dòng)穩(wěn)定區(qū)，把初始穩(wěn)定平衡點(diǎn)OA與動(dòng)穩(wěn)定區(qū)的邊界點(diǎn)A之間的距離稱為穩(wěn)定裕度，拍數(shù)越多步距角越小，動(dòng)穩(wěn)定區(qū)就越接近靜穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定裕度越大，運(yùn)行的穩(wěn)定性越好轉(zhuǎn)子從原來(lái)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)到達(dá)新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的時(shí)間越短，能夠響應(yīng)的頻率也就越高。最大負(fù)載能力: 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶恒定負(fù)載時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為* MERGEFORMAT，* MERGEFORMAT若A 相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子

18、的穩(wěn)定平衡位置為圖中曲線A上的* MERGEFORMAT點(diǎn)，這一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個(gè)控制脈沖信號(hào)通電狀態(tài)由A相改變?yōu)锽 相，矩角特性變?yōu)榍€B 在改變通電狀態(tài)的瞬間電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩* MERGEFORMAT 大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩* MERGEFORMAT ，電機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角到達(dá)新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)OB5 軟件的設(shè)計(jì)5.1 鍵盤子程序的設(shè)計(jì) 圖5.1 顯示程序流程圖5.2 正反轉(zhuǎn)程序流程圖 圖5.2正反轉(zhuǎn)程序流程圖5.3 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖 5.3 轉(zhuǎn)速快慢程序流程圖5.4 定時(shí)中斷流程圖 圖5.4 中斷子程序流程圖6 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 6.1 總體設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)單片

19、機(jī)三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能：(1) K1、K2分別為啟動(dòng)和方向控制；(2) 正轉(zhuǎn)時(shí)紅色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時(shí)黃色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時(shí)綠色指示燈亮；(3) 用4位LED顯示工作步數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求用PROTEUS所做的硬件連線圖如下圖1： 圖6.1 總體硬件連線6.2 步進(jìn)電機(jī)控制電路 圖6.2 按鍵控制圖（1）K3為啟/停控制開(kāi)關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)啟和關(guān)閉。（2）K4為正/反轉(zhuǎn)控制開(kāi)關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。（3）K0-K3為工作模式控制開(kāi)關(guān)，K2接電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。 步進(jìn)電機(jī)控制電路 將80c51的P1.0-P1.3作為步進(jìn)電機(jī)的輸出控制口。原理圖如下： 圖6.3 步進(jìn)電機(jī)

20、的輸出控制口6.3顯示電路 4.3.1發(fā)光二極管顯示電路 用3個(gè)不同顏色的發(fā)光二極管來(lái)作為指示燈顯示，將P3.5接紅燈，P3.6接黃燈，P3.7接綠燈，正轉(zhuǎn)時(shí)紅色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時(shí)黃色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時(shí)綠色指示燈亮。原理圖如下： 圖6.4 指示燈接線圖由80c51的P0口取出顯示碼，從80c51的P2.0-P2.3輸出位選碼，設(shè)計(jì)中我們主要用到4位顯示步數(shù)既可。原理圖如下： 圖6.5接線圖7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在單相三拍方式控制中，假如A相電源通電，B、C兩相都不通電，在磁場(chǎng)作用下，使轉(zhuǎn)子齒和A相的定子齒對(duì)齊。若此時(shí)為初始狀態(tài)，并設(shè)與A相磁極對(duì)齊的齒為0號(hào)齒，由于B相齒與A相齒相差120度。且 * M

21、ERGEFORMAT 不為整數(shù)。所以此轉(zhuǎn)子不能和B號(hào)齒對(duì)齊，只有13號(hào)小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3度，如果此時(shí)變?yōu)锽相通電，萬(wàn)里A、C兩相不通電，則B相磁極迫使與13號(hào)齒對(duì)齊，整個(gè)齒就轉(zhuǎn)了3度，稱為一步。步進(jìn)電機(jī)就是以這種方式作為動(dòng)力而轉(zhuǎn)動(dòng)。光電編碼器的分分辨率是決定著反饋的準(zhǔn)確性與反饋的精度。也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的延時(shí)長(zhǎng)短起到一定的作用?？梢?jiàn)實(shí)際與理論是有一定的差別的。8 總結(jié) 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我加強(qiáng)了動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)各個(gè)元件的比較和認(rèn)識(shí)，找到了簡(jiǎn)單、正確的方法。對(duì)電路條件的限制，要求能更深次地理解各種器件的原理及使用規(guī)則，對(duì)具體的情況做到正確的判斷

22、，提高了我們對(duì)書本知識(shí)的掌握，也把我從理論水平提高到實(shí)踐水平。做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。在對(duì)陌生各種元件使用時(shí)，我們才了解到我們現(xiàn)在的知識(shí)水平還很有限，需要我們自己拓展，要多看一些關(guān)于其他類型的不同的見(jiàn)解。附錄：總程序如下：#include #include void delay1(void); void delay2(void); void display(int); int bs=0;main(

23、) char a,b,c,d,j,*q, done18=0x01,0x02,0x04,0x00,0x01,0x04,0x02,0x00, done28=0x03,0x06,0x05,0x00,0x03,0x05,0x06,0x00, done314=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05,0x00,0x01,0x05,0x04,0x06,0x02,0x03,0x00; P3=0x20; delay1(); L: a=P3; while(!(a&0x08) /判斷是否啟動(dòng)，若沒(méi)啟動(dòng)則重新啟動(dòng) P3=0x20; a=P3; delay1(); a=P3; /判斷工作模式 if(

24、a&0x01) /方式1模型 q=done1; if(a&0x02) /方式2模型 q=done2; if(a&0x04) /方式3模型 q=done3; if(a&0x10) /判斷電機(jī)是否要正轉(zhuǎn) P3=0x80; /P3.4口為1，電機(jī)正轉(zhuǎn) b=0; else P3=0x40; /P3.4口為，電機(jī)反轉(zhuǎn) if(a&0x04)b=7; else b=4; d=b; while(1) c=*(q+b); /判斷電機(jī)步數(shù)是否走完 if(c=0)b=d; /步數(shù)走完，電機(jī)重新再走 else P1=c; /從P1輸出電機(jī)控制信號(hào) b+; bs+; /總步數(shù)加1 display(bs); /顯示步數(shù) j=a; a=P3; if(a!=j) /判斷P3口狀態(tài)信號(hào)是否改變 if(!(a&0x08)bs=0; /若為停止信號(hào)，總步數(shù)清零 goto L; /狀態(tài)信號(hào)改變，返回到開(kāi)始，重新對(duì)電機(jī)控制 void delay1() int i,j; for(i=0;i200;i+) for(j=0;j300;j+); void display(int n)unsigned char tab10=0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x67; un