三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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)說明書摘要進(jìn)步電機(jī)是幾點(diǎn)數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的控制元件之一。由于其精度高，體積小，控 制方便靈活，因此在智能儀表和位置中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常見的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，這對于數(shù)字化的控制變得 更為容易。以后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分 解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、 省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控 制、需要精確操作各項(xiàng)指令動作的靈活

2、控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí) 行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微 電 子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民 經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 他易于實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字元件接口，適用于數(shù)字控制系統(tǒng)。261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)一個三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)一個計(jì)算機(jī)步進(jìn)電機(jī)程序控制系統(tǒng)，可以對 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向以及位置進(jìn)行控制。通過設(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)動電路，對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。(2)選擇控

3、制算法，編寫控制程序，實(shí)現(xiàn)三相步進(jìn)電機(jī)在雙三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)計(jì)硬件電路，并畫出原理圖和 PCBS(3)畫出流程圖，編寫控制程序(4)撰寫課程設(shè)計(jì)說明書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)溫度過高首先會使電機(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)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至

4、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)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)各相繞組的電 感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，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)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步 進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖 頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即 啟動頻率較低，然

5、后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。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 ，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相位移的電機(jī)，具機(jī)械位 移和轉(zhuǎn)速分別與輸入電機(jī)繞組的脈沖個數(shù)和脈沖頻率成正比，每一個脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個固定的角度.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)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個 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。可以通過控 制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

6、2.3 步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù)1）空載啟動頻率即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī) 不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率更低。如果要使電 機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后一定加速度升到所 希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。2）電機(jī)固有步距角它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一 個步距角的值，如86BYG250即電機(jī)給出的值為0.9 /1.8。（表示半步工作時為0.9 、 整步工作時為1.8 ）,這個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)際工作時的真正步距角，真

7、正的步距角和驅(qū)動器有關(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 0/1.5 、五相的為0.360 /0.72 0 0在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的 步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義， 用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。4）保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，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)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)

8、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2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是 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)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別 與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/32/3 T,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示）,即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3 T, C與齒3向右錯開2/3 T, A與齒5相對 齊，（A就是A,齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開如圖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)的啟停控制

9、步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時會有步進(jìn)感，即振動感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動平滑 ， 減小振動，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 ，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，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。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)。若步進(jìn)電機(jī)的勵磁方式為三相六 拍，即A-AB-B-BC-C-CA。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)的是一個步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，主要由單片機(jī)8

10、0C51, 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。可以通過開關(guān)來控制系統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時，用開關(guān)來控制方向，并使相應(yīng)的指示燈亮起，同樣由開關(guān)來選擇工作模式。運(yùn)轉(zhuǎn)時，用4位7段數(shù)碼管來輸出步數(shù)。最后根據(jù)思路所設(shè)計(jì)出來的硬件圖設(shè)計(jì)相適應(yīng)的軟件。3.4 系統(tǒng)的整體框圖3.5 驅(qū)動方式的確定并于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動一般有兩種方法，一種是通過 CPUS接來驅(qū)動，這種方法一般 不宜采用，因?yàn)镃PU勺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；別一種 是通過CP皿間接驅(qū)動，就是把從CPU俞出的信號進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動或是再通過 光電隔離間接來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。固

11、本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU同接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。用編碼器還的測速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速測量工具，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速發(fā)電機(jī)，把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來，然后通過顯示器顯示出來并對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；別一種是通過光同軸的電 編碼器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來對步進(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 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)動電路的選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電機(jī)有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動、雙電壓驅(qū)動、斬波驅(qū) 動、細(xì)分控制驅(qū)動等。單電壓驅(qū)動是步進(jìn)電機(jī)控制中最為簡單的一種驅(qū)動電路，它在本 質(zhì)上是一個單間

12、的反相器。它的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，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，這樣就會影響電路的穩(wěn)定 性所以此種驅(qū)動方式一般只用在小功率的步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路中。雙電壓驅(qū)動是電路一 般采用兩種電源電壓來驅(qū)動，因這兩個電源分別是一個為高壓一個為低壓，因此也稱為 高低壓驅(qū)動電路。雙電壓驅(qū)動電路的缺點(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。對于斬波電路驅(qū)動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)

13、對步進(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)動芯片8713來驅(qū)動，并通過軟件來實(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CPU4用89C51作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片.89C51的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編 程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬次以上.使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS51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器(FPEROM FAlsh ProgrAmmABle And ErAsABle ReAd Only Memory )的低電壓，高性能 CMOS粒微 處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用 ATMEL5密度非易失存儲器

14、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CPUF口閃爍存儲器組合在單個 芯片中，ATMEL勺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。4.1.1 單片機(jī)的引腳功能1) VCC(40):電源+5V。2) VSS (20):接地，也就是 GND3) XTL1 (19)和 XTL2 (18):振蕩電路。4) PSEN(29):片外ROMfe通信號，低電平有效5) ALE/PROG30):地址鎖存信號輸出端/EPROM程脈沖輸入端6) RST/VPD(9):復(fù)位信號輸入端/備用電源輸入端。7) EA/VPP (31)

15、:內(nèi)/外部RO延擇端口。8) P0 口(39-32):雙向 I/O 口。P1 口(1-8):準(zhǔn)雙向通用 I/09) P2 口(21-28):準(zhǔn)雙向I/0 口。原理圖如4.1.1所示：P1. 0 Fl. 1 P1. 2 FL 3 PL 4 PL 5 F1.6 P1. 7 EESET EXD/P3. 0 TXD/P3. 1 IHT0/P3 2 IMT1/P3. 9 T0/P3. 4 T1/P3. 5 WPS. 6 M/F3. T XTAL2 XTAL1PDIF Vesc1=40 239 1E338 1E437 JL536 r&35 1l:734 Jl:833 Jr932 JLIC31 L1130

16、1r1229 L1328 1427 JL152b L1625 L1724 JLIS23 JL1322 2C21 ITccPU. Oi/ADO PD. 1/AD1 P0. 2/AD2 PCL 3/AD3 PO, 4/AD4 Pll 5/AD5 PO. 6/AD6 PLL 7/AD?EA/Vpp ALE/PRJ5& PSEMP2. 7/AD1 5 P2. 6/AD14 P 2.5/AD13 P2. 4/AD1 2 F2 3/AD11 F2. 2/AD10 P2, 1/AD9 P2. 0/AD8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)電動機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差

17、所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn) 動的所以也稱為磁阻式步進(jìn)電動機(jī)現(xiàn)以一個最簡單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)為例說明其 工作原理.4.2.1 三相雙三拍通電方式控制繞組的通電方式為 AB-BC-CA-AB或AB-CA-BC-AB每拍同時有兩相繞組通電三拍 為一個循環(huán)，當(dāng)AB兩相控制繞組同時通電時轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時考慮到兩對定子極的 作用，只有A相極和B相極對轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡位置如 4-2-2 B所示，可見雙三拍運(yùn)彳T時的步距角仍是30 ,但雙三拍運(yùn)行時每一拍總有一相繞組持續(xù)通電，例如由 AB兩相通電變?yōu)锽C兩相通電時，B相保持持續(xù)通電狀態(tài) C 相磁拉力圖使轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，而B相磁拉力卻

18、起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動的作用。 即起到一定的電磁阻尼作用所以電機(jī)工作比較平穩(wěn)，而在三相單三拍運(yùn)行時由于沒有這 種阻尼作用，所以轉(zhuǎn)子達(dá)到新的平衡位置容易產(chǎn)生振蕩穩(wěn)定性不如雙三拍運(yùn)行方式。三 相雙三拍運(yùn)行方式AB相與BC相導(dǎo)通的結(jié)構(gòu)如圖4.2.1所示：圖4.2三相雙三拍運(yùn)行方式在分析步進(jìn)電動機(jī)動態(tài)運(yùn)行時，不僅要知道某一相控制繞組通電時的矩角特性， 而且要知道整個運(yùn)行過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 8的坐標(biāo)軸統(tǒng)一取在A相磁極的軸線上，顯然 A相通電時矩角特性如圖中曲線 A所示穩(wěn)定平衡點(diǎn)為 。，點(diǎn)B相通電時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/3 齒距相當(dāng)于轉(zhuǎn)

19、過2冗/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的矩角特性族總之矩角特性族中的每一條曲線依次錯開一個用電角度表示的步矩角8” MERGEFORMAT 證* MERGEFORMAT* MERGEFORMAT步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)特性是指步進(jìn)電動機(jī)在運(yùn)行過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)時的運(yùn)行方式.2）動穩(wěn)定區(qū)當(dāng)A相控制繞組通電時矩角特性如圖所示，若步進(jìn)電動機(jī)為理想空載則轉(zhuǎn)子處于穩(wěn) 定平衡點(diǎn)兒* MERGEFORMAT,如果將A相通電改變?yōu)锽相通電，那么矩角特性應(yīng)向 前

20、移動一個步距角 二：八* MERGEFORMATJ曲線B, - -八* MERGEFORMAT；新的穩(wěn)定平 衡點(diǎn)由于在改變通電狀態(tài)的初瞬轉(zhuǎn)子位置來不及改變還處于8=0的位置，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩卻由。突變?yōu)榍? MERGEFORMAB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，移動直至到達(dá)-i* MERGEFORMA為止對應(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)子在這個區(qū)域內(nèi)就能趨向新的穩(wěn)定平衡位置，因此把后一個通電 相的靜穩(wěn)定區(qū)稱為前一個通電相的動穩(wěn)定區(qū)，把初始穩(wěn)定平衡點(diǎn)OA 與動穩(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，動穩(wěn)定區(qū)就越接近靜穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定裕 度越

21、大，運(yùn)行的穩(wěn)定性越好轉(zhuǎn)子從原來的穩(wěn)定平衡點(diǎn)到達(dá)新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)的時間越短， 能夠響應(yīng)的頻率也就越高。4.2.2 最大負(fù)載能力步進(jìn)電動機(jī)帶恒定負(fù)載時負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 丁口 * MERGEFORMAT/1 區(qū) * MERGEFORMAT 若A相控制繞組通電則轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置為圖中曲線A上的網(wǎng)* MERGEFORMAT,這一點(diǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩正好與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡，當(dāng)輸入一個控制脈沖信號通電狀態(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 北*MERGEFORMAff負(fù)載轉(zhuǎn)矩 出* MERGEFORM AT機(jī)在該轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過一個步距角到達(dá)新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)OB5軟件的設(shè)計(jì)5.1 鍵

22、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)程序流程圖取正轉(zhuǎn)起始地址圖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)一個單片機(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：K1、K2分別為啟動和方向控制；(2)正轉(zhuǎn)時紅色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時黃色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時綠色指示燈亮;(3)用4位LED顯示工作步數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求用 PROTEU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6.2.1 啟/停控制、正/反轉(zhuǎn)控制、工作模式控制電路分析原理圖如下: KO J ,1 O

23、-r&sJ?.SWSPDT.：TEXT., K1 - .$W$PDT. IE?T：., K2 一1.$WPDT .燈曰 K3 i. SWSPDT K4r -圖6.2按鍵控制圖(1) K3為啟/?？刂崎_關(guān)，控制整個系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉(2) K4為正/反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。(3) K0-K3為工作模式;f5制開關(guān)，KO接電時，為步進(jìn)電機(jī)單三拍工作模式；K1接電時,為步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作模式；K2接電時，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。6.2.2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)的輸出控制口6.3顯示電路4.3.1發(fā)光二極管顯示

24、電路用3個不同顏色的發(fā)光二極管來作為指示燈顯示，將P3.5接紅燈，P3.6接黃燈，P3.7接綠燈，正轉(zhuǎn)時紅色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時黃色指示燈亮，不轉(zhuǎn)時綠色指示燈亮。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：/All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，在磁場作用下，使轉(zhuǎn)子齒和A相的定子齒對齊。若此時為初始狀態(tài)，并設(shè)與A相磁極對齊的齒為0號齒,122= 131由于B相齒與A相齒相差120度。且丁- 3 * MERGEFORMAT；整數(shù)

25、。所以此轉(zhuǎn)子 不能和B號齒對齊，只有13號小齒靠近B相磁極的中心線，與中心線相差3度，如果此 時變?yōu)锽相通電，萬里A C兩相不通電，則B相磁極迫使與13號齒對齊，整個齒就轉(zhuǎn) 了 3度，稱為一步。步進(jìn)電機(jī)就是以這種方式作為動力而轉(zhuǎn)動。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。也對步進(jìn)電機(jī)的延時長短起到一定的作用?？梢妼?shí)際與理論是有一定的差別的。8總結(jié)通過這兩個多星期的課程設(shè)計(jì)，把所學(xué)過的各種知識進(jìn)行了一次全面而系統(tǒng)的綜合, 并融會貫通，把所學(xué)到的各種理論與思想進(jìn)行可一次合理的應(yīng)用，把所查閱到的各種文 獻(xiàn)及與設(shè)計(jì)相關(guān)的資料進(jìn)行了合理的提取與分析，并應(yīng)用到實(shí)際。這不但增強(qiáng)了自己的 知識結(jié)

26、構(gòu)，同時對所學(xué)過的各種理論知識與專業(yè)知識進(jìn)行了一次全面的終結(jié)。由于不斷 的上機(jī)操作與實(shí)踐，不但加強(qiáng)了自己動手能力，同時對一些計(jì)算機(jī)軟件的應(yīng)用有了一定 的掌握與理解，并加強(qiáng)了網(wǎng)上學(xué)習(xí)和查閱資料的能力。參考文獻(xiàn)1張洪潤，藍(lán)清華.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)教程.北京：清華大學(xué)出版社，1997.2秦曾煌.電工學(xué).北京：高等教育出版社,1999.3常斗南，等.可編程序控制器原理、應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1998.4于海生，等.微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).北京：清華大學(xué)出版社，1999.5王福瑞，等.單片機(jī)微機(jī)測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京：北京航空航天大學(xué)出社，1998.6陳理壁.步進(jìn)電機(jī)及其應(yīng)用M.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1

27、989.口 劉保延，等.步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,1997.8季維發(fā)，過潤秋,嚴(yán)武升等.機(jī)電一體化技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社,1995.9郭敬樞,莊繼東，孔峰.微機(jī)控制技術(shù).重慶:重慶大學(xué)出版社,1994.10劉國榮.單片微型計(jì)算機(jī)技術(shù) 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.11何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編北京：北京航空航天大學(xué)出版社,1993.12潘新民等：單片微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)北京：人民郵電出版社，1992.13王潤孝，秦現(xiàn)生編著1機(jī)床數(shù)控原理與系統(tǒng)1西北工業(yè)大學(xué)出版社,1997.14李伯成，侯伯李等編1IBM - PC微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)西安電子科技學(xué),1996.15黃義源主編1機(jī)械設(shè)備電氣與數(shù)字控制中共廣播電視大學(xué)出版社 ,1992.附錄總程序如下：#include#includevoid delayl(void);void delay2(void);void display(int);int bs=0;main()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,