數(shù)控步進(jìn)電機(jī)相關(guān)知識(shí)范本

1、1 / 29第一章 數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1-1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)概述 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的 機(jī)電執(zhí)行元件，每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖時(shí)，它便會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度， 這個(gè)角度稱為步距角 , 簡(jiǎn)稱為步距。（本數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角為 15 度）脈沖一個(gè)一個(gè)地輸入，電動(dòng)機(jī)便一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)便因之而命 名。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)動(dòng)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。 定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)行分配器送來(lái)的電 脈沖對(duì)多相定子繞組輪流進(jìn)行勵(lì)磁；轉(zhuǎn)子本身沒(méi)有勵(lì)磁繞組的叫做“反 應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)”，用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的叫做“永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)” 。步

2、時(shí) 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式雖然繁多，但工作原理都相同。1-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 單片機(jī)雖然是一個(gè)五臟俱全的計(jì)算機(jī)，但由于本身無(wú)開(kāi)發(fā)能力，必須借 肋開(kāi)發(fā)工具來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件以及對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。因此，用戶要研制 一個(gè)較完整的單片機(jī)產(chǎn)品時(shí)，必須完成以下幾步工作：（ 1） 硬件電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試；（ 2） 應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試；（ 3） 應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行（即脫離開(kāi)發(fā)裝置） 。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾 個(gè)階段，但各階段不是絕對(duì)分開(kāi)的，有時(shí)是交叉進(jìn)行的。1-2-1 步進(jìn)電機(jī)硬件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：（ 1） 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。 硬件結(jié)

3、構(gòu)與軟件方案會(huì)產(chǎn) 生相互影響，考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。但必須注意如用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響應(yīng)時(shí)間要比2 / 29直接用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)花的時(shí)間長(zhǎng)，而且占用CPU 時(shí)間。因此，選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這此因素。（2）整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。（3）可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分， 它包括芯 片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。（4）單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)， 系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器或者減少芯 片功耗，降低總線負(fù)載。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：鍵盤(pán)輸入

4、電路設(shè)計(jì)、振蕩電路、中斷電路、 復(fù)位電路、鍵盤(pán)輸入電路、數(shù)字顯示與驅(qū)動(dòng)電路、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路 等。在完成各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試后，我們與軟件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，且達(dá)到了一個(gè)較為理想的結(jié)果。1-2-2 數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)： 應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)功能要求設(shè)計(jì)的，應(yīng)可靠地實(shí)現(xiàn)系 統(tǒng)的各種功能。應(yīng)用系統(tǒng)種類(lèi)每秒多，應(yīng)用軟件各不相同，但是一個(gè)優(yōu)秀 的應(yīng)用系統(tǒng)的軟件應(yīng)具有下列特點(diǎn)：（ 1） 軟件結(jié)構(gòu)清晰、簡(jiǎn)捷、流程合理。（2） 各功能程序?qū)崿F(xiàn)模塊化、子程序化。這樣，既便于調(diào)試、鏈接，又 便于移植、修改。（ 3） 程序存儲(chǔ)區(qū)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)規(guī)劃合理，既能節(jié)約內(nèi)存容量，又使操作 方便

5、。（4） 實(shí)現(xiàn)全面軟件抗干擾設(shè)計(jì)。軟件抗干擾是計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提高可靠 性的有力措施。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用匯編語(yǔ)言編程，程序編譯通過(guò)后，我們進(jìn)行了固化， 并與系統(tǒng)的硬件進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，達(dá)到了一個(gè)較令人滿意的效果。3 / 29本數(shù)控步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)總體開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖如圖1 所示:圖 1 單片機(jī)總體開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖1-3 數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總體功能介紹 本數(shù)控步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要完成以下功能：(1) 步進(jìn)電機(jī)按鍵盤(pán)輸入電路設(shè)定的圈數(shù)，按A 鍵旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的圈數(shù)同時(shí)顯示電路倒計(jì)時(shí)顯示已轉(zhuǎn)的圈數(shù)；4 / 29(2) 點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行；5 / 29(3) 按根據(jù)事先設(shè)定，以二種不同的速度運(yùn)行；(4) 根

6、據(jù)事先設(shè)定，分別以 4 拍、8 拍模式運(yùn)行；(5) 通過(guò)按 SW 鍵暫停步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行(此時(shí)數(shù)碼顯示暫停)，松手步進(jìn)電 機(jī)繼續(xù)運(yùn)行。圖 2 鍵盤(pán)輸入數(shù)字排列圖各個(gè)按鍵與其功能對(duì)應(yīng)關(guān)系如表 1 所示：09ABCDEFSW1SW2數(shù)字 鍵正逆 轉(zhuǎn)啟 動(dòng)鍵點(diǎn)動(dòng) 執(zhí)行 鍵返轉(zhuǎn) 設(shè)定 鍵1 速度設(shè)定鍵2 速度設(shè)定鍵8 拍模式 設(shè)定 鍵暫停 鍵 復(fù)位 鍵表1鍵盤(pán)功能對(duì)照表現(xiàn)在說(shuō)明如下：“ 09”鍵：為數(shù)字鍵，用來(lái)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)。其鍵盤(pán)輸入數(shù)字排列如圖 2 所示:鍵盤(pán)鍵盤(pán)內(nèi)碼0123456789ABCDEF000102030405060708090A0B0C0D0E0F6 / 29“ A”鍵：A 鍵為執(zhí)行鍵，按 A,則步進(jìn)電機(jī)根據(jù)先前設(shè)定，執(zhí)行運(yùn)轉(zhuǎn)“ B鍵：點(diǎn)動(dòng)直行鍵。按“ B”鍵則電機(jī)點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，松開(kāi)則停止轉(zhuǎn)動(dòng)?！?C鍵：設(shè)定正反轉(zhuǎn)鍵。按“ C”鍵則 P3.0LED 亮，表示反轉(zhuǎn)，再按 P3.0 熄為正轉(zhuǎn)，再按 P3.0 亮為反轉(zhuǎn)?！?D鍵：速度 1 設(shè)定鍵，按 D,則速度顯示數(shù)碼管顯示 1?！?E”鍵：速度 2 設(shè)定鍵，按 E,則速度顯示數(shù)碼管顯示 2。 系統(tǒng)默認(rèn)速度 0，此時(shí)速度顯示數(shù)碼管顯示 0?！癋”鍵：設(shè)定 8 拍模式設(shè)定鍵。按 F 則設(shè)定 8 拍運(yùn)行模式。P3.4 綠燈亮， 表示 8 拍模式，再按綠燈熄，表 4 拍模式