步進電機控制系統(tǒng)--課程設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計算機與信息科學(xué)系課程設(shè)計報告課程名稱： 微型計算機控制技術(shù) 設(shè)計題目： 步進電機控制系統(tǒng) 目錄1.系統(tǒng)概述 1 1.1步進電機控制工作原理 11.2系統(tǒng)設(shè)計思路 12.系統(tǒng)硬件設(shè)計 2 2.1總體設(shè)計 2 2.2步進電機控制電路 3 2.3顯示電路 43.系統(tǒng)軟件設(shè)計 5 3.1總體設(shè)計 5 3.2 關(guān)鍵模塊設(shè)計 104.結(jié)束語 10 4.1設(shè)計感想 14 4.2個人分工情況 15參考文獻(xiàn) 15附錄 15 專心-專注-專業(yè)1.系統(tǒng)概述1.1步進電機控制工作原理步進電機實際上是一個數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進電機的基本控制包括啟?？刂?、轉(zhuǎn)向控制、速度

2、控制、換向控制4 個方面。從結(jié)構(gòu)上看 ,步進電機分為三相、四相、五相等類型 ,常用的則以三相為主。三相步進電機的工作方式有三相單三拍、三相雙三拍和三相六拍3 種 ,下面具體加以闡述。1.1.1步進電機的啟停控制步進電機由于其電氣特性,運轉(zhuǎn)時會有步進感 ,即振動感。為了使電機轉(zhuǎn)動平滑 ,減小振動 ,可在步進電機控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波 ,可以減小步進電機的步進角 ,提高電機運行的平穩(wěn)性。在步進電機停轉(zhuǎn)時 ,為了防止因慣性而使電機軸產(chǎn)生順滑 ,則需采用合適的鎖定波形 ,產(chǎn)生鎖定磁力矩 ,鎖定步進電機的轉(zhuǎn)軸 ,使步進電機的轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 1.1.2步進電機的轉(zhuǎn)向控制如果給定工作方

3、式正序換相通電 ,步進電機正轉(zhuǎn)。若步進電機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 ,即則電機就反轉(zhuǎn)。其他方式情況類似。1.1.3步進電機的速度控制如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖 ,它就轉(zhuǎn)一步 ,再發(fā)一個脈沖 ,它會再轉(zhuǎn)一步。2 個脈沖的間隔越短 ,步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整送給步進電機的脈沖頻率 ,就可以對步進電機進行調(diào)速。1.1.4步進電機的換向控制步進電機換向時 ,一定要在電機減速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)再換向 ,以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機。換向信號一定要在前一個方向的最后一個脈沖結(jié)束后以及下一個方向的第1 個脈沖前發(fā)出。對于脈沖的設(shè)計主要要求要有一定

4、的脈沖寬度(一般不小于5s)、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。在某一高速下的正、反向切換實質(zhì)包含了減速換向加速3 個過程。 1.2系統(tǒng)設(shè)計思路 此次我們所設(shè)計的是一個步進電機控制系統(tǒng)，主要由單片機80C51，并行輸入/輸出接口8255A，3相步進電機，7段數(shù)碼管，及一些其他相關(guān)元件設(shè)計而成?？梢酝ㄟ^開關(guān)來控制系統(tǒng)的啟/停工作，當(dāng)系統(tǒng)運轉(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，這次設(shè)計并不是使用鍵盤來輸入運轉(zhuǎn)步數(shù)，而是由8個開關(guān)置0/1設(shè)步數(shù)。運轉(zhuǎn)時，用3位7段數(shù)碼管來輸出剩余步數(shù)。最后根據(jù)思路所設(shè)計出來的硬件圖設(shè)計相適應(yīng)的軟件。詳細(xì)的設(shè)計步驟將在下面說明。 2.

5、系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1總體設(shè)計設(shè)計一個單片機三相步進電機控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能：(1) 用K0-K2做為通電方式選擇鍵，K0為單三拍，K1為雙三拍，K2為三相六拍；(2) K3、K4分別為啟動和方向控制；(3) 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；(4) 用K5-K12作為步數(shù)的給定值。(5) 用3位LED顯示剩余工作步數(shù)。根據(jù)設(shè)計要求用PROTIU所做的硬件連線圖如下圖1： 圖12.2步進電機控制電路2.2.1啟/停控制、正/反轉(zhuǎn)控制、工作模式控制電路分析（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)，控制步進電機的轉(zhuǎn)向。（3）K

6、0-K3為工作模式控制開關(guān)，KO接電時，為步進電機單三拍工作模式；K1接電時，為步進電機雙三拍工作模式；K2接電時，步進電機工作模式為三相六拍。如圖2： 圖22.2.2步數(shù)給定值控制電路用8255A的PA8個口來作為步數(shù)的輸入口，用開關(guān)K5-K12來控制8位2進制數(shù)的數(shù)值，開關(guān)接電則為1，接地為0，控制步數(shù)范圍0255。如圖3： 圖32.2.3步進電機控制電路將80c51的P1.0-P1.3作為步進電機的輸出控制口。如圖4：圖42.3顯示電路2.3.1發(fā)光二極管顯示電路用3個不同顏色的發(fā)光二極管來作為指示燈顯示，將PC7接紅燈，PC6接黃燈，PC5接綠燈，正轉(zhuǎn)時紅色指示燈亮，反轉(zhuǎn)時黃色指示燈亮

7、，不轉(zhuǎn)時綠色指示燈亮。圖52.3.2八段數(shù)碼管顯示電路由8255A的PB口取出顯示碼如圖6，從80c51的P1.5-1.7輸出位選碼如圖7，設(shè)計中我們主要用到3位顯示步數(shù)既可。 圖6 圖73系統(tǒng)軟件設(shè)計3.1總體設(shè)計3.1.1步進電機的工作方式（1）三相單三拍工作方式    在這種工作方式下,A、B、C三相輪流通電,電流切換三次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過一個齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時步距角b (度)為 b = 360 /mz (公式1)式中:m定子相數(shù); z 轉(zhuǎn)子齒數(shù)單三拍的數(shù)學(xué)模型： 步序 控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.

8、5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000001A01H 200000010B02H300000100C04H表1（2）三相六拍工作方式    在這種工作方式下,繞組以AABBBCCCAA時序(或反時序)轉(zhuǎn)換6次,磁場旋轉(zhuǎn)一周,轉(zhuǎn)子前進一個齒距,每次切換均使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動1. 5°,故這種通電方式稱為三相六柏工作方式。其步距角b 為:b = 360 /2mz = 180 /mz(公式2)六拍的數(shù)學(xué)模型： 步序 控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000001A01H 2

9、00000011AB03H300000010B02H400000110BC06H500000100C04H600000101CA05H 表2 （3）雙三拍工作方式    這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通,兩相繞組處在相同電壓之下,以ABBCCAAB (或反之)方式通電,故稱為雙三拍工作方式。以這種方式通電,轉(zhuǎn)子齒所處的位置相當(dāng)于六拍控制方式中去掉單三拍后的三個位置。它的步距角計算公式與單三拍時的公式相同。極分度角/齒距角= R + k·1/m進一步化簡得齒數(shù)z:z = q (mR + k)     

10、0;    (公式3)式中:m相數(shù); q每相的極數(shù); k (m - 1)的正整數(shù);R正整數(shù),為0、1、2、3。雙三拍的數(shù)學(xué)模型：步序 控制位工作狀態(tài)控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2C相P1.1B相P1.0A相100000011AB03H 200000110BC06H300000101CA05H表33.1.2系統(tǒng)總體流程圖設(shè)計說明：設(shè)8255地址為8000-8300H，顯示位地址為30H。首先復(fù)位單片機，然后判斷是否啟動，沒啟動綠燈亮重新確認(rèn)啟動。啟動后讀取PC口數(shù)據(jù)，判斷工作方式。接著由雙向開關(guān)K5到K12來置入步數(shù)值到R0中。由PC4口的

11、雙向開關(guān)來控制步進電機的正反轉(zhuǎn)，如果是正轉(zhuǎn)則紅燈亮，反轉(zhuǎn)則綠燈亮。前置流程已經(jīng)完畢，接著就是由P1口輸入控制模型來讓步進電機轉(zhuǎn)動，每走一步R0-1，沒走完繼續(xù)直至RO=0。最后由八段數(shù)碼管同步輸出所剩步數(shù)。具體流程詳見下流程圖。YNNYY單片機80c51 給步進電機復(fù)位啟動？綠燈亮N判斷工作方式PA口輸入步數(shù)到R0DPTR 正向控制模型指針PC4=0？正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)紅燈亮黃燈亮延時，且模型地址加1R0-1=0?步進電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動R0減18段數(shù)碼管顯示剩余步數(shù)DPTR 反向控制模型地址P1口輸出控制模型Y重新啟動返回PC0=1?PC1=1?PC0=1?NN圖8總體程序設(shè)計：ORG 0000HAJMP M

12、AINMAIN: MOV A,#020H ；PC5口置1，綠燈亮，不工作 MOV DPTR,#8002 MOVX DPTR,A LCALL DELAYLOOP:MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#020H ；判斷是否啟動，若沒啟動則重新啟動 JZ MAIN MOV DPTR,#8002 ；判斷工作模式； MOVX A,DPTR ANL A,#01H JNZ L1 MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#02H JNZ L2 MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#04H JNZ A,L3L1: MOV DP

13、TR,#DONE1 ；跳轉(zhuǎn)到方式1的控制模型 JMP LP2L2: MOV DPTR,#DONE2 ；跳轉(zhuǎn)到方式2的控制模型 JMP LP2L3: MOV DPTR,#DONE3 ；跳轉(zhuǎn)到方式3的控制模型 JMP LP2LP2：MOV DPTR,#8000 ；讀入PA口設(shè)定的步數(shù)到R2 MOVX A,#DPTR MOV R0,ALP3: MOV DPTR,#8002 ；判斷PC4口（正反轉(zhuǎn)口）是否為0，為0電機反轉(zhuǎn) MOVX A,#DPTR ANL A,#010H JZ LP5 MOV A,#080H ；PC4不為0,正轉(zhuǎn)，紅燈亮 MOV R1,#00HLP4: MOV A,R1 ；P1口輸出

14、電機模型 MOVC A,A+DPTR JZ LP3 MOV P1,A LCALL DELAY INC R1 ；控制步數(shù)加1 DEC R0 ；剩余步數(shù)減1 LCALL LED ；LED顯示剩余步數(shù) DJNZ R0,LP4 ；步數(shù)未走完，繼續(xù) RETLP5:MOV A,#040H ；PC4為0，反轉(zhuǎn)，黃燈亮 MOV R1,A AJMP LP4DONE1:DB 01H,02H,04H,00H,01H,04H,02H,00HDONE2:DB 03H,06H,05H,00H,03H,05H,06H,00HDONE3:DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H,01H,05H,04H,0

15、6H,02H,03H,00H DELAY: MOV R2,#0DELAY0: MOV R4,DELAY0 RETDISPLY:MOV A,#30H ；(顯示輸出參考課本P68) MOV DPTR,#8001 MOV DPTR,A MOV R2,#30H ；顯示緩沖區(qū)首地址送R2 MOV R3,#04H ；位選碼指向最左一位,第三位 DISPY1: MOV A,R ；取出要顯示的數(shù) MOV DPTR,#SEGTAB ；指向換嗎表首址 MOVC A,A+DPTR ；取出顯示碼 MOV DPTR,#8001 ；從B口輸出顯示碼 MOV A,R3 ；從P1口輸入位選碼 MOV P1,A LCALL D

16、ELAY MOV A,R3 JNB ACC.O,DISPY2 RETDISPY2:INC R2 ；求下一位待顯示的數(shù)的存放地址 MOV A,R3 ；求下一個位選碼 RR A MOV R3,A AJMP DISPY1DELAY: MOV R4,#20 ；延時程序DELAY1: MOV R5,#0 DJNZ R5,DELAY1 DJNZ R4,DELAY1 RETSEGTAB: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H ；對應(yīng)字符0 F，8段管顯示碼 END3.2關(guān)鍵模塊設(shè)計3.2.1三相步進電機模塊設(shè)計設(shè)

17、計說明：在此設(shè)計中，采用的是三相步進電機，對于步進電機模塊的程序設(shè)計采用循環(huán)程序設(shè)計方法。先把正反轉(zhuǎn)向的控制模型存放在內(nèi)存單元中，然后再逐一從單元中取出控制模塊并輸出。首先啟動，選擇步進電機的拍數(shù)，輸入步數(shù)，然后讀入正反轉(zhuǎn)的控制模型驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。三相步進電機的模塊子程序設(shè)計：MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#020H ；判斷是否啟動，若沒啟動則重新啟動 JZ MAIN MOV DPTR,#8002 ；判斷工作模式； MOVX A,DPTR ANL A,#01H JNZ L1 MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#02H JNZ

18、 L2 MOV DPTR,#8002 MOVX A,DPTR ANL A,#04H JNZ A,L3L1: MOV DPTR,#DONE1 ；跳轉(zhuǎn)到方式1的控制模型 JMP LP2L2: MOV DPTR,#DONE2 ；跳轉(zhuǎn)到方式2的控制模型 JMP LP2L3: MOV DPTR,#DONE3 ；跳轉(zhuǎn)到方式3的控制模型 JMP LP2LP2：MOV DPTR,#8000 ；讀入PA口設(shè)定的步數(shù)到R2 MOVX A,#DPTR MOV R0,ALP3: MOV DPTR,#8002 ；判斷PC4口（正反轉(zhuǎn)口）是否為0，為0電機反轉(zhuǎn) MOVX A,#DPTR ANL A,#010H JZ LP

19、5 MOV A,#080H ；PC4不為0,正轉(zhuǎn)，紅燈亮 MOV R1,#00HLP4: MOV A,R1 ；P1口輸出電機模型 MOVC A,A+DPTR JZ LP3 MOV P1,A LCALL DELAY INC R1 ；控制步數(shù)加1 DEC R0 ；剩余步數(shù)減1 LCALL LED ；LED顯示剩余步數(shù) DJNZ R0,LP4 ；步數(shù)未走完，繼續(xù) RETLP5:MOV A,#040H ；PC4為0，反轉(zhuǎn)，黃燈亮 MOV R1,A AJMP LP4DONE1:DB 01H,02H,04H,00H,01H,04H,02H,00HDONE2:DB 03H,06H,05H,00H,03H,0

20、5H,06H,00HDONE3:DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H,01H,05H,04H,06H,02H,03H,00H 三相步進電機的流程框圖：三相步進電機控制程序R0ß步數(shù)是正轉(zhuǎn)嗎？DPTRß反向控制模型地址N取控制模型輸出控制模型延時，模型地址+1步數(shù)走完了嗎？ NYNYYDPTRß正向控制模型指針控制模型=00H？嗎返回N初始化圖93.2.2顯示模塊設(shè)計設(shè)計說明：顯示模塊是用3位八段數(shù)碼管來顯示剩余步數(shù)。先將顯示緩沖區(qū)首地址送R2，指向最左邊一位，然后取出要顯示的數(shù)據(jù)，指向換碼表首地址，取出顯示碼，從PB口輸出顯示碼，P1口輸入

21、位選碼，顯示出3位剩余步數(shù)，最后修改顯示緩沖區(qū)，求下一位位選碼繼續(xù)顯示。顯示模塊的程序框圖：動態(tài)顯示子程序R2 顯示緩沖區(qū)首地址指向最左邊一位取出要顯示的數(shù)據(jù)DPTR PB口地址求待顯示數(shù)據(jù)的顯示碼送位段碼到PB口輸出送位顯碼到P1.5-P1.7 3位口輸出延時3位顯示完了嗎 返回修改顯示緩沖區(qū)求下一位選碼圖10顯示模塊子程序：DISPLY:MOV A,#30H MOV DPTR,#8001 MOV DPTR,A MOV R2,#30H ；顯示緩沖區(qū)首地址送R2 MOV R3,#04H ；位選碼指向最左一位,第三位 DISPY1: MOV A,R ；取出要顯示的數(shù) MOV DPTR,#SEGTAB ；指向換嗎表首址 MOVC A,A+DPTR ；取出顯示碼 MOV DPTR,#8001 ；從B口輸出顯示碼 MOV A,R