基于單片機的三座標——步進電機控制系統(tǒng)方案詳解

1、基于單片機的三座標步進電機控制系統(tǒng)內容提要系統(tǒng)總體設計思路 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 1. 系統(tǒng)總體設計思路 本系統(tǒng)采用STC89C52單片機對三維平臺上三個步進電機進行同步控制，實現(xiàn)的功能有：系統(tǒng)啟動與停止控制，三軸聯(lián)動控制，三軸的加、減速控制，三軸正、反轉控制，X軸的啟動與停止控制，X軸與Y軸的限位控制，三軸的轉速檢測與顯示，最高1/128驅動電流細分等功能。 三維平臺步進電機控制系統(tǒng)框圖 2. 系統(tǒng)硬件實現(xiàn) 2.1 主控制模塊的設計與實現(xiàn) 本設計選用STC89C52單片機作為主控制芯片。STC89C52單片機是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K可編程Flash存儲器，2

2、56字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時器，2個數(shù)據(jù)指針，3個16位定時器/計數(shù)器，全雙工串行口。 STC89C52單片機作為主控芯片，在本設計中主要實現(xiàn)以下幾個工作： (1)接收矩陣鍵盤輸入的控制信號； (2)輸出PWM脈沖信號和方向信號控制三軸步進電機工作； (3)處理給定轉速信號和測速反響轉速信號； (4)在八個八段數(shù)碼管上顯示電機的給定轉速和實時轉速； (5)接收限位反響并做邏輯判斷；主控制器原理圖 2.2 驅動電路的設計與實現(xiàn) 驅動電路采用THB712步進電機驅動芯片對三位平臺上的三個步進電機進行驅動。THB7128是一款專業(yè)的兩相步進電機驅動芯片，它內部集成了細分、電流調節(jié)、C

3、MOS功率放大等電路，配合外圍電路可實現(xiàn)高性能、多細分、大電流的驅動。1.單芯片兩相細分步進電機驅動；2.直接采用單脈沖和方向信號譯碼控制模式；3.雙全橋MOSFET驅動，低導通電阻；4.可實現(xiàn)正反轉控制；5.通過3位選擇8檔細分控制(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128)；6.最高耐壓40V DC；7.高輸出電流3.3A；8.有復位和使能管腳；9.芯片內部有過熱保(TSD)和過流檢測電路。THB7128主要參數(shù)和性能指標 驅動電路原理圖 2.3 顯示電路的設計與實現(xiàn) 本設計采用八個八段數(shù)碼管實現(xiàn)顯示轉速功能，其中高4位數(shù)碼管顯示給定轉速，通過編程實現(xiàn)X、Y、Z

4、三軸轉速循環(huán)顯示，低4位數(shù)碼管顯示測速反響的轉速，顯示方式同高4位。 STC89C52單片機內部采用查表法對轉速信號進行數(shù)值處理，通過P2.0P2.7口輸出段選信號，通過P1.0P1.2輸出3路位選信號到74HC138中，通過3-8譯碼器對八個八段數(shù)碼管進行選擇。 顯示模塊電路原理圖2.4 鍵盤電路的設計與實現(xiàn) 本設計中的鍵盤電路采用“4*4矩陣鍵盤，采用鍵盤掃描的方式對按鍵信號進行捕獲，并輸入到STC89C52單片機的P0口中。 矩陣鍵盤功能表L1L2L3L4H4系統(tǒng)啟動系統(tǒng)停止X軸啟動X軸停止H3X軸加速X軸減速X軸減速X軸減速H2Y軸加速Y軸減速Y軸減速Y軸減速H1Z軸加速Z軸減速Z軸減

5、速Z軸減速2.5 測速模塊的設計與實現(xiàn) 本設計采用E6B2-CWZ6C光電編碼器對三軸步進電機的轉速進行實時檢測，并反響到單片機中用作轉速的實時顯示。E6B2-CWZ6C光電編碼器有以下特點： 1.對應電源電壓DC 524V； 2.外徑40具備2000P/R的分辨率； 3.具備使Z相對簡單化的原點位置顯示功能； 4.實現(xiàn)軸負重、徑向30N、推力向20N； 5.附有逆接、負荷短路保護回路，改善了可靠性。 E6B2-CWZ6C內部結構圖 E6B2-CWZ6C的輸出方式為NPN集電極開路輸出方式，共有紅、白、橙三路轉速信號輸出，本設計中只采用其一路測速信號輸入到單片機的外部中斷口或T1計數(shù)器外部脈沖

6、輸入端進行轉速檢測。 2.6 限位反響實現(xiàn) 限位開關工作原理是，當三維平臺沒有接近限位開關時，限位開關輸出為高電平；當三維平臺接近限位開關時，限位開關輸出為低電平；利用單片機I/O口去捕獲限位開關輸出電平，當限位開關輸出為低電平時，控制電機方向信號，使電機反轉。本設計中限位開關是采用LJ8A3-1-Z型。實物如以下圖：3. 系統(tǒng)軟件實現(xiàn) 3.1 單片機內部資源分配 STC89C52單片機內部共有三個定時器/計數(shù)器資源，分別是T0、T1、T2，兩個外部中斷輸入口INT0和INT1。本設計中單片機的內部資源分配如下表所示： 內部資源工作模式功 能T016位計數(shù)器接收X軸脈沖輸入T116位定時器記50ms時間作為轉速計算的參考T