片機步進電機控制

1、單片機系統(tǒng)設(shè)計題目： 單片機步進電機控制系統(tǒng)姓名： 謝永勝 學號： 3080444907 學院： 機械與控制工程學院 班級： 機械08-3 指導老師: 蔣存波 單片機步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計班級：機械08-3班 姓名：謝永勝 學號：3080444907 指導老師：蔣存波摘要：步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。正常工作情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。對于控制步進電機正反轉(zhuǎn)以及工作模式只要改變程序中的控制字即可。因為步進電機每次接受一個脈沖就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，所以可以通過調(diào)節(jié)兩個脈沖之間的時間間隔來調(diào)整脈沖發(fā)送的頻率，從而達到調(diào)節(jié)

2、步進電機轉(zhuǎn)速的目的。如此，一個具備基本控制功能的單片機步進電機控制系統(tǒng)便完成了。關(guān)鍵詞：單片機、步進電機、方向控制。一、設(shè)計要求：MCS-51單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計。要求步進電機為三相反應(yīng)式步進電機，能夠正反轉(zhuǎn)。步進電機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及現(xiàn)狀步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移或直線位移。由于它獨特的工作原理以及有利于設(shè)備向小型化和低成本方向發(fā)展，故被廣泛地應(yīng)用于眾多領(lǐng)域并得以高速發(fā)展。作為一種執(zhí)行元件，一般的數(shù)字電路信號能量遠遠不足以驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)。多年來，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，步進電機控制系統(tǒng)的驅(qū)動電路也得到了大力發(fā)展。最初使用在驅(qū)動電

3、路中的功放元件是可控硅。作為一種脈沖觸發(fā)的開關(guān)器件，它突出的特點是輸入功率小而輸出功率大、耐壓高以及成本低。因此，以可控硅作為功率器件的驅(qū)動器曾一度占領(lǐng)主流市場。但是，可控硅驅(qū)動器觸發(fā)關(guān)斷困難、線路比較復雜，容易引起誤觸發(fā)，導致其可靠性差，另外也不便于維護和調(diào)試。隨著大功率晶體管的迅猛發(fā)展，可控硅驅(qū)動器逐漸退出了歷史舞臺。晶體管驅(qū)動器具有調(diào)試容易、控制方便、元件損耗小以及開關(guān)速度快等優(yōu)點，由于晶體管驅(qū)動器采用先進的設(shè)計理念，其開關(guān)特性和耐壓能力以及過流能力有了很大的改進，因而在近年成為大部分驅(qū)動器的末級功放元件。步進電機驅(qū)動軟件的發(fā)展狀況：在微型計算機出現(xiàn)以前，步進電機的控制完全由硬件實現(xiàn)。如

4、環(huán)形分配器。環(huán)形分配器由多個標準數(shù)字集成電路按邏輯真值表組合而成，不同類型的電機、不同的工作方式就需要不同的環(huán)形分配器，在設(shè)備更新以及調(diào)整中具有非常大的局限性。而隨著單片機尤其是以MCS-51系列單片機的迅速普及，基于以軟件為核心的通用環(huán)形分配器得以廣泛的運用。這種環(huán)形分配器只需通過更換軟件即可適應(yīng)不同的電機，從而大大的節(jié)省了成本，更給設(shè)備的更新改進提供了很大的方便。隨著自動控制技術(shù)、計算機通信技術(shù)以及微型計算機技術(shù)的高速發(fā)展，步進電機控制系統(tǒng)也將邁入數(shù)字化、自動化、智能化的控制的方向。硬件設(shè)計步進電機控制系統(tǒng)原理單片機步進電機控制系統(tǒng)主要由單片機系統(tǒng)、功率放大器以及步進電機組成。單片機系統(tǒng)代

5、替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進電機控制器把并行的二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制；功率放大器是把單片機系統(tǒng)輸出的脈沖序列放大以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動；常用的步進電機有三相、四相、五相、六相四種，下面以三相步進電機為例介紹其工作原理。 三相步進電機定子上有6個磁極，每兩個相對磁極上繞有一相繞組，定子的三相繞組即為控制繞組，以A、B、C表示，定子兩個磁極之間的夾角為60。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，它上面有40個矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個齒之間的夾角為9。當某相繞組通電時，相應(yīng)的兩個磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使

6、轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前走一步。三相步進電機有3種工作方式: = 1 * GB2 單三拍 = 2 * GB2 雙三拍 = 3 * GB2 三相六拍如果按上述3種通電方式和通電順序進行通電，則步進電機正向轉(zhuǎn)動，如果通電順序與上述順序相反則反向轉(zhuǎn)動。步進電機的方向控制方法是： = 1 * GB2 用單片機輸出接口的每一位控制一相繞組。如用AT89C51單片機控制步進電機時，可用P0.0、P0.1、P0.2分別接至步進電機A、B、C三相繞組。 = 2 * GB2 根據(jù)所選定的步進電機及控制方式，寫出相應(yīng)控制方式的數(shù)學模型。在上述三種通電方式中本人采用第三種（三相六拍）通電方式，其控制方

7、式的數(shù)學模型如下：步進電機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計。通過對步進電機工作原理進行分析，當用單片機控制步進電機時，可以方便的控制步進電機按任何一種可行的通電方式進行控制。典型的控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：其硬件圖如下所示：由上圖可知，由于被控制的步進電機要求的電壓以及電流較大，而單片機P口的驅(qū)動能力非常有限，故需在單片機P0口加一個74LS04驅(qū)動器方能將單片機發(fā)出的脈沖序列放大，以使電機繞組的驅(qū)動電流達到電機的工作電流。主要硬件選擇單片機的選擇： 選用AT89C51單片機（1個） 其特性如下： = 1 * GB2 面向控制的8位CPU; = 2 * GB2 一個片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，振蕩頻率為024

8、MHz； = 3 * GB2 片內(nèi)4 KB Flash ROM程序存儲器 = 4 * GB2 128 B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器； = 5 * GB2 可尋址64 KB 的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器控制電路； = 6 * GB2 2個16位定時/計數(shù)器； = 7 * GB2 4個并行I/O口，共32條可單獨編程的I/O線； = 8 * GB2 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級； = 9 * GB2 一個全雙工的異步串行口； = 10 * GB2 21個特殊功能寄存器； = 11 * GB2 具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電保護方式。驅(qū)動器：74LS04 （1個）復位芯片：TLC7705（1個）步進電機

9、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計，要使步進電機正常工作還需要軟件的支持。硬件系統(tǒng)只有運行程序才能產(chǎn)生電脈沖驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。根據(jù)步進電機的工作原理，編寫出步進電機控制系統(tǒng)的程序流程圖如下圖所示： = 1 * GB3 主程序流程圖： = 2 * GB3 主程序ORG 000HLJMP MAINORG 000BHJLMP T0-KINORG 0050HMAIN: MOV P0.0，#00H ;系統(tǒng)初始化 MOV P0.1，#0FFH MOV 40H,#0 MOV 41H,#0 MOV P3，#10000000B ;停止指示燈亮 MOV TMOD,#01H ;設(shè)置定時器T0;工作模式為1 MOV I

10、E,#82H ;T0開中斷 MOV TL0, ;T0裝初值 MOV TL1 SETB TR0 ;啟動T0LOOP: LCALL KS_SUB ;調(diào)用鍵盤掃描子程序LCALL DISP_SUB ;調(diào)用顯示子程序LJMP LOOP = 3 * GB3 鍵盤掃描子程序流程圖： = 4 * GB3 鍵盤掃描子程序：KS_SUB:MOV P1，#0FFHMOV A,P1CJNE A,#0FFH,KNEXT1 ;若（A）0FFH，則有;按鍵按下，轉(zhuǎn)KNEXT1,否則LJMP KNEXT ;轉(zhuǎn)子程序返回KNEXT1： LCALL DLE_SUB ;調(diào)用延時20ms子程序去抖動 CJNE A,P1,KNEXT

11、2 ;若（A）（P1），則沒;有按鍵按下轉(zhuǎn)KNEXT2 LJMP KNEXT ;否則，轉(zhuǎn)子程序返回KNEXT2： CJNE A,#11111110B,KNEXT3 ;若（A）=11111110B，;停止鍵按下 MOV 40H,#0 ;設(shè)置電機控制標志為停止 LJMP KNEXTKNEXT3： CJNE A,#11111101B,KNEXT4 ;若(A)=11111101B，則;正轉(zhuǎn)鍵按下 MOV 40H,#1 ;設(shè)置電機控制標志為正轉(zhuǎn) LJMP KNEXTKNEXT4： CJNE A,#11111011B,KNEXT ;若(A)=11111011B;則反轉(zhuǎn)鍵按下 MOV 40H,#2 ;設(shè)置電

12、機控制標志為反轉(zhuǎn) LJMP KNEXTKNEXT: RET = 5 * GB3 顯示子程序流程圖： = 6 * GB3 顯示子程序：DISP_SUB: MOV P2，#00H ;初始化 MOV A,40H ;去點擊控制標志 CJNE A,#0，DNEXT1 ;若(A)=0電機停止 MOV P2，#80H ;停止燈亮 LJMP DNEXTDNEXT1： CJNE A,#1，DNEXT2 MOV P2，#40H ;正轉(zhuǎn)燈亮 LJMP DNEXTDNEXT2: MOV P2,#20H ;反轉(zhuǎn)燈亮DNEXT: RET = 7 * GB3 中斷控制電機子程序流程圖： = 8 * GB3 KZ_SUB:

13、MOV TL0,0C7H MOV TH0，OFEH MOV A,#41H MOV A,#5，ZNEXT1 MOV A,#0 LJMP ZNEXT2ZNEXT1： INC AZNEXT2： MOV 41H,A PUSH ACC MOV A,40H CJNE A,#1，ZNEXT3 MOV DPTR,#ZRUN_TAB LJMP ZNEXT4ZNEXT3: CJNE A,#2，ZNEXT MOV DPTR,#FRUN_TABZNEXT4：POP ACC MOVC A,A+DPTR MOV P0，AZRUN_TAB: DB 01H,03H,02H,06H,04H,05HZRUN_TAB: DB 05

14、H,04H,06H,02H,03H,01H設(shè)計總結(jié)與心得當今信息科學技術(shù)日新月異，以通信技術(shù)為代表的電子信息類專業(yè)知識更新尤為迅猛。而在眾多電子信息技術(shù)中，單片機的出現(xiàn)絕對是計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑，開辟了嵌入式計算機領(lǐng)域。目前單片機已經(jīng)成為了工控領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域及日常生活中應(yīng)用最廣泛的計算機。懂得了單片機技術(shù)如此重要，在做本次單片機步進電機控制系統(tǒng)的設(shè)計時我也盡自己最大的努力盡量將設(shè)計任務(wù)做得較好。但由于本人弱電基礎(chǔ)薄弱，在設(shè)計過程中遇到了非常多的困難，好在可以請教同學、從圖書館參考相關(guān)書籍以及從網(wǎng)上查找相關(guān)資料，最后終于完成了一個能實現(xiàn)最基本控制功能的單片機控制系統(tǒng)。雖然與其他優(yōu)秀的同學做的設(shè)計相比，我的設(shè)計顯得相對簡陋。但是從一步一步的設(shè)計中走過來，還是學到了很多的知識。對于前面學過的單片機知識又重新溫習了一遍，也弄懂了很多原來沒有弄懂的問題。更重要的是，通過這次設(shè)計，我第一次進行了比較全面的單片機系統(tǒng)設(shè)計。從硬件設(shè)計到電子元器件的選擇到軟件的設(shè)計，將本學期學過的單片機知識連貫性、系統(tǒng)性運用到實際案例中。對平時所學的理論知識有了更進一步的理解，也提高了對理論知識的實際運用能力。另外，通過本次設(shè)計，我對國內(nèi)外單片機的現(xiàn)狀