基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制-

停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、兩檔速度和狀態(tài)顯示的目的，使步進(jìn)電機(jī)控制更加靈活。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片釆用ULN2803,ULN2803具有大電流、高電壓，外電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。利用四位數(shù)碼管增設(shè)電機(jī)狀態(tài)顯示功能，各項(xiàng)數(shù)據(jù)更直觀。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)分永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）、和混合式（HE）三種。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體枳較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)人轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很人。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。1.精度高一般的步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%,且不累枳。可在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)2.過(guò)載性好其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；3.控制方便步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很人的方便，反過(guò)來(lái),計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場(chǎng);14.整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。圖1是一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。這種電機(jī)定子上有八個(gè)凸齒，每一個(gè)齒上有一個(gè)線圈。線圈繞組的連接方式，是對(duì)稱齒上的兩個(gè)線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。八個(gè)齒構(gòu)成四對(duì)，所以稱為四相步進(jìn)電機(jī)。它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子,并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。為使磁通路徑最短，在磁場(chǎng)力的作用卜，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。在圖1(a)中A相是被激勵(lì),轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。從這個(gè)位置再對(duì)B相進(jìn)行激勵(lì)，如圖1中的(b),轉(zhuǎn)子向反時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°。若是D相B—C—D或A-D-C-Ba一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)：另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15。o電機(jī)步長(zhǎng)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的人小。它們之間的相互關(guān)系，可由下式計(jì)算：混和步進(jìn)電機(jī)的工作原理在實(shí)際應(yīng)用中，最流行的還是混和型的步進(jìn)電機(jī)。但工作原理與圖1所示的可變磁阻型同步電機(jī)相同。但結(jié)構(gòu)上稍有不同。例如它的轉(zhuǎn)子嵌有永磁鐵。激勵(lì)磁通平行于X軸。一般來(lái)說(shuō)，這類電機(jī)具有四相繞組，有八個(gè)獨(dú)立的引線終端，如圖2a所示?；蛘呓映蓛蓚€(gè)三端形式，如圖2b所示。每相用雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)，并且連接的極性要正確。23步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)(03晶體管駝動(dòng)步進(jìn)電機(jī)基本電昭圖3所示的電路為四相混和型步進(jìn)電機(jī)晶體管驅(qū)動(dòng)電路的基本方式。它的驅(qū)動(dòng)電壓是固定的。表1列出了全部步進(jìn)開關(guān)的邏輯時(shí)序。0101111001]41\r該系統(tǒng)中只運(yùn)用到三個(gè)控制按鈕，即“正反”，“換擋”，“啟停”，由于按鈕較少，所以采用獨(dú)立鍵電路，這種按鍵電路的按鍵結(jié)構(gòu)相對(duì)行列式按鍵電路更簡(jiǎn)單，更使人易懂。2.2顯示電路設(shè)計(jì)如圖2.31,采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)與個(gè)項(xiàng)參數(shù)，方法簡(jiǎn)單，容易控制，成本低。設(shè)計(jì)如下圖4驅(qū)動(dòng)電路可分為：三極管直接驅(qū)動(dòng)（圖3）,采用斬波恒流驅(qū)動(dòng)方式（圖2.41）和芯片驅(qū)動(dòng)電路等。驅(qū)動(dòng)電路的性能直接關(guān)系到步進(jìn)電機(jī)走步的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。本電路采用驅(qū)動(dòng)芯片156789IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN71i*CNmXTVi*1V(：C1、步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軟硬件環(huán)境步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。即步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的控制可以用硬件，也可以用軟件通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。硬件方法是采用脈沖分配器芯片進(jìn)行通用換相控制；而軟件方法是用單片機(jī)產(chǎn)生控制脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種方法可簡(jiǎn)化電路，降低成本。在用軟件控制時(shí)，主要設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：?確定控制步數(shù)和每一步的延時(shí)時(shí)間。由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流一般都比較小，不能直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，所以單片機(jī)的I/OII輸出必須接驅(qū)動(dòng)電路，即功率驅(qū)動(dòng)，才得以控制電機(jī)正常工作?？刂瓶驁D如下圖所示：這里采用四相六線步進(jìn)電機(jī)，這款步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓12V,步進(jìn)角為7.5度.一圈360度,需要Olh,03h,02h,06h,04h,Och,08h,09h,OOh。一、單片機(jī)最小系統(tǒng)的硬件原理接線圖：563、一個(gè)串行通信接「I；(SCON,SBUF)根據(jù)以上的方案比較與論證確定總體方案，確定碩件原理圖。原理圖如下:*0纟纟妙K;T~??????心E6佃沖 (A1W*艸泗,(AM26vx?CDE^XTAUMTLok1黑3zK-n-K-K-n-K-0U74GV7：ev>GV?i3.2主要器件資料AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器(FPEROM—FlashProgrammabl可編程可擦除昱逖遜矍的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(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。山于將多功能8位三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定低功耗的閑置和掉電模式可編程串行通道片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路7ULN2803步進(jìn)電機(jī)控制器ULN2803是一種人電流型高電壓器件，步進(jìn)電機(jī)控制器。內(nèi)部電路如圖11四系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)84.1程序流程圖4.1城電機(jī)轉(zhuǎn)?根據(jù)要求，可以將程序分為以卞幾個(gè)部份：（1）鍵盤輸入程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用的鍵盤較少，因此采用獨(dú)立式鍵盤接11設(shè)計(jì)。獨(dú)立式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較少的場(chǎng)合。獨(dú)立鍵盤工作原理：通過(guò)上拉電阻接到+5Y上。無(wú)按鍵，處于高電平狀態(tài)，有鍵按下電平為低。在消除抖動(dòng)影響上是可以采用了軟件消抖方法:在第一次檢測(cè)到有鍵按卞時(shí),執(zhí)行一段延時(shí)子程序后（約5ms）,再確認(rèn)電平是否仍保持閉合狀態(tài)電平，如果保持閉合狀態(tài)電平，則確認(rèn)真正有鍵按下，進(jìn)行相應(yīng)處理工作，消除了抖動(dòng)的影響。（2）步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)控制程序此方案采用單相和雙相交差通電處理方式。此方法具有運(yùn)行速度穩(wěn)定，運(yùn)行步數(shù)準(zhǔn)確無(wú)誤等優(yōu)5.1操作控制:本電路經(jīng)調(diào)試符合題目要求，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。具體操作控制方法如卞:1、當(dāng)電機(jī)啟停按鈕時(shí)，步進(jìn)電機(jī)根據(jù)制定默認(rèn)狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)；4、當(dāng)電機(jī)再換擋按鈕時(shí)，步進(jìn)電機(jī)速度緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)；5.2設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題以及解決辦法1、仿真時(shí)數(shù)碼管顯示有閃爍，在程序中多加上幾次display()函數(shù)即可。MOTOR-STEPPER,不知道具體型號(hào)，即不知道其內(nèi)部接線結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)反復(fù)的調(diào)試，才得以解決問(wèn)題。在仿真調(diào)試成功的前提卞，進(jìn)行硬件調(diào)試的時(shí)候，出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況，這是因?yàn)榉抡娴牟竭M(jìn)電機(jī)和碩件的步進(jìn)電機(jī)是兩個(gè)不同的型號(hào)，不同步進(jìn)電機(jī)所允許的最快轉(zhuǎn)動(dòng)速率是不同的，在設(shè)置延時(shí)程序的時(shí)間參數(shù)時(shí)，一旦超過(guò)此值，電機(jī)就不能啟動(dòng)。所以硬件調(diào)試時(shí)，需要重新設(shè)置延時(shí)程序的時(shí)間參數(shù)，問(wèn)題才得以解決。3、第一次燒寫程序時(shí)燒不進(jìn)去，不知如何解決。驅(qū)動(dòng)也裝好了，各方面都沒問(wèn)題就是不知道問(wèn)題出在產(chǎn)生控制脈沖來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種方比采用硬件方法，即采用脈沖分配器芯片進(jìn)行通用換相控制，電路更加簡(jiǎn)單，成本更低。在做本次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我感觸最深的當(dāng)屬查閱大量的設(shè)計(jì)了。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善，查閱這方面的設(shè)計(jì)資料是十分必要的。在這次課程設(shè)計(jì)中，我們運(yùn)用到了以前所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，如：c語(yǔ)言、模擬和數(shù)字電路知識(shí)等。雖然過(guò)去從效率很高，這是我做這次課程設(shè)計(jì)的又一收獲。設(shè)計(jì)結(jié)束了，但是從中得到的知識(shí)會(huì)讓我受益終身。發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問(wèn)題和實(shí)踐能力的提高都會(huì)受益于我在以后的學(xué)習(xí)、工作和生始善終，不要中途放棄，只要自己認(rèn)真的去對(duì)待，再難的問(wèn)題也能找到辦法解決。最后感謝張老師在我遇到困難時(shí)，給予我們的建議與鼓勵(lì)。91何麗民，《單片機(jī)初級(jí)教程》，北京航空航天大學(xué)出版社；2沙占友，王彥朋，孟志永，《單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社;3童詩(shī)白，華成英，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京高等教育出版社；4康華光，陳大欽，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》，北京高等教育出版社；5黃繼昌，張海貴，郭繼忠，《實(shí)用單元電路及其應(yīng)用》，人民郵電出社;6謝宜仁，《單片機(jī)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答》，人民郵電出版社；7張迎新《單片機(jī)初級(jí)教程一一單片機(jī)基礎(chǔ)》，北京航空航天大。嚴(yán)*******************************************************************J*********************************//*AllCopyAight@2012黃繼鵬*//*南京林業(yè)人學(xué)機(jī)械電子工程學(xué)院*/『*********************************/*************************我是分割線*********************************POII控制段選pl步進(jìn)電機(jī)P2控制位選獨(dú)立鍵盤數(shù)碼管的第一位為正反轉(zhuǎn)標(biāo)志位數(shù)碼管的第二位為速度標(biāo)志位數(shù)碼管的第三位為開關(guān)標(biāo)志位********************4:我還是分割線#*********************************iiiclude<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineumtunsignedmtvoiddelay(uintxnis);voidkeyscanQ;voiddisplay();sbitkevl=P3z0;J1sbitkev2=P3T;J1J1uchaizx,k,sudu,bu;mtn=0jn=4;uchaicodetable[]={0x66,0x6d,0x7d.0x07,0x7￡0x6f,0x77.0x7c,0x39,0x5e,0x79.0x71,};//數(shù)碼管顯示編碼嚴(yán)*****************************************************A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(即一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)3.75度)*******************************************************/uchaicodeFFZ[]={0x]1,0x33,0x22,0x66,0x44,Oxcc,0x88,0x99};//反轉(zhuǎn)uchaicodeFFW[]={0x99.0x88,Oxcc,0x44,0x66,0x22,0x33,0x11};〃正轉(zhuǎn)嚴(yán)*****************************************************單四拍工作方式:*A-B-C-D(BP一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)7.5度廣******************************************************/ucharcodeshuangz[]={0x88.0x22?0x44.0xl1};uchaicodeshuangw[]={0xl嚴(yán)*****************************************************單四拍工作方式:*A-B-C-D(BP一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)7.5度廣******************************************************///uclwcodedanz0={0x88,0x22,0x44,0x11};//uclwcodedanw[]={0xlvoidmain()TMOD=OxOi;TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;while(l){kevscan();displayQ;//if(zx==l)qudongQ;//if(x=O)zx=0;}}voidkeyscan(){{{if(k==2)k=0;while(!keyl)display();}}{if(kev2==0){if(sudu=2)sudu=0;while(!key2)display();}}if(key3==0){if(zx=2)zx=O;while(!key3)display();}}}voidtimeO()lnteriupt1{TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;{{{if(sudu=O)//八拍{{fbr(bu=4;bu>0;bu-){}}if(sudu==l)//雙四拍{fbr(bu=4;bu>0;bu-){Pl=s