基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)

基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)

控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1本設(shè)計(jì)的意義及內(nèi)容步進(jìn)電機(jī)概述論文結(jié)構(gòu)單片機(jī)簡介控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)2基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.本設(shè)計(jì)的意義及內(nèi)容

現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)已被廣泛使用，但步進(jìn)電機(jī)不能像直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用，它必須有雙環(huán)型脈沖信號，功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此，設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)具有現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。本文通過MCS-51單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，主要介紹了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和LED顯示電路的設(shè)計(jì)，包括硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的控制。系統(tǒng)為一自動(dòng)控制系統(tǒng)，通過按鍵向單片機(jī)輸送控制信號，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，重點(diǎn)闡述了脈沖產(chǎn)生電路以及對速度和方向的控制，該系統(tǒng)具有成本低，控制方便的特點(diǎn)。

3基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.步進(jìn)電機(jī)概述

——步進(jìn)電機(jī)分類徑向分相式：電機(jī)各相按圓周依次排列軸向分相式：電機(jī)各相按軸向依次排列按各相繞組分布

單定子式；雙定子式；三定子式；多定子式。按定轉(zhuǎn)子數(shù)伺服式：輸出力矩在幾百～幾KN.cm，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動(dòng)大負(fù)載。功率式：輸出力矩在5～50N.m以上，可以直接驅(qū)動(dòng)大負(fù)載。

按輸出力矩的大小反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。勵(lì)磁式：定、轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組(或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼制成)由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行。

按力矩產(chǎn)生的原理

具體類型

分類型式

4基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。1.永磁式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，但步距角大。2.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角?。坏珓?dòng)態(tài)性能差。3.混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了反應(yīng)式、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，步距角小，輸出力矩大，動(dòng)態(tài)性能好，是目前性能最高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。應(yīng)用最為廣泛。綜合以上概述本設(shè)計(jì)選擇的混合式步進(jìn)電機(jī)。5基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)概述

——工作原理開關(guān)SB接通電源,SA,SC,SD斷開,B相磁極和轉(zhuǎn)子0,3號齒對齊,同時(shí)轉(zhuǎn)子1,4號齒就和C.D相繞磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒,2,52號齒就和D,A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

6基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)概述

——方向控制（1）換相順序的控制通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如，三相步進(jìn)電機(jī)在單三拍的工作方式下，其各相通電順序?yàn)锳→B→C→A，通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A、B、C相的通斷。三相雙三拍的通電順序?yàn)锳B→BC→CA→AB，三相六拍的通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A。

7基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)概述

——方向控制（2）步進(jìn)電機(jī)的換向控制如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)。若步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式為三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A。如果按反序通電換相，即A→AC→C→CB→B→BA→A，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。8基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

步進(jìn)電機(jī)概述

——速度控制如果電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)1圈需要脈沖數(shù)為：n=360/1.50=240,則每轉(zhuǎn)一圈要240個(gè)脈沖，若要求25轉(zhuǎn)/分，則每秒要產(chǎn)生脈沖數(shù)為：n1=25/60*240=100。為此我們得出轉(zhuǎn)速與每秒產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)關(guān)系為：N=V/60*240=4V式中V為要控制的速度，N為所需脈沖個(gè)數(shù)。

9基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)概述

——速度控制

本系統(tǒng)采用延時(shí)的方法來控制步進(jìn)電機(jī)的速度10基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的概述

——驅(qū)動(dòng)元件

單片機(jī)AT89C51對四相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，需要通過I/O口輸出具有一定時(shí)序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，但是僅靠該ＴＴＬ電平卻無法直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因此提出電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片ULN2003.ULN2003是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)11基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)12基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.控制系統(tǒng)

——驅(qū)動(dòng)電路

13基于單片機(jī)的步電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.單片機(jī)簡介單片機(jī)(MCU)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。單片機(jī)是所有微處理機(jī)中性價(jià)比最