基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)論文-文庫吧
2025-06-03 18:52 本頁面
【正文】 76。，甚至更小，精度容易保證，起動和運(yùn)行頻率較高， 但功耗較大，效率較低．永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動機(jī)．是永磁式步進(jìn)電動機(jī)和 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)兩者的結(jié)合，轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù)極的形式，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)．精 確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。 步進(jìn)電機(jī)是一種將數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的控制驅(qū)動元件, 具有快速起動和停止的特點(diǎn)。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，同時步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進(jìn)電動機(jī)可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進(jìn)電動機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)。 正是由于步進(jìn)電機(jī)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，所以成了機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。近年來由于微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)生變革。由于步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)突出，它被廣泛應(yīng)用在電子計(jì)算機(jī)的許多外圍設(shè)備中，例如打印機(jī)，紙帶輸送機(jī)構(gòu)，卡片閱讀機(jī)，主動輪驅(qū)動機(jī)構(gòu)和存儲器存取機(jī)構(gòu)等，步進(jìn)電機(jī)也在軍用儀器，通信和雷達(dá)設(shè)備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機(jī)床，電子鐘，醫(yī)療設(shè)備及自動繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機(jī)控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應(yīng)用。因而，對于步進(jìn)電機(jī)控制的研究也就顯得尤為重要了。 第二章 步進(jìn)電機(jī)的控制及驅(qū)動 采用單極性直流電源供電，只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。 開始時，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，轉(zhuǎn)子的4號齒就和C、D相 繞組磁極產(chǎn)生錯齒，5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，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)生錯齒，5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。在在單相激磁時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動半個步距角，停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進(jìn)行單相然后雙相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個脈沖半步方式轉(zhuǎn)動。 采用分立元件控制回路或集成電路的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，需要消耗大量的元器件，而且一旦定型后，只有重新設(shè)計(jì)電路才能改變控制方案，對于系統(tǒng)的適應(yīng)性有很大的考驗(yàn)。用微型單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)己經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代發(fā)展要求。 一般工作要求下，并不需要高精度控制，而盡量使控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡單化、成本低、功能齊全、適應(yīng)性強(qiáng)、操作方便等要求，以此為思路進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用單片機(jī)和硬件部分相結(jié)合的方式進(jìn)行控制，運(yùn)用其強(qiáng)大的可編程與預(yù)算能力，能靈活的的的對步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。這樣一來，若要對系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)以適應(yīng)新的控制要求，只需改變軟件設(shè)定，大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)能力。本方案具體優(yōu)點(diǎn)如下：(1)單片機(jī)軟件編程可以使復(fù)雜的控制過程實(shí)現(xiàn)自動控制和精確控制，避免了失步、振蕩等對控制精度的影響；(2)通過對單片機(jī)的設(shè)定，用同一種電路實(shí)現(xiàn)了多相步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動，大大提高了接口電路的靈活性和通用性；(3)單片機(jī)的強(qiáng)大功能使顯示電路、鍵盤電路、復(fù)位電路。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對四相步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)行加速、減速、正反轉(zhuǎn)控制。通過本設(shè)計(jì)來學(xué)會自己處理實(shí)際問題的能力，體會出理論與實(shí)際的差別。在整個設(shè)計(jì)過程中體會失敗的痛苦和成功后的喜悅。使我們真正與實(shí)際實(shí)物的一次碰撞。為我們更好的走向社會、適應(yīng)社會打下良好的基礎(chǔ)。 第三章 控制系統(tǒng)硬件電路組成 按照初期設(shè)計(jì)思路及控制系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，硬件電路可分為電源模塊、按鍵模塊、控制中樞模塊、顯示模塊及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動輸出模塊等幾部分。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 由于單片機(jī)工作電壓為35V,， USB接口電路其中4線為電源的VCC和GND，3為數(shù)據(jù)傳輸線，顧直接引出4作為電源的VCC和GND使用。 由于USB電源并不穩(wěn)定，考慮并聯(lián)一個電解電容和一個陶瓷電容用來濾波。電解電容可以濾除低頻干擾，陶瓷電容用來濾出高頻干擾。 電解電容的容量為1mA對應(yīng)13uF,由于電腦USB5V電源相對比較穩(wěn)定，故采用100uF來濾除低頻信號。陶瓷電容的容量一般對應(yīng)為芯片頻率的倒數(shù)，由于單片機(jī)晶振為12MHZ，故陶瓷電容大小應(yīng)為1/12uF。 電源電路 目前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著CMOS化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展。 本設(shè)計(jì)選用STC89C52實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的編程控制。STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的單 片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)，12 時鐘/機(jī)器周期和 6 時鐘/機(jī)器周 期可以任意選擇
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