基于單片機的步進電機控制器設計論文-文庫吧
2025-06-03 18:52 本頁面
【正文】 76。，甚至更小，精度容易保證，起動和運行頻率較高， 但功耗較大，效率較低．永磁感應子式步進電動機又稱混合式步進電動機．是永磁式步進電動機和 反應式步進電動機兩者的結(jié)合，轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復極的形式，兼有兩者的優(yōu)點．精 確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進角度小。 步進電機是一種將數(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。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，同時步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差，精度高，步進電動機可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速、快速起停、正反轉(zhuǎn)控制等，這是步進電動機最突出的優(yōu)點。 正是由于步進電機具有突出的優(yōu)點，所以成了機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。近年來由于微型計算機技術(shù)的快速發(fā)展，使步進電機的控制系統(tǒng)發(fā)生變革。由于步進電機的優(yōu)點突出，它被廣泛應用在電子計算機的許多外圍設備中，例如打印機，紙帶輸送機構(gòu)，卡片閱讀機，主動輪驅(qū)動機構(gòu)和存儲器存取機構(gòu)等，步進電機也在軍用儀器，通信和雷達設備，攝影系統(tǒng)，光電組合裝置，閥門控制，數(shù)控機床，電子鐘，醫(yī)療設備及自動繪圖儀，數(shù)字控制系統(tǒng)，工具機控制，程序控制系統(tǒng)以及許多航天工業(yè)的系統(tǒng)中得到應用。因而，對于步進電機控制的研究也就顯得尤為重要了。 第二章 步進電機的控制及驅(qū)動 采用單極性直流電源供電，只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(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)地對兩相線圈進行單相然后雙相激磁步進電機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電機控制系統(tǒng)，不僅調(diào)試安裝復雜，需要消耗大量的元器件，而且一旦定型后，只有重新設計電路才能改變控制方案，對于系統(tǒng)的適應性有很大的考驗。用微型單片機控制步進電機己經(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、適應性強、操作方便等要求，以此為思路進行設計，采用單片機和硬件部分相結(jié)合的方式進行控制，運用其強大的可編程與預算能力，能靈活的的的對步進電機的正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速進行控制。這樣一來，若要對系統(tǒng)進行改進以適應新的控制要求，只需改變軟件設定，大大增強了系統(tǒng)的適應能力。本方案具體優(yōu)點如下：(1)單片機軟件編程可以使復雜的控制過程實現(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)通過對單片機的設定，用同一種電路實現(xiàn)了多相步進電機的控制和驅(qū)動，大大提高了接口電路的靈活性和通用性；(3)單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復位電路。本設計采用單片機實現(xiàn)對四相步進電機的進行加速、減速、正反轉(zhuǎn)控制。通過本設計來學會自己處理實際問題的能力，體會出理論與實際的差別。在整個設計過程中體會失敗的痛苦和成功后的喜悅。使我們真正與實際實物的一次碰撞。為我們更好的走向社會、適應社會打下良好的基礎。 第三章 控制系統(tǒng)硬件電路組成 按照初期設計思路及控制系統(tǒng)功能實現(xiàn)，硬件電路可分為電源模塊、按鍵模塊、控制中樞模塊、顯示模塊及步進電機驅(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為芯片頻率的倒數(shù)，由于單片機晶振為12MHZ，故陶瓷電容大小應為1/12uF。 電源電路 目前，單片機正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進一步向著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。 本設計選用STC89C52實現(xiàn)對步進電機的編程控制。STC89C52RC 單片機是宏晶科技推出的新一代高速/低功耗/超強抗干擾的單 片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機，12 時鐘/機器周期和 6 時鐘/機器周 期可以任意選擇
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