【正文】 摘 要 近年來(lái)隨著科技的飛速發(fā)展，單片機(jī)的應(yīng)用正在不斷地走向深入，同時(shí)帶動(dòng)傳統(tǒng)控制檢測(cè)日新月益更新 。 本次課程設(shè)計(jì)是 用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的定位和正反旋轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。 整個(gè)系統(tǒng)有 89C51 單片機(jī)控制系統(tǒng)， L298 驅(qū)動(dòng)電路， 4*4的鍵盤(pán)控制電路， LED顯示電路。 用 89C51 單片機(jī)控制兩相四線步進(jìn)電機(jī)， 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(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。 通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)即可 以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)通過(guò)控制脈沖 的相序來(lái)改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而達(dá)到的控制正反轉(zhuǎn)的目的 。 本系統(tǒng)采用單片機(jī) AT89C51 為中心器件來(lái) 控制步進(jìn)電機(jī) ，系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)。 關(guān)鍵字 ： 單片機(jī) ； 步進(jìn)電機(jī) ；脈沖； 步 距 角 2 目 錄 1 前言 ....................................................... 3 2 步進(jìn)電機(jī)工作原理 ........................................... 4 兩 相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) ..........................................4 兩相步進(jìn)電機(jī)的原理 .......................................4 .................................5 3 硬件系統(tǒng) 設(shè)計(jì) ..............................................6 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 ..........................................6 單片機(jī)系統(tǒng) ................................................6 時(shí)鐘信號(hào)控制電路 ..........................................7 電源電路 ..................................................8 驅(qū)動(dòng)電路 ..................................................8 顯示電路 ..................................................9 4*4 鍵盤(pán)電路 ..............................................9 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..............................................10 主程序流程圖 及源代碼 .....................................10 掃描鍵盤(pán)流程圖 及源代碼 ............... ...................11 LED顯示流程圖 及源代碼 ...................................12 5 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .............................. ................14 WAVE6000 編譯器簡(jiǎn)介 .....................................14 protues 仿真平臺(tái) 簡(jiǎn)介 .......................................14 6 仿真結(jié)果及 分析 ............................................16 7 課程設(shè)計(jì) 總結(jié) ..............................................19 附錄 ........................................................20 3 1 前言 本次課程設(shè)計(jì)是以步進(jìn)電機(jī)控制和驅(qū)動(dòng)為要求，用單片機(jī)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的定位和正反旋轉(zhuǎn) 圈數(shù)的顯示 。 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。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(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單 。 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。 步進(jìn)電機(jī)是一種通過(guò)電脈沖信號(hào)控制想繞組電流實(shí)現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)電元件，與 其它類型電機(jī)相比具有易于開(kāi)環(huán)精確控制、無(wú)積累誤差等優(yōu)點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域中獲得 廣泛運(yùn)用。本文介紹了兩相四線混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理及其模型，怎樣驅(qū)動(dòng)，使其按照要求進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。 4 2 步進(jìn)電機(jī) 工作 原理 兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 圖 兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖 電動(dòng)機(jī)軸向結(jié)構(gòu)如圖 。轉(zhuǎn)子被分為完全對(duì)稱的兩段，一段轉(zhuǎn)子的磁力線沿轉(zhuǎn)子表面呈放射形進(jìn)入定子鐵心，稱為 N極轉(zhuǎn)子 。另一段轉(zhuǎn)子的磁力線經(jīng)過(guò)定子鐵心沿定子表面穿過(guò)氣隙回歸到轉(zhuǎn)子中去，稱為 S極轉(zhuǎn)子。圖中虛線 閉和回路為磁力線的行走路線。相應(yīng)地定子也被分為兩段，其上裝有 A、 B兩相對(duì)稱繞組 .同時(shí)，沿轉(zhuǎn)子軸在兩段轉(zhuǎn)子中間安裝一塊永磁鐵，形成轉(zhuǎn)子的 N、 S 極性。從軸向看過(guò)去，兩段轉(zhuǎn)子齒中心線彼此錯(cuò)開(kāi)半個(gè)轉(zhuǎn)子齒距 。 兩相 步進(jìn)電機(jī)的原理 圖 兩相步進(jìn)電機(jī) 如圖 所示 兩相步進(jìn)電機(jī)實(shí)物圖。 通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比 。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、 電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電 順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 5 兩相 步進(jìn)電機(jī)的供電方式 兩相四線的步進(jìn)電機(jī)，有兩個(gè)繞組： A， B。 在半步供電方式時(shí)，電機(jī)的通電方式采用順序八拍一個(gè)循環(huán)給兩相繞組供電 為 : 八拍，半步：(+A)(+B)(+B)(A)(+B)(A)(A)(B)(B)(+A)(B)(+A)。 兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有一種供電方式為雙 4 拍整步方式，即采用通電次序兩相，四拍： (+A)(+B)(A)(+B)(A)(B)(+A)(B)— 。 6 3 硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)了 如圖 圖所示 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 ， 步進(jìn)電機(jī)是較早實(shí)用的典型的機(jī)電一體化組件。步進(jìn)電機(jī)本體、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)不可分割的三大部分 其設(shè)計(jì)框圖 。 圖 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 單片機(jī)系統(tǒng) 如圖 電路中采用的是 Atmel 公司的 AT89C51型號(hào)的單片機(jī)，其 內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 如圖 所示。 圖 89C51 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 按照?qǐng)D 它具有如下一些特點(diǎn) : (1)集成度高。 AT89C51 為