【正文】
。 some systems in the operation is not very convenient, do not have a strong interaction.So the research contents of this thesis is to design a set of hardware system is simple, economic, but the function is plete, strong adaptability, convenient operation, high reliability, can organically integrate electronic technology, single chip technology, motor control technology of stepping motor control system. This paper briefly describes the development of the scheme, the stepper motor applications, as well as the mon control system, driving technology is mon, but also analyzed the working principle of stepping motor, and then by the microcontroller. The hardware design scheme of the system, detailed design on the basis of each module the circuit, then expounds the stepping motor control software development process.Keywords: stepper motor microcontroller watchdog driver technology目錄摘 要 IABSTRAC II第1章 緒論 1 前言 1 基于電子電路控制手段 1 基于PLC/變頻器控制手段 2 基于單片機控制手段 3 國內外發(fā)展情況 4 步進電機驅動方式分類及比較 6 單電壓驅動 6 高低壓驅動 7 自激式恒電流斬波驅動 8 它激式恒電流斬波驅動 8 細分驅動 9 研究的目的和意義 10 論文安排 11第2章 步進電機概述 13 步進電機的特點 13 步進電機的分類 14 反應式步進電機 14 永磁式步進電機 14 混合式步進電機 14 步進電機的運行原理闡述 15第3章 步進電機控制系統(tǒng)概述 17 步進電機控制系統(tǒng)簡介 17 本系統(tǒng)特點與功能 20 本系統(tǒng)特點 20 系統(tǒng)功能 21第4章 系統(tǒng)硬件設計 22 系統(tǒng)組成 22 系統(tǒng)核心——AT89C51單片機 22 主要特性 23 管腳說明 23 振蕩器特性 25 芯片擦除 25 最小系統(tǒng) 26 外圍電路設計 27 顯示電路—LCD1602 27 鍵盤電路 34 看門狗復位電路 36 驅動電路—L298N 38 電源電路 41第5章 系統(tǒng)軟件設計 43 系統(tǒng)軟件主流程圖 43 系統(tǒng)初始化流程圖 44 步進電機運行模塊主流程圖 45 系統(tǒng)顯示流程圖 46 系統(tǒng)鍵盤流程圖 47 待機狀態(tài)下鍵盤操作流程 47 連續(xù)運行模式狀態(tài)下鍵盤操作流程 49第6章 總結 52 結論 52參考文獻 54致謝 56附錄1:部分系統(tǒng)程序清單 57附錄2:系統(tǒng)圖 5959CONTENTSABSTRACT IABSTRACT II Chapter1 introduction 1 preface 1 Electronic circuit control method based on 1 By means of control based on PLC\/ inverter 2 Based on MCU control 3 domestic and foreign development 4 stepper motor drive mode classification and parison of 6 single voltage drive 6 high and low voltage drive 7 selfexcited constant current chopper drive 8 excitation type constant current chopper drive 8 subdivision drive 9 the purpose and significance of the study 10 The paper 11Chapter2 outlines the step motor 13 stepper motor features 13 stepper motor classification 14 reaction stepping motor 14 permanent magnet stepper motor 14 The hybrid stepping motor 14 The step operation of the principle of stepping motor on 15 Chapter 3 stepper motor control system overview 17 stepper motor control system 17 The characteristics and function of the system 20 Characteristics of the system 20 system functions 21Chapter 4 hardware system design 22 system 22 systemAT89C51MCU core 22 The main characteristics of 23 The pin 23 Oscillator characteristics 25 chip erase 25 minimum system 26 The peripheral circuit design 27 display circuit LCD1602 27 keyboard circuit 34 watchdog reset circuit 36 The drive circuit of L298N 38 power supply circuit 41Chapter5 system software design 43 system software flowchart of 43 system initialization process in Figure 44 The step motor running module flowchart 45 system shows the process in Figure 46 standby keyboard operation process 47 continuous operation mode the keyboard operation process 49Chapter6 summarizes 52 conclusions 52Reference 54Thanks 56Appendix 1:system program in listing 57Appendix 2:system diagram 59第1章 緒論 前言 步進電機在工業(yè)自動化裝備、辦公自動化設備中有著廣泛的應用。有的系統(tǒng)在操作上不是很方便,交互性不強?;趩纹瑱C的步進電機控制系統(tǒng)的設計摘 要 步進電機是一種通過電脈沖信號控制相繞組電流實現(xiàn)定角轉動的機電元件,與其他類型電機相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點,在眾多領域中獲得了廣泛的應用。 因此本文的研究內容就是設計一套硬件系統(tǒng)較簡單、經(jīng)濟,但功能較為齊全,適應性強,操作方便,可靠性高的,能夠有機地把電子技術、單片機技術、電機的控制技術結合起來步進電機控制系統(tǒng)。近年來,控制技術、計算機技術及微電子技術的迅速發(fā)展,有力地推動了步進電機控制技術的進步,提高了步進電機運動控制裝置的應用水平。此種控制電路設計簡單,功能強大,可實現(xiàn)一般步進電機的細分任務。采用閉環(huán)控制,即能實現(xiàn)高精度細分,實現(xiàn)無級調速。PLC也叫可編程控制器,是一種工業(yè)上用的計算機。通過PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖,控制步進電機的轉角進而控制伺服機構的進給量,同時通過編程控制脈沖頻率來控制步進電機的轉動速度,進而控制伺服機構的進給速度。采用硬件環(huán)形分配器,雖然硬件結構稍微復雜些,但可以節(jié)省PLC資源,目前市場有多種專用芯片可以選用。控制版面輸入\輸出驅動電路步進電機負載圖12基于PLC控制步進電機系統(tǒng)圖 基于單片機控制手段 單片機在工業(yè)控制中以其高速、精準、成本低廉的特性得到了廣大工程設計者的青睞,近幾年,以單片機作為控制核心的工業(yè)控制系統(tǒng)不斷被開發(fā)和應用在工業(yè)生產(chǎn)控制領域中,而以單片機作為核心的步進電機生產(chǎn)運行系統(tǒng)也成為了時下比較熱門的研究課題。由于單片機的強大功能,還可設計大量的外圍電路,鍵盤作為一個外部中斷源,設置了步進電機正轉、反轉、檔次、停止等功能,采用中斷和查詢相結合的方法來調用中斷服務程序,完成對步進電機的最佳控制,顯示器及時顯示正轉、反轉速度等狀態(tài)。 單片機的強大功能使顯示電路、鍵盤電路、復位電路等外圍電路有機的組合,大大提高系統(tǒng)的交互性。在日本和西方等發(fā)達國家早期都是研制和應用磁阻式步進電機,但是由于固有的能量利用率低、振動和噪音大等缺點逐步被淘汰掉,目前在國外幾乎沒有了僅僅在某些場合例如在溫度很高的核反應堆中或者需要電動機的不通電的情況下定位力矩為零的時候才使用。[4]在我國,步進電動機的研究始于1958年,當時只有清華大學,華中理工大學等少數(shù)高等院校在從事這項工作。70年代末形成了以定子6個極、轉子40齒的三相磁阻式電動機為主,另外還有定子10個極、轉子100齒的五相磁阻式電動機等共存的步進電機應用局面。 單電壓驅動圖14 單電壓驅動原理圖單電壓驅動是指在電機繞組工作過程中,只用一個方向電壓對繞組供電。 為使通電時繞組電流迅速達到預設電流,串入電阻Rc;為防止關斷T時繞組電流變化率太大,而產(chǎn)生很大的反電勢將T擊穿,在繞組的兩端并聯(lián)一個二極管D和電阻Rd,為繞組電流提供一個泄放回路,也稱“續(xù)流回路”。高低壓驅動可獲得較好的高頻特性,但是由于高壓管的導通時間不變,在低頻時,繞組獲得了過多的能量,容易引起振蕩。但由于斬波頻率是可變的,會使繞組激起很高的浪涌電壓,因而對控制電路產(chǎn)生很大的干擾,容易產(chǎn)生振蕩,可靠性大大降低。這樣基本上能解決振蕩問題,但仍然存在一些問題。/176。/176。細分驅動器工作在5細分狀態(tài)176。176。;而用細分驅動器工作在10細分狀態(tài)時,176。提高了電機的輸出轉矩尤其是對三相反應式電機,其力矩比不細分時提高約3040% 。本課題研究的意義是了解單片機的內部結構、組成,學習單片工作原理及其內部工作狀態(tài),并熟悉不同時刻,單片機輸入輸出情況;了解步進電機的分類和用途,掌握步進電機內部結構及其工作原理,并學習使用單片機簡單控制步進電機的正傳、反轉、加速、減速以及簡單了解國內外步進電機的發(fā)展狀況。第二章步進電機的概述,闡述步進電機的特點、分類和工作原理,為后面的硬件、軟件設計提供必須的理論基礎。第五章為系統(tǒng)軟件設計.第2章 步進電機概述步進電機指的是以數(shù)字脈沖信號作為電機線或教位移的控制信號,并以數(shù)字脈沖頻率對電機的轉速進行控制的動力控制系統(tǒng)。[11] 步進電機的特點步進電機具有自身的特點,歸納起來有:可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制,整個系統(tǒng)簡單廉價;位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應,步距誤差不長期積累,無刷,電機本體部件少,可靠性高;易于啟動、停止、正反轉及變速,響應性也好;停止時,可有自鎖能力;步距角選擇范圍大,可在幾十角分至180O大范圍內選擇。按結構特點電磁式步進電機可分為反應式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大類。它的結構簡單,成本低,步距角可以做得很小,但動態(tài)性能較差。它輸出轉矩大,動態(tài)性能好,消耗功率小(相比反應式),但啟動運行頻率較低,還需要正負脈沖供電。這種電動機最初是作為一種低速驅動用的交流同步機設計的,后來發(fā)現(xiàn)如果各相繞組通以脈沖電流,這種電動機也能做步進增量運動。 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。四相步進電機按照通電順序的不同,可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。由操作系統(tǒng)完成把操作者的操作轉化為運動控制系統(tǒng)能接受的電信號,運動控制系統(tǒng)隨之作出反應,完成規(guī)定動作。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動,這種裝置就是步進電機驅動器,它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號,加以放大以驅動步進電機