【正文】 ..................................................................................................... 24 附 錄 ................................................................................................................................ 25 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 1 頁 概 述 （ 1）引言 步進電動機又稱脈沖電動機，其應(yīng)用發(fā)展己有約 80 年的歷史。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電動機的 需求量與日俱增，研制步進電機驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為步距角），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行 的。另外通過單片機實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差 (精度為 100%)的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。 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，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。本次 課程 設(shè)計采用的是步距角為 度的四相八拍永磁式步進電機。 3. 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 5. 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常簡單、廉價，又非常的可靠。 8. 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流 電源。如打印機，繪圖儀、數(shù)控機床切割。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但動態(tài)性能相對較差。 混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 4 頁 步進電機的工作原理 本次設(shè)計是采用步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5V— DC12V。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的 工作方式（四相） 1. 單四拍：通電順序為： A→ B→ C→ D； 2. 雙四拍：通電順序為： AB→ BC→ CD→ DA； 3. 四相八拍：通電順序為： A→ AB→ B→ BC→ C→ CD→ D→ DA； 步進電機線圈如圖 11所示 ： 圖 11 步進電機線圈 圖 步進電機的常用術(shù)語 齒距角：相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。 最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 5 頁 不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 （ 1） 振蕩 步進電機的低頻振蕩是由于電機的轉(zhuǎn)子達到穩(wěn)定平衡位置時具有多余的動能。 減少步距角可以減少振蕩幅值，以達到削弱振蕩的目的。 2. 變頻變壓法：步進電機在在低頻時繞組中的電流上升時間長，轉(zhuǎn)子獲得的能量大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時則相反。 3. 反相阻尼法：這種方法用于步進電 機制動，在步進電機轉(zhuǎn)子要過平衡點之前，加一個反向作用力去平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達平衡點時速度為零，實現(xiàn)準確制動 （ 2） 失步 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱之為失步。注意，啟動頻率不是一個固定值，提高 電動機的轉(zhuǎn)矩、減少負載轉(zhuǎn)動慣量、減少步距角都可以提高步進電機的啟動頻率。 一種是延時，一種是定時。因此只適合較簡單的控制過程。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。 軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機的 IO 向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 8 頁 第 2 章 硬件電路設(shè)計 硬件的設(shè)計與選擇 步進電機的驅(qū)動 步進電機的驅(qū)動采用 ULN2020，接到單片機的 ~，具體如圖 21 所示 ： 圖 21 步進電機驅(qū)動及其接口圖 參數(shù)： 模塊配置 ： 7 NPN 電壓 ： Vceo:50V 集電極直流電流 ： 500mA 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 9 頁 直流電流增益 hFE： 1000 工作溫度 范圍： 20176。本設(shè)計中，用 ， ， A， B， C， D 四相繞組。 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 11 頁 其原理圖如下圖 23 所示 ： 圖 23 按鍵接線圖 時鐘電路設(shè)計 時針電路部分晶振為 ，其原理圖如 24 所示： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 .01P 1 .12P 1 .23P 1 .34P 1 .45P 1 .56P 1 .67P 1 .78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 /R D17P 3 .6 /W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 /A 821P 2 .1 /A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427U1A T 8 9 C5 1C13 0 pC23 0 pX1CR Y S T A L 圖 24 時鐘電路 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 12 頁 硬件的總體電路設(shè)計圖 硬件 的總體 電路設(shè)計圖如圖 25 所示： 圖 25 硬件總體電路設(shè)計圖 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 13 頁 第 3 章 程 序 設(shè) 計 程序設(shè)計的總體思路 程序的總體思路 框圖如圖 31 所示： 圖 31 程序總體框圖 引腳的接線點如 圖 32 所示 ： 圖 32 引腳接線 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 14 頁 主程序流程圖 主程序框圖 編寫程序的總體思路過程 如圖 33 所示 ： 圖 33 編程總體思路圖 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 15 頁 正反轉(zhuǎn)流程圖 步進電機的正反轉(zhuǎn)用 K4 控制，初始化電機為順時針轉(zhuǎn)，每當按下 K4 鍵，電機轉(zhuǎn)向改變，具體流 程圖如 圖 34 所示 ： 圖 34 正反轉(zhuǎn)流程 圖 課 程 設(shè) 計 用 紙 第 16 頁 啟動與停止流程圖 啟動與停止是用 K1 鍵來控制的，初始化標志位 on_off==0,檔按下 K1，即將on_off 置 1，每當按下 k1,都將在啟動與停止間切換，具體流程圖如 圖 35所示 ： 圖 35 啟動與停止流程圖 課 程 設(shè) 計 用