【正文】 stem .......................................20 system functions..........................................................21 Chapter 4 hardware system design ..................................................22 VI system ..................................................................................22 system AT89C51MC U 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 LC D1602 ...........................................27 keyboard circuit ..........................................................34 watchdog reset circuit..................................................36 The drive circuit of L298N .........................................38 power supply circuit ....................................................41 Chapte r5 syste m software design ....................................................43 system software flowchart of.................................................43 system initialization process in F igure ..................................44 The step motor running module flowchart .............................45 system shows the process in F igure .......................................46 standby keyboard operation process .............................47 continuous operation mode the keyboard operation process.................................................................................49 Chapte r6 s ummarizes ......................................................................52 conclusions ...........................................................................52 Reference .........................................................................................54 Thanks .............................................................................................56 Appe ndix 1:syste m program in listing .............................................57 Appe ndix 2:syste m diagram.............................................................59 1 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。 I 畢業(yè)設計論文 基于單片機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脈沖控制器 環(huán)形分配器 驅動電路 步進電機 3 資源，目前市場有多種專用芯片可以選用。 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)生產控制領域中，而以單片機作為核心的步進電機生產運行系統(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 5 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。 7 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”。 圖 15 高低壓驅動原理 如圖 15 所示， Th、 T1 分別為高壓管和低壓管， Vh、 V1 分別為高低壓電源， Ih、 I1 分別為高低端的脈沖信號。 [7] 自激式恒電流斬波驅動 圖 16 自激式恒電流斬波驅動框圖 把步進電機繞組電流值轉化為一定比例的電壓，與 D/A 轉換器輸出的預設值進行比較，控制功率管的開關，從而達到控制繞組相電流的目的。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，電機只轉動了 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% 。 11 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 . 13 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。 當開關 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，使轉子轉動， 4 號齒和 C 相繞組的磁極對齊。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉動力矩小。 運動控制是一門有關如何對物體位置和速度進行控制的技術。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。運動控制系統(tǒng) 驅動部件 運動執(zhí)行部件 機械裝置 18 步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比，控制步進脈沖 信號的頻率，可以對電機精確調速 。在本論文第一章，已經對此作了介紹。 采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)如圖 32 所示。使用單片機以軟件方式驅動步進電機，不但可以通過編程方法，在一定范圍內自由設定單片機系統(tǒng) 驅動電路 步進電機 機械裝置 外圍電路 19 步進電機的轉速、往返轉動的角度以及轉動次數(shù)等，而且還可以方便靈活地控制步進電機的運行狀態(tài)，以滿足不同用戶的要求。用軟件代替環(huán)形分配器，達到了對步進電機的最佳控制。以三相步進電機為例，電流脈沖的施加共有 3 種方式。ACCBAB 一反轉。以其中的幾個口控制驅動電路，由于步進電機工作時，電機繞組內的電流值一般都能達到數(shù)安培，而控制電機繞組內電流變化的控制信號一般都是由邏輯電路產生的數(shù)字信號，電壓一般比較低，為了防止單片機或控制信號等受到后級模擬電路的干擾，通常在驅動電源的設計時都要設計電壓隔離接口，以便把數(shù)字信號和模擬信號隔離開 .所以將光電隔離電路接在驅動電路和單片機出口之間。 系統(tǒng)的軟件設計通常采用模塊化結構，