基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-10-01 15:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 接電機(jī)引出線藍(lán)線 步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下： 圖 電壓頻率特性圖 細(xì)分驅(qū)動器 在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（ A， B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。 圖 細(xì)分驅(qū)動器 原理圖 7 第四章 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)組成 圖 用微型機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)原理系統(tǒng)圖 與傳統(tǒng)步進(jìn)控制器相比較有以下優(yōu)點： 一、 用微型機(jī)代替了步進(jìn)控制器把并行二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn) 方向控制。 二、 只要負(fù)載是在步進(jìn)電機(jī)允許的范圍之內(nèi)，每個脈沖將使電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定 的步距角度。 三、 根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進(jìn)電 機(jī)的最終位置。 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理 脈沖序列的生成 圖 脈沖的生成 圖 脈沖幅值：由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。 TTL 0 ～ 5V CMOS 0 ～ 10V 接通和斷開時間可用延時的辦法控制。要求：確保步進(jìn)到位。 方向控制 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。 三相六拍，通電順序為 : 正轉(zhuǎn) : A→ AB→ B→ BC→ C→ CA 反轉(zhuǎn) : A→ AC→ C→ CB→ B→ BA 改變通電順序可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 脈沖分配 實現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法 通過軟件實現(xiàn)脈沖分配 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(jī)的 I/O 向驅(qū)動電8 路發(fā)出控制脈沖，下面以三相六拍為例 ： 上面提到了三相六拍工作方式通電換相得正序為 AABBBCCCAA,，反 序為 AACCCBBBAA 圖 用軟件實現(xiàn)脈沖分配的接口示意圖 注： ： A 相驅(qū)動 ： B 相驅(qū)動 ： C 相驅(qū)動 三相六拍控制字如下表所示： 表 三相六拍工作方式的控制字 注： 0代表使繞組斷電， 1代表使繞組通電 在程序中，只要依次將這 10 個控制字送到 P1 口，步進(jìn)電機(jī)就會轉(zhuǎn)動一個齒距角，每送一個控制字，就完成一拍，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過一個步距角。 軟件法在電動機(jī)運(yùn)行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的 CPU 時間，可能使單片機(jī)無法同時進(jìn)行其他工作（如監(jiān)測等），所以，人們更喜歡用硬件法。 通過硬件實現(xiàn)脈沖分配 所謂硬件法實際上就是使用脈沖分配器 8713，來進(jìn)行通電換相控制。 8713 是屬于單極性控制，用于控制三相和四相步進(jìn)電機(jī)，我們選擇的是三相六拍工作方式。 8713 可以選擇單時鐘輸入或雙時鐘輸入，具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復(fù)位、工作方式和輸入脈沖狀態(tài)監(jiān)視等功能，所有輸入端內(nèi)部都設(shè)有斯密特整形電路，提高抗干擾能力，使用 4~18V 直流電源，輸出電流為 20mA。本例選用單時鐘輸入方式， 8713 的 3 腳為步進(jìn)脈沖輸入端， 4 腳為轉(zhuǎn)向控制端，這兩個引腳的輸入均由單片機(jī)提供和控制，選用對三相步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行六拍方式控制，所以 6 腳接高電平， 7 腳接地。 如 圖 所示： 9 圖 89C51 單片機(jī)系列和 8713 脈沖分配器的接口圖 由于采用了脈沖分配器，單片機(jī)只需提供步進(jìn)脈沖，進(jìn)行速度控制和轉(zhuǎn)向控制，脈沖分配的工作交給 8713 來自動完成，因此， CPU的負(fù)擔(dān)減輕許多。 步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)的接口電路 由于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電流較大，所以微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的連接都需要專門的接口及驅(qū)動電路。驅(qū)動器可用大功率復(fù)合管，也可以是專門的驅(qū)動器。 總之，只要按一定的順序改變 8713 脈沖分配器的 13 腳～ 15 腳 三位通電的狀況，即可控制步進(jìn)電機(jī)依選定的方向步進(jìn)。由于步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時功率較大，可在微型機(jī)與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離器（一是抗干擾，二是電隔離。）以防強(qiáng)功率的干擾信號反串進(jìn)主控系統(tǒng)。 電路圖如圖 所示： 圖 單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口電路圖 一、 圖 中 K K K K4 按鈕分別控制步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速。 二、 因為我們討論的是三相六拍的工作方式，所以 和 接高電平， 接低電平。 10 三、 輸出步進(jìn)脈沖。 四、 控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 第五章 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行控制 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 步進(jìn)電機(jī)的速度控制是通過單片機(jī)發(fā)出的步進(jìn)脈沖頻率來實現(xiàn)，對于軟脈沖分配方式，可以采用調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實現(xiàn)調(diào)速，對于硬脈沖分配方式，可以控制步進(jìn)脈沖的頻率來實現(xiàn)調(diào)速。 一、 軟件延時法：改變延時的時間長度就可以改變輸出脈沖的頻率，但這種方法 CPU 長時間等待，占用大量的機(jī)時，因此沒有實踐價值。 二、 定時器中斷法：在中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行脈沖輸出操作，調(diào)整定時器的定時常數(shù)就可以實現(xiàn)調(diào)速，這種方法占有的 CPU 時間較少，在各種單片機(jī)中都能實現(xiàn)，是一種比較實用理想的調(diào)速方法。 步進(jìn)電機(jī)的位置控制 步進(jìn)電機(jī)的位置控制，指的是控制步進(jìn)電機(jī)帶動執(zhí)行機(jī)構(gòu)從一個位置精確地運(yùn)行到另一個位置，步進(jìn)電機(jī)的位置控制是步進(jìn)電機(jī)的一大優(yōu)點，它可以不用借助位置傳感器而只需要簡單的開環(huán)控制就能達(dá) 到 足夠的位置精度，因此應(yīng)用很廣。步進(jìn)電機(jī)的位置控制需要兩個參數(shù)。 一、 步進(jìn)電機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)前的位置參數(shù)（我們稱為絕對位置），絕對位置時有
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