步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速控制課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-11 08:21 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (4) 獨(dú)立編寫(xiě)好程序，并能在機(jī)器上調(diào)試通過(guò)，并要求將速度值在液晶顯示器上顯示。 成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告 3 第 2 章 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)控制 設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)采用電壓為 DC12V 的四相八拍步進(jìn)電機(jī) 35BYJ46 型電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路主芯片是ULN2021，以 8255A作為 8086并行輸出接口， 8086對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制信號(hào)則通過(guò) 8255A送到 ULN2021。其中步進(jìn)電機(jī)的 勵(lì)磁線圈及其勵(lì)磁順序已經(jīng)確定。 關(guān)于轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速，通過(guò)查表的方式實(shí)現(xiàn)，以逐次遞增方向查表，依次輸出表中數(shù)據(jù)，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；以逐 次遞減方向查表，則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，即通過(guò)一個(gè)表實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。其中表中內(nèi)容為程序的 TABLEDB 中的內(nèi)容。 轉(zhuǎn)速則通過(guò)調(diào)用延時(shí)子程序，當(dāng)調(diào)用延時(shí)較長(zhǎng)的子程序時(shí)，則步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速慢，當(dāng)調(diào)用延時(shí)較短的子程序時(shí)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快。 硬件系統(tǒng)基本原理 步進(jìn)電機(jī) 35BYJ46 1）勵(lì)磁線圈及其勵(lì)磁順序， 其勵(lì)磁線圈如圖 21所示，勵(lì)磁順序如表 211所示： 1354 2 1 2 3 4 5 6 7 8 5 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 4 － － － 3 － － － 2 － － － 1 － － － 表 211 勵(lì)磁順序 圖 21 勵(lì)磁線圈 成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告 4 2） 四相步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖 見(jiàn)圖 22，轉(zhuǎn)子由一個(gè)永久磁鐵構(gòu)成，定子分別由 4組繞組構(gòu)成。圖 23為電路連接圖 Φ 1Φ 2Φ 3Φ 4CCCC + 1 2 VΦ 1 Φ 2 Φ 3S 1 S 2 S 3 當(dāng) S1連通電源后，定子磁場(chǎng)將產(chǎn)生一個(gè)靠近轉(zhuǎn)子為 N極，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子為 S極才磁場(chǎng)，這樣的定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的固有磁場(chǎng)發(fā)生作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，正確地 S S4的送電次序，就能控制轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向。 例如：若送電的順序?yàn)?S1閉合 → 斷開(kāi) → S2閉合 → 斷開(kāi) → S3閉合 → 斷開(kāi) → S4閉合 → 斷開(kāi)，周而復(fù)始的循 環(huán)，在定子和轉(zhuǎn)子共同作用下，電機(jī)就瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)： Φ 4Φ 1Φ 2Φ 3 若送電的順序?yàn)?S4閉合斷開(kāi) → S3閉合 → 斷開(kāi) → S2閉合 → 斷開(kāi) → S1閉合 → 圖 22 電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子示意圖 圖 23 電氣連接示意圖 圖 24 電機(jī)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)示意圖 成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告 5 斷開(kāi)，周而復(fù)始的循環(huán)，則電機(jī)就逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，原理同理。 8255A向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出控制脈沖如圖 25： 1 234 D 0 位D 1 位D 2 位D 3 位 3）步進(jìn)電機(jī)與 8255A接口關(guān)系如圖 26： 圖 26 實(shí)驗(yàn)線圖 4） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制 步進(jìn)電機(jī)速度的控制是通過(guò)控制單片機(jī)發(fā) 出的步進(jìn)脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于軟件脈沖分配方式采用調(diào)整兩個(gè)控制字之間的時(shí)間間隔來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速；對(duì)于硬件脈沖分配方式則采用定時(shí)中斷方式來(lái)調(diào)整脈沖頻率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。根據(jù)以上所述，控制步進(jìn)電機(jī)速度的方法有兩種。 (1)軟件延時(shí)法：通過(guò)調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的延時(shí)子程序，改變兩控制字之間延時(shí)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用軟件延時(shí)方法實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是程序簡(jiǎn)單，思路清晰， 不占用硬件資源，缺點(diǎn)是 CPU 的等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，占用大量機(jī)時(shí)，因此沒(méi)有實(shí)用價(jià)值。 這次試驗(yàn)采用的便是軟件延時(shí)。 (2)定時(shí)器中斷法。以 805l 單片機(jī)為例，在中斷服務(wù)子程 序中進(jìn)行脈沖輸出操作，調(diào)整定時(shí)器的定時(shí)常數(shù)就可實(shí)現(xiàn)脈沖頻率的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 這種方法占用 CPU 時(shí)間較少，容易實(shí)現(xiàn)，是一種比較實(shí)用的調(diào)速方法。 PB 0 PB 1 PB 2 PB 3 8255 A A B C D A ’ B ’ C ’ D ’ 驅(qū)動(dòng)電路 1 2 3 4 5 35 BYJ 46 型 步進(jìn)電機(jī) + 12 V 圖 25 8255A 向步進(jìn)電機(jī)發(fā)出的控制脈沖 成都學(xué)院（成都大學(xué)）課程設(shè)計(jì)報(bào)告 6 8255A可編程并行接口芯片 1) 8255 簡(jiǎn)介 Intel 8086/8088 系列的可編程外設(shè)接口電路（ Programmable Peripheral Interface)簡(jiǎn)稱 PPI，型號(hào)為 8255（改進(jìn)型為 8255A 及 8255A5），具有 24 條輸入 /輸出引腳、可編程的通用并行輸入 /輸出接口電路。它是一片使用單一 +5V 電源的 40 腳雙列直 插式大規(guī)模集成電路。 8255A 的通用性強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它 CPU 可直接與外設(shè)相連接。 8255A在使用前要寫(xiě)入一個(gè)方式控制字，選擇 A、 B、 C 三個(gè)端口各自的工作方式，共有三種 。 方式 0 ：基本的輸入輸出方式，即無(wú)須聯(lián)絡(luò)就可以直接進(jìn)行的 I/O 方式。其中 A、 B、 C 口的高四位或低四位可分別設(shè)置成輸入或輸出。 方式 1 ：選通 I/O,此時(shí)接口和外圍設(shè)備需聯(lián)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行協(xié)調(diào)，只有 A口和 B 口可以工作在方式1，此時(shí) C 口的某些線被規(guī)定為 A口或 B 口與外圍設(shè)備的聯(lián)絡(luò)信號(hào)，余下的線只有基本的 I/O功能，即只工作在方 式 0. 方式 2： 雙向 I/O 方式，只有 A口可以工作在這種方式，該 I/O線即可輸入又可輸出，此時(shí) C口有 5 條線被規(guī)定為 A口和外圍設(shè)備的雙向聯(lián)絡(luò)線， C口剩下的三條線可作為 B口方式 1的聯(lián)絡(luò)線，也可以和 B 口一起方式 0 的 I/O 線。 8255A 是一個(gè)并行輸入、輸出器件，具有 24 個(gè)可編程設(shè)置的 I/O 口，包括 3 組 8 位的 I/O 為PA 口、 PB口、 PC口，又可分為 2 組 12位的 I/O 口： A 組包括 A 口及 C 口高 4 位， B 組包括B 口及 C 組的低 4 位。
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