基于單片機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2024-11-28 08:11 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及工作狀態(tài)顯示模塊， P0 和 P2 分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選， P1 接工作狀態(tài)控制電路 ,，時(shí)鐘用內(nèi)部方式需外接晶體振蕩器 。 硬件圖如圖 4 所示。 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 7 圖 4 單片機(jī)模塊原理圖 此設(shè)計(jì)中接的是 12MHZ 的晶振，故一個(gè)機(jī)器周期為 1/12us。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，與晶振一起的兩個(gè)電容設(shè)為 15PF。 單片機(jī)的 VCC 和 GROUD 都隱藏了，已自動(dòng)接好， VCC 應(yīng)設(shè)為 +5V。 按鍵選擇工作狀態(tài) 模塊 首先我們來考慮所有機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵在狀態(tài)輸出時(shí)的共性問題就是按鍵抖動(dòng)問題， 由于機(jī)械觸點(diǎn)的彈性振動(dòng)，按鍵在按下時(shí)不會(huì)馬上穩(wěn)定地接通而在彈起時(shí)也不能一下子完全地?cái)嚅_ ，因而在按鍵閉合和斷開的瞬間均會(huì)出現(xiàn)一連串的抖動(dòng)，這稱為按鍵的抖動(dòng)干擾 。 這 種 抖動(dòng)可能 會(huì)造成按一次鍵產(chǎn)生的開關(guān)狀態(tài)被 CPU 誤讀幾次。為了使 CPU 能正確地讀取按鍵狀態(tài)， 本次設(shè)計(jì)中 我們采用 并聯(lián)電容消抖法 ， 利用電容的放電延時(shí) 來實(shí)現(xiàn) 。 如圖 5 所示，這是唯一的一塊輸入模塊的設(shè)計(jì)。 5 個(gè)按鍵開關(guān)一端通過電阻接高電平 ，另一端全部接到地，其中接高電平的一端對(duì)應(yīng)也接到單片機(jī)的 P1 口分別為 ~。當(dāng)開關(guān)斷開，就是輸入到單片機(jī)對(duì)應(yīng)端口高電平，而開關(guān)閉合，是使端口接地，輸入低電平。所以這個(gè)設(shè)計(jì)中開關(guān)斷開時(shí)才是有效的。 各按鍵功能： （ 1） K0K2 為工作模式控制開關(guān)， KO 接電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)單三拍工作模式； K1 接武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 8 電時(shí)，為步進(jìn)電機(jī)雙三拍工作模式； K2 接電時(shí)，步進(jìn)電機(jī)工作模式為三相六拍。 （ 2） K3 為啟 /停控制開關(guān)，控制整個(gè)系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。 （ 3） K4 為正 /反轉(zhuǎn)控制開關(guān)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 圖 5 按鍵模塊原理圖 步進(jìn)電機(jī) 工作 模塊 將三相步進(jìn)電機(jī)三個(gè)端口直接接到單片機(jī) ~ 即可，另三個(gè)端口接到 +12V 的高電平給步進(jìn)電機(jī)供電。只需在軟件編寫上控制算法便可以調(diào)節(jié)這三個(gè)端口的高低電平來控制步進(jìn)電機(jī)的開啟與停止，正反轉(zhuǎn)以及工作模式。步進(jìn)電機(jī)硬件接線圖如圖 6 所示。 圖 6 步進(jìn)電機(jī)模塊原理圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 9 工作狀態(tài)顯示模塊 LED 發(fā)光二極 管 顯 示步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，它們分別接到單片機(jī)的 ~。 如圖 7，讓單片機(jī)輸出通過一個(gè)反相器再接到 LED 陰極， LED 陽(yáng)極接 VCC。 這樣可以提高電流，有利于二極管的導(dǎo)通， 我們 可以通過控制 P3 口的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn) LED 的亮滅。 圖 7 工作狀態(tài)顯示模塊原理圖 4 位數(shù)碼管顯示步數(shù)模塊 LED 數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成 8 字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是 8 個(gè)。這些段分別由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的字樣了。 通 過分時(shí)輪流控制各個(gè) LED 數(shù)碼管的 COM 端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。 P0 口和 P2 口的前四個(gè)分別接步數(shù)顯示中對(duì)數(shù)碼管的字段控制及數(shù)碼管片選，如圖 8所示，這里主要是由軟件算法來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出的控制。 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 10 圖 8 數(shù)碼管顯示模塊原理圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 11 開始 數(shù)碼管顯示清零 啟動(dòng)？ 選擇工作模式 正轉(zhuǎn)？ b 賦予正向指針增量 b 賦予反向指針增量 紅燈亮 黃燈亮 P3 輸出控制模塊使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) P1 口改變？ 步數(shù)自增一 調(diào)用步數(shù)顯示程序 綠燈亮 N N N Y Y Y 5 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 圖 9 系統(tǒng)總流程圖 武漢理工大學(xué)《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》課程設(shè)計(jì)說明書 12 設(shè)計(jì)說明：首先是數(shù)碼管顯示清零，單片機(jī)再讀入 P1 口輸入的按鍵狀態(tài)，先判斷是否啟動(dòng)，如果沒有啟動(dòng)則是綠燈亮并再判斷，如果啟動(dòng)了，就接著判斷所需的電機(jī)工作模式，再讀入 P1 口狀態(tài)判斷電機(jī)的轉(zhuǎn)向，輸出控制信號(hào)為正轉(zhuǎn)紅燈亮，反轉(zhuǎn)黃燈亮，由此可以讓步進(jìn)電機(jī)按照指定的方式運(yùn)轉(zhuǎn)，并且累計(jì)步數(shù)再顯示到數(shù)碼管上。最后檢驗(yàn) P1 口是否狀態(tài)改變，如果改變則步數(shù)清零重新開始判斷，不改變則繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)工作模塊 步進(jìn)電機(jī)的工作方式 說明 （ 1） 三相單三拍工作方式 在這種工作方式下 ,A、 B、 C 三相輪流通電 ,電流切換三次 ,磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周 ,轉(zhuǎn)子向前轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角。因此這種通電方式叫做三相單三拍工作方式。這時(shí)步距角 b? (度 )為： mzb /360?? ○ 1 式中 :m──定子相數(shù) 。 z ──轉(zhuǎn)子齒數(shù) 表 1 單三拍的相位控 制 步序 控制位 工作 狀態(tài) 控制 模型 C 相 B 相 A 相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H （ 2） 三相雙三拍工作方式 這種工作方式每次都是有兩相導(dǎo)通 ,兩相繞組處在相同電壓之下 ,以 AB─ BC─ CA─AB (或反之 )方式通電 ,故稱為雙三拍工作方式。以這種方式
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