畢設(shè)基于單片機的步進電機的控制器設(shè)計(編輯修改稿)
2024-12-16 10:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 碼管顯示速度的等級。 單片機對電機的控制有以下好處：（ 1）使電路更加簡單，采用電子電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要很多電子 元件，而單片機絕大多數(shù)的控制電路都可以通過軟件實現(xiàn)。（ 2）可以實現(xiàn)較復(fù)雜的控制，單片機有更強的邏輯功能，運算速度快，精度高，有大量的存儲單元。（ 3）靈活性和適應(yīng)性，用單片機只需要改變程序就可以達到控制的要求。（ 4）無零點漂移，控制精度高。（ 5）可提供人際交換，多級聯(lián)網(wǎng)工作。 根據(jù)設(shè)計要求，采用的方案如下：硬件部分實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)動和速度顯示功能，包括控制開關(guān)模塊；電機轉(zhuǎn)動模塊和速度顯示模塊。軟件部分實現(xiàn)對步進電機的控制功能，主要設(shè)計思想通過控制臺控制程序的開關(guān)來控制電機的轉(zhuǎn)動，由電機反饋回來的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機控制顯示 器顯示數(shù)據(jù)。 5 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計的硬件電路包括獨立按鍵控制模塊，步進電機驅(qū)動模塊，數(shù)碼管顯示模塊和單片機最小系統(tǒng)四大部分。單片機最小系統(tǒng)由時鐘電路和復(fù)位電路組成，保證單片機正常運行。獨立按鍵控制模塊由開關(guān)和按鍵組成，當按下按鍵時，該系統(tǒng)就按照該按鍵控制的功能運作。顯示模塊主要是為了顯示電機的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電路主要是對單片機輸出的脈沖進行功率放大，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。 圖 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖 控制電路 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了順時針控制，逆時針控制 ，加速控制，減速控制和停止按鍵?？刂齐娐啡鐖D 2 所示。當按下按鍵，內(nèi)部程序檢測 的狀態(tài)變化來調(diào)用相應(yīng)的啟動和換向程序，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的電機的啟動和正反轉(zhuǎn)控制。 根據(jù)步進電機的工作原理可以知道，步進電機轉(zhuǎn)速的控制主要是通過控制通入電機的脈沖頻率，從而控制電機的轉(zhuǎn)速。對于單片機而言，主要的方法有：軟件延時和定時中斷在此電路中電機的轉(zhuǎn)速控制主要是通過定時器的中斷來實現(xiàn) 6 的，通過控制按鍵的開關(guān)和閉合改變速度值存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)（該數(shù)據(jù)為定時器的中斷次數(shù)），這樣就改變了步進電機的輸出脈沖頻率，從而改變了電機的轉(zhuǎn) 速。 圖 控制電路原理圖 最小系統(tǒng) 單片機的最小系統(tǒng)一般由時鐘電路和復(fù)位電路構(gòu)成。通過時鐘電路提供單片機各種微操作基準，通過復(fù)位電路使單片機片內(nèi)存儲器初始化。 由下圖可以看出，時鐘電路是在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外部接一個十二兆的晶振，同時在晶振的兩腳分別接了 22pf 的電容。晶振的作用是產(chǎn)生震蕩時鐘脈沖。 7 電容起穩(wěn)定震蕩頻率，快速起震的作用。 復(fù)位電路使由獨立按鍵， 200 偶電阻和一個 10Uf 的電容構(gòu)成。復(fù)位電路使單片機從一種確定的狀態(tài)開始運行。 圖 復(fù)位及時鐘振蕩電路 驅(qū)動電路 本次設(shè)計用 ULN2020 來驅(qū)動步進電機，電路圖如圖 所示。通過單片機的~ 輸出脈沖到 ULN2020 的 1B~4B 口，經(jīng)信號放大后從 1C~4C 出口分別輸出到電機的 ABCD 四相。 ULN2020 是一種大功率驅(qū)動芯片，多用于智能儀器， PLC，步進電機控制。由于控制步進電機需要高功率，而單片機不能直接提供給步進電機。因此我們用ULN2020 來放大信號。 ULN2020 輸入只需要 5V 的電平，但是輸出可以高達 50V，因此它具有工作電壓高，電路增益高，可以提供大功率負載的特點，適應(yīng)于各種功 率驅(qū)動電路。 8 圖 ULN2020 的管腳圖 本次設(shè)計所用 步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5V— DC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ ABCDA），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB），八拍（ AABBBCCCDDDAA） ，本次設(shè)計采用單相繞組。 9 圖 28BYJ48 型步進電機的參數(shù) 橙 黃 粉 藍 十六制（ P1 口） 1 0 0 0 0x08 1 1 0 0 0x0c 0 1 0 0 0x04 0 1 1 0 0x06 0 0 1 0 0x02 0 0 1 1 0x03 0 0 0 1 0x01 1 0 0 1 0x09 圖 步進電機工作時序波形圖及逆時針旋轉(zhuǎn)的代碼 由此可得電機逆時針旋轉(zhuǎn)的相 {0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01,0x09} 10 圖 步進電機驅(qū)動電路 顯示電路 為了能看出步進電機的轉(zhuǎn)速，我們用顯示電路的數(shù)碼管顯示電機的速度，主要是利用了單片機的 P0 口接一個兩位的共陽極數(shù)碼管。數(shù)碼管 a、 b、 c、 d、 e、f、 g、 dp 分別接 ~ 口 .數(shù)碼管的公共角 1， 2 分別接 ， 。 本次所用的數(shù)碼管參數(shù)和管腳圖 如下： 11 圖 兩位共陽數(shù)碼管得參數(shù) 圖 步進電機顯示電路 12 總體電路圖 把各個部分的電路圖組合成總電路圖，如下圖所示： 圖 總體電路圖 13 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件設(shè)計分析 本次采用的步進電機是五相四線的，查該電機的工作參數(shù)我們可以看出它的工作電壓時 +5V，因此我們可以直接把他正極與單片機正極相連，供 5v 的電壓。由總體的電路圖我們可以看出步進電機的四個接口與 ULN2020 相接。 ULN2020 與單片機 P1 口相連。單片機 P0 口接一個兩位共陽極數(shù)碼管。 通過上述的分析我們發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，我們要設(shè)計一下幾個模塊程序：主程序，延時程序，按鍵子程序，數(shù)碼管顯示程序。為了實現(xiàn)操作靈活性，隨時可以加速減速，我們采用定時器中斷。當通電后，單片機首先檢測加速減速按鍵是否按下，同時數(shù)碼管顯示速度等級。當按一下正轉(zhuǎn)或者反轉(zhuǎn)按鍵時候，電機開始轉(zhuǎn)動。按下停止鍵電機立馬停止轉(zhuǎn)動。通過軟件編程實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，系統(tǒng)功能運行的好壞，與程序設(shè)計好壞有關(guān)。 主程序設(shè)計 當我們給系統(tǒng)供入 5V 電壓時，由復(fù)位電路給系統(tǒng)進行初始化。然后便 開始執(zhí)行按鍵查詢等待相應(yīng)的操作，當有按鍵按下的時，程序便調(diào)用并執(zhí)行相應(yīng)的子程序，下圖為主流程圖：
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