基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-12-18 14:55 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 對四相步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)行加速、減速、正反轉(zhuǎn)控制。 通過本設(shè)計 來 學(xué)會自己處理實際問題的能力，體會出理論與實際的差別。在整個設(shè)計過程中體會失敗的痛苦和成功后的喜悅。使我們真正與實際實物的一次碰撞。為我們更好的走向社會、適應(yīng)社會打下良好的基礎(chǔ)。 5 第三章 控制系統(tǒng)硬件電路組成 按照初期設(shè)計思路及控制系 統(tǒng)功能實現(xiàn)，硬件電路可分為電源模塊、按鍵模塊、控制中樞 模 塊 、 顯 示 模 塊 及 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動 輸 出 模 塊 等 幾 部 分 。 如 下 圖 單 片 機(jī)電 源 模 塊鍵 盤 電 路顯 示 模 塊驅(qū) 動 模 塊 圖 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 電源模塊 由于單片機(jī)工作電壓為 35V,選用電腦 USB 口 電源作為整個電路的供電電源， USB 接口共有 4 根線路如圖 圖 USB 接口電路 其中 4 線為電源的 VCC 和 GND， 3 為數(shù)據(jù)傳輸線，顧直接引出 4 作為電源的 VCC 和 GND 使用。 由于 USB 電源并不穩(wěn)定，考慮并聯(lián)一個電解電容和一個陶瓷電容用來濾波。 電解電容可以濾除低頻干擾，陶瓷電容用來濾出高頻干擾。 電解電容的容量為 1mA 對應(yīng) 13uF,由于電腦 USB5V電源相對比較穩(wěn)定，故采 6 用 100uF 來濾除低頻信號。 陶瓷電容的容量一般對應(yīng)為芯片頻率的倒數(shù)，由于單片機(jī)晶振為 12MHZ，故陶瓷電容大小應(yīng)為 1/12uF，故采用 陶瓷電容。 電源開關(guān)選用雙刀單擲開關(guān)整體電路圖如下圖 圖 電源電路 單片機(jī) STC89C52RC 目 前，單片機(jī)正朝著高性能和多品種方向發(fā)展趨勢將是進(jìn)一步向著 CMOS 化、低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化等幾個方面發(fā)展 。 本設(shè)計選用 STC89C52 實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的編程控制。 STC89C52RC 單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單 片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051 單片機(jī)， 12 時鐘 /機(jī)器周期和 6 時鐘 /機(jī)器周 期可以任意選擇。 主要特性如下： 增強(qiáng)型 8051 單片機(jī)， 6 時鐘 /機(jī)器周期和 12 時鐘 /機(jī)器周期可以任 意選擇，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051。 工作電壓： ～ （ 5V 單片機(jī)） /～ （ 3V 單片機(jī)） 。 工作頻率范圍： 0～ 40MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0～ 80MHz，實際工 作頻率可達(dá) 48MHz。 工作溫度范圍： 40～ +85℃（工業(yè)級） /0～ 75℃ （商業(yè)級） 。 通用 I/O 口 （ 32 個） 復(fù)位后為： ， P1/P2/P3/P4 是準(zhǔn)雙向口 /弱上拉， P0 口是漏極開路輸出，作為總線擴(kuò)展用時，不用加上拉電阻 ，作為 I/O 口用時，需加上拉電阻。 ISP（在系統(tǒng)可編程） /IAP（在應(yīng)用可編程） ，無需專用編程器，無 需專用仿真器，可通過串口（ RXD/,TXD/）直接下載用戶程 序，數(shù)秒即可完成一片 。 共 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器。即定時器 T0、 T T2 STC89C52 的引腳結(jié)構(gòu)見圖 ，設(shè)計中用到引腳及其功能如下： 7 VCC ：電源 GND：地 P0口： P0 作為通用 I/O 口使用時，屬于準(zhǔn)雙向 I/O 口。作為地址 /數(shù)據(jù)總線使用是一個真正地雙向口。 P1口： P1 口是 80C51 唯一的單功能口，僅 能用作通用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出口。與 8051 不同之處是， 和 還可以分別作為定時 /計數(shù)器 2的外部計數(shù)輸入和輸出。 P2 口： P2 口作為通用的 I/O 口使用時，屬于準(zhǔn)雙向 I/O 口。還可以用作地址總線。 P3口： P3 口可以用作通用 I/O 口。 P3 口除了作為一般的 I/O 口線外，更重要的是它的第二功能。如下所示： 圖 STC89C52 引腳圖 單片機(jī) RST 復(fù)位電路 由于電路電源為 5V 左右 ， 51 單片機(jī)中 9引腳 RST 接高電平（ 以上）持續(xù) 2T 實現(xiàn)復(fù)位。 電容充電時間約 t=R2*C42T 即可滿足復(fù)位要求。故選擇 10K 電阻及 10uF 電 8 容。容充電到 倍電源電壓及 時間為 。所以電路啟動 電壓為 滿足復(fù)位，按下按鍵 S2后 電容放電至 ,RST 電壓為 滿足高電平復(fù)位要求。 圖 單片機(jī)復(fù)位電路 晶振選定 STC89C52RC 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部震蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體一起構(gòu)成自激振蕩器 。 設(shè)計使用 51單片機(jī)顧選用 12MHZ 的晶振頻率便于計算，同時 對于 32KHZ 以上的晶振，當(dāng) VDD 大于 時，大約 C1=C2=30PF。晶振電路如下圖 圖 單片機(jī)晶振電路圖 9 步進(jìn) 電機(jī) 28BYJ48 設(shè)計初期經(jīng)查詢資料，選定永磁式四相五線減速電機(jī) 28BYJ48 作為被控制電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī) 28BYJ48 型四相電機(jī)，電壓為 5V。 當(dāng)對步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(dāng)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 。由于電機(jī)的八拍轉(zhuǎn)動精度是四拍的一倍，設(shè)計中電機(jī)為八拍工作方式，下圖 列出其主要 參數(shù)。 圖 28BYJ48參數(shù)圖 在買到電機(jī)后，我將紅線接 5V電源，依次將其他四線接觸負(fù)極，最后發(fā)現(xiàn)對橙、黃、粉、藍(lán)通入電流后發(fā)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，故確定八拍工作的電機(jī)的驅(qū)動圖如下圖 所示 導(dǎo)線顏色 1 2 3 4 5 6 7 8 紅 + + + + + + + + 橙 黃 粉 藍(lán) 圖 步進(jìn)電機(jī)逆向旋轉(zhuǎn)脈沖圖 所以可以定義旋轉(zhuǎn)相序 uchar Zheng[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}。 //逆時鐘旋轉(zhuǎn)相序表 電機(jī)型號 電壓 相數(shù) 相電阻 Ω177。10% 步距角度 減速比 28BYJ48 5V 4 300 4 1/64 10 uchar Fu[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}。 //正時鐘旋轉(zhuǎn)相序表 由 360176。 /定子齒數(shù) /相數(shù) =步距角 可以算出電機(jī)共有 512 齒。 由 運(yùn)轉(zhuǎn)速度 =脈沖頻率 60/步進(jìn)電機(jī)分割數(shù) /減速比 64 來計算設(shè)定定時器賦值。 電路開機(jī)設(shè)定步進(jìn)電機(jī)速度為 180176。每秒 ，步進(jìn)分割比為 360/，算出定時器初始定時為 35000/18 約 1944us。 同上可算出電機(jī)速度為 170176。每秒時定時器定時為 35000/17。 若將 180176。每秒的速度級設(shè)為 18 以此類推 10176。的速度級為 1。用 ANG_Zheng和 ANG_Fu 代表正負(fù)速度級取值為 018，則相應(yīng)定時器定時應(yīng)設(shè)定 為35000/AN
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