畢業(yè)設(shè)計(jì)-基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)(參考版)
2024-12-05 19:35本頁(yè)面
【正文】 在今后的人生道路上要不畏艱難，堅(jiān)定執(zhí)著的去追尋我的夢(mèng)想。 在他們身上我學(xué)到了許多東西，尤其是做不出來(lái)死不休的那種干勁，一種年輕人的執(zhí)著與堅(jiān)定信念。 感謝此次指導(dǎo)我完成這篇論文的老師，正因?yàn)橛心?的指導(dǎo)和修改才有我這篇論文的完成。 通過(guò)兩個(gè)多月自己的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，以及指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，終于完成了多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。如果勵(lì)磁頻率選擇不當(dāng) ,電機(jī)不能達(dá)到新的要求位置 ,那么實(shí)際的負(fù)載位置相對(duì)控制器所期待位置會(huì)出現(xiàn)永久性誤差 ,也就是會(huì)產(chǎn)生“ 失步 ” 和 “ 過(guò)沖 ” 現(xiàn)象。 功能介紹 主函數(shù)流程圖，如圖 （ 1）所示： 圖 （ 1） 五、 結(jié)論 步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)。 P1_2 = pulse[i][2]。 } P1_0 = pulse[i][0]。 } else if(direction == 1) { i。 if(direction == 1) { i++。 } gorun()。 if(i==200) { direction=direction。 if(n==speed) { n=0。 TL0=0x18。 static int n=0。 167。對(duì)定時(shí)器置初值 3CB0H 可定時(shí) 50ms，即系統(tǒng)時(shí)鐘精度可達(dá) 。同時(shí)由于電動(dòng)機(jī)有正反轉(zhuǎn)要求，所以脈沖分配器的輸出既是周期性的，又是可逆的，因此，也可稱(chēng)之為環(huán)形分配器?？刂戚?送給電機(jī)的脈沖數(shù)就可以控制電機(jī)相應(yīng)的轉(zhuǎn)角數(shù)；控制輸送給電機(jī)的脈沖頻率就可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速；控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，實(shí)際就是控制脈沖輸送給電機(jī)繞組的順序分配，這種分配稱(chēng)為環(huán)行分配。 167。由此可見(jiàn) , 其靈活性及適應(yīng)性明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器。下位控制程序從上位主機(jī)接收的每一條指令都包含轉(zhuǎn)動(dòng)脈沖數(shù)、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等參數(shù) , 分別存放在變量 distance 、 rate 、 mand 中 , 每執(zhí)行完一條指令后 ,用變量 k 、 n 記錄當(dāng)前位置及轉(zhuǎn)向 , 以便下一條指令執(zhí)行時(shí) , 能由當(dāng)前位置繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。下位控制單片機(jī)部分 下位控制程序的主要功能包括串口初始化、定時(shí)器 1 初始化并設(shè)定相應(yīng)的傳送波特率、中斷接收指令、指令解釋、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等 , 采用 keilc 編寫(xiě)。 上下位機(jī)功能設(shè)計(jì) 上位主機(jī)部分的主要功能包括用戶界面管理、步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視其發(fā)送控制指令的程序流程圖如圖 3 所示 , 它采用查詢(xún)方式發(fā)送命令 , 用戶輸入指令后 , 由計(jì)算機(jī)查詢(xún)單片機(jī)是否可以接收指令 , 若可以 接收 , 則發(fā)送用戶的指令 , 如果此時(shí)單片機(jī)還沒(méi)空 , 就計(jì)時(shí)等待一段時(shí)間 ,在等待期間 , 不斷詢(xún)問(wèn)單片機(jī)是否可以接收命令 , 如果計(jì)時(shí)滿 , 單片機(jī)還不能接收指令 , 則報(bào)告出錯(cuò)信息 , 并顯示給用戶。 本系統(tǒng)編程部分工作采用 KELIC51語(yǔ)言完成，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法 。 ② 通用性：在應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省內(nèi)存和具有 較強(qiáng)的適應(yīng)能力，通常要求程序有一定的靈活性和通用性。但是，對(duì)于那些計(jì)算工作量比較大的系統(tǒng)，也可以采用高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合使用的辦法，即數(shù)據(jù)采集、判斷、及控制輸出程序用匯編語(yǔ)言，而對(duì)于那些較為復(fù)雜的計(jì)算可采用高級(jí)語(yǔ)言。換言之，要求整個(gè)應(yīng)用軟件必須在一個(gè)采樣周期內(nèi)處理完畢。若系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)性比較強(qiáng)，則可采用硬件。 (2)軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)的統(tǒng)一性在單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常一個(gè)同樣的功能，通過(guò)硬件和軟件都可以實(shí)現(xiàn)，確定那些由硬件完成，那些由軟件完Ｐ１ P0 ＡＴ ８９Ｃ５１ P2 ＵＬ N ２００４ ＰＣ機(jī) 手輪 . 步進(jìn)電機(jī) 成，這就是軟件、硬件的折衷問(wèn)題。軟件設(shè)計(jì)的幾個(gè)方面如下： (1)可靠性設(shè)計(jì)為保證系統(tǒng)軟件的可靠性，通常設(shè)計(jì)一個(gè)自診斷程序，定時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行診斷。系統(tǒng)軟件的主要任務(wù)是：管理整個(gè)控制系統(tǒng)的全過(guò)程，比如， POWERUP 自診斷功能， KEYINPIT 的管理功能， PRINTER OUTPUT 報(bào)表功能， DISPLAY 功能等等。 圖 （ 2） 167。 AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS51指令集和輸出管腳相兼容。 AT89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程 可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。 硬件設(shè)計(jì) 根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)分析，選擇 AT89C51 單片機(jī)， ULN2021 驅(qū)動(dòng)芯片，和型號(hào)為 42D130 步距角為 度，繞組線圈的電阻為每相 歐姆的四相步進(jìn)電機(jī)來(lái)組建控制系統(tǒng)。脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大之后直接分別的接到步進(jìn)電機(jī)的粉、紅、藍(lán)、黃根接線上，而電機(jī)的黑、白兩線都直接與電源相接。四相四拍的脈沖分配方式為 ABCDA 或者 DCBAD,四相八拍的分配方式為 AABBBCCCDDDAA 或者順序顛倒過(guò)來(lái)。 167。通過(guò)比較，使用 ULN2021 芯片充分發(fā)揮了它的功能，能穩(wěn)定地驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，且價(jià)格不高，故選用 ULN2021 驅(qū)動(dòng)電機(jī)。但是由于使用的是四相的步進(jìn)電機(jī)，就需要對(duì)四路信號(hào)分別進(jìn)行放大，由于放大電路很難做到完全一致，當(dāng)電機(jī)的功率較大時(shí)運(yùn)行起來(lái)會(huì)不穩(wěn)定，而且電路的制作也比較復(fù)雜。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有 以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。由于集成電路集驅(qū)動(dòng)和保護(hù)于一體，作為小功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片，使用起來(lái)非常方便。 功率放大 由于單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力較小，控制系 統(tǒng)中應(yīng)使用驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)對(duì)單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，然后才能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。這里以定時(shí)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其流程圖如圖 4 所示。在控制過(guò)程中 ,采用離散辦法逼近理想升降速曲線。綜合這兩個(gè)因素后 ,重裝計(jì)數(shù) 初值的修正量取 8 個(gè)機(jī)器周期 ,即要使定時(shí)時(shí)間縮短 8 個(gè)機(jī)器周期。調(diào)整的重裝初值主要考慮兩個(gè)因素 :一是中斷響應(yīng)所需的時(shí)間 。由于從定時(shí)器裝載完重新起動(dòng)開(kāi)始至定時(shí)器申請(qǐng)中斷止 ,有一定的時(shí)間間隔 ,造成定時(shí)時(shí)間增加。當(dāng)定時(shí)器溢出時(shí) ,定時(shí)器產(chǎn)生中斷 ,系統(tǒng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷子程序。 定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào) ,從而可方便地控制系統(tǒng)輸出 CP 脈沖的周期。但占用 CPU 時(shí)間長(zhǎng) ,不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作 ,因此只適合較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和就是 CP 脈沖的周期。系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制 。 167。 167。 (3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。例如：四相步進(jìn)電機(jī)的四拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?A
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