畢業(yè)設(shè)計-基于單片機的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計-文庫吧資料
2025-01-19 03:20本頁面
【正文】 中系統(tǒng)初始狀態(tài)的設(shè)置內(nèi)容較多，該系統(tǒng)中，需要初 始化定時器、外部中斷；對 P1 口送初值以決定脈沖分配方式，速度值存儲區(qū)送初 值決定步進電機的啟動速度，對方向值存儲區(qū)送初值決定步進電機旋轉(zhuǎn)方向等內(nèi) 容。下面分析主程序與定時器中斷程序及外部中斷程序。 leizi888 2022 圖 7 顯示電路 （ 5）總體電路圖 把各個部分的電路圖組合成總電路圖，如圖 8 所示。第二個數(shù)碼管的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h 分別 接 ~ 口，用于顯示電機的轉(zhuǎn)速級別，共七級，即從 1~7 轉(zhuǎn)速依次遞增， 0” 表示轉(zhuǎn)速為零。采用兩個共陽數(shù)碼管作顯示。 “ leizi888 2022 圖 6 步進電機驅(qū)動電路 （ 4）顯示電路 在該步進電機的控制器中，電機可以正反轉(zhuǎn)，可以加速、減速，其中電機轉(zhuǎn) 速的等級分為七級，為了方便知道電機的運行狀態(tài)和電機的轉(zhuǎn)速的等級，這里設(shè) 計了電機轉(zhuǎn)速和電機的工作狀態(tài)的顯示電路。 圖 5 復(fù)位及時鐘振蕩電路 （ 3）驅(qū)動電路 通過 ULN2803 構(gòu)成比較多的驅(qū)動電路，電路圖如圖 6 所示。其電容值一般在 5~30pf,晶振頻率的典型值為 12MHz,采用 6MHz 的情況也比較多。由于單片機內(nèi)部有一個高增益反相放大 器，當(dāng)外接晶振后，就構(gòu)成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。 晶振電路： 8051 單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式電路得到：內(nèi)部震蕩 leizi888 2022 方式和外部中斷方式。復(fù)位電路采用手動復(fù)位，所謂手動復(fù)位，是指通過接通一按鈕開關(guān)，使 單片機進入復(fù)位狀態(tài)，晶振電路用 30PF 的電容和一 12M 晶體振蕩器組成為整個 電路提供時鐘頻率。 復(fù)位電路：使用了獨立式鍵盤，單片機的 P1 口鍵盤的接口。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)的， 該電路控制電機加速度主要是通過 S S3 的斷開和閉合，從而控制外部中斷根據(jù) 按鍵次數(shù)，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。當(dāng) K K2 的狀態(tài)變化時，內(nèi)部程序檢測 和 的狀態(tài)來調(diào)用相應(yīng)的啟動和換向程序，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的電機的啟動和正反 leizi888 2022 轉(zhuǎn)控制。 （ 1）控制電路 根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設(shè)置了啟動控制，換向控制，加速控制和 減速控制按鈕，分別是 K K S S3，控制電路如圖 4 所示。顯示電路主要是為了顯示電機的工作狀 態(tài)和轉(zhuǎn)速。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機正常工作。數(shù)碼管采用共陽的。步 進電機的四相繞組用 P1 口的 ~ 控制，由于 P1 口驅(qū)動能力不夠，因而用一 片 2803 增加驅(qū)動能力。系統(tǒng)的輸出線與步進電機的繞組數(shù)有關(guān)。 （ 2） 89C51 單片機 Atmel 公司生產(chǎn)的 89C51 單片機是一種低功耗 /低電壓 ?高性能的 8 位單片機， 它采用 CMOS 和高密度非易失性存儲技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與 MCS51 兼容；片內(nèi)的 Flash ROM 允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程 器來編程，內(nèi)部除 CPU 外，還包括 256 字節(jié) RAM， 4 個 8 位并行 I/O 口， 5 個中 斷源， 2 個中斷優(yōu)先級， 2 個 16 位可編程定時計數(shù)器， 89C51 單片機是一種功能強、 靈活性高且價格合理的單片機，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計需要。各種工作方式在電源通電時的時序 與波形分別如圖 1 a、 b、 c 所示。本設(shè)計利用單片機進行控制，主 要是利用軟件進行環(huán)形脈沖分配。但過分采用 減小氣隙，增加勵磁匝數(shù)來提高靜轉(zhuǎn)矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱 及機械噪音。此力矩是衡量電機體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電的狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒 形的諧波以及機械誤差造成的）。 Θ=360 度（轉(zhuǎn) 子齒角運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒角為 50 齒角電機為例。 拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖用 n 表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距 角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即 AB→BC→CD→DA→AB , 四相八拍運行方式即 A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→A 。當(dāng)某一相繞組通電時，對應(yīng)的磁極產(chǎn)生磁場，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，這時，如 果定子和轉(zhuǎn)子的小齒沒有對齊，在磁場的作用下，由于磁通具有力圖走磁阻最小 路徑的特點，則轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動一定的角度，使轉(zhuǎn)子與定子的齒相互對齊，由此可見， 錯齒是促使電機旋轉(zhuǎn)的原因。 ① 四相步進電機的工作原理 該設(shè)計采用了 20BY0 型步進電機，該電機為四相步進電機，采用單極性直 流電源供電。步進電機的運轉(zhuǎn)是由電 脈沖信號控制的，其角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每個一個脈沖，步進 電機就轉(zhuǎn)動一個角度（不距角）或前進、倒退一步。步進電機區(qū)別于其 他控制電機的最大特點是：它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉(zhuǎn) leizi888 2022 動角度 由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定。 總體設(shè)計方框圖 總體設(shè)計方框圖如圖 2 所示。 ⑤ 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接用交流電源或直流 電源。 ③ 步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 ② 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常方便、廉價，也非常 可靠。在某一高速下的正、反向切換 實質(zhì)包含了降速 → 換向 → 加速 3 個過程。換向信號一定要在前一個方向的最后一個脈沖 結(jié)束后以及下一個方向的第一個脈沖前發(fā)出。要從一個速度準(zhǔn)確達到另一個速度，就要建立一 個校驗機制，以防超過或未達到所需速度。定時初值的計算是在定時中斷外實現(xiàn)的，并不占用 中斷時間，保證電機的高速運行。結(jié)合各曲線段的頻率和各段間的階梯頻率，就可以建立一個連續(xù)的數(shù)據(jù) leizi888 2022 表，并通過轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為定時初始表。在此過程中要處理好兩個問題： ① 速度轉(zhuǎn)換時間應(yīng)盡量短。如果使用定 時器來控制電機的速度，加減速控制就是不斷改變定時中斷的設(shè)定值。用 PLC 實現(xiàn)步進電機的
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