基于at89c51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)-文庫(kù)吧資料
2025-06-12 22:46本頁(yè)面
【正文】 //uchar code rst[]={0xe4,0xc0,0xe0,0xc0,0xe0,0x32}。為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)的功能可靠性和方案的可行性，我們還制作了硬件電路。本設(shè)計(jì)作品，就是單片機(jī)在智能化儀表方面的具體應(yīng)用，充分體現(xiàn)了單片機(jī)的優(yōu)越之處。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件電路簡(jiǎn)單，充分發(fā)揮軟件部分的優(yōu)勢(shì)，編程靈活方便來(lái)滿足系統(tǒng)的要求。由單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)ULN2003A芯片進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作，同時(shí)由數(shù)碼管同步顯示預(yù)置數(shù)和所轉(zhuǎn)圈數(shù)，由相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)預(yù)置圈數(shù)、控制、清零功能。 總結(jié)本系統(tǒng)主要研究了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)的電路設(shè)計(jì)。數(shù)碼管所顯示的結(jié)果為可以信賴的結(jié)果。顯示圈數(shù)的測(cè)試：把顯示值和計(jì)數(shù)結(jié)果進(jìn)行比較。為了便于測(cè)量，選取90、180、270、360度，各測(cè)三次讀出步距角求平均值。從測(cè)試數(shù)據(jù)可看出，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)值時(shí)，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到了對(duì)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制。表3正轉(zhuǎn)時(shí)測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試次數(shù)123456預(yù)設(shè)值001125000101002128000087004012000023測(cè)試值011250010102128000870401200023。測(cè)試時(shí)，為區(qū)分正反轉(zhuǎn)，設(shè)定首位為零為正轉(zhuǎn)，首位為負(fù)號(hào)的為反轉(zhuǎn)。預(yù)設(shè)時(shí)，第一位置0，不分正反轉(zhuǎn)。（4）脫機(jī)調(diào)試（5）接入單片機(jī)調(diào)試。（2）排除電源故障（1）排除邏輯故障。為了能檢驗(yàn)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的可行性，并將其質(zhì)量推向一個(gè)更高的層次，我們認(rèn)真地設(shè)計(jì)了硬件電路，也進(jìn)行了仔細(xì)的功能調(diào)試。為了驗(yàn)證作品的可行性，我還做了硬件電路，來(lái)對(duì)設(shè)計(jì)作品中設(shè)計(jì)方案的主要功能及其理論進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。詳細(xì)的源程序見(jiàn)附錄。圖13 人機(jī)交互模塊硬件電路圖（5）步進(jìn)電機(jī)部分，該設(shè)計(jì)中所用到的步進(jìn)電機(jī)為四相六線步進(jìn)電機(jī)，圖14 步進(jìn)電機(jī)部分硬件電路圖 軟件設(shè)計(jì)綜合以上選取的方案。按鍵0～9完成預(yù)置步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)圈數(shù)的功能，剩余一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)清零的功能，由單片機(jī)的P1口輸入?？偣苍O(shè)置了15個(gè)按鍵，其中四個(gè)控制按鍵分別執(zhí)行對(duì)步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)/停止、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)、加速、減速四種控制功能，～。采用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示方式，硬件電路簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便、顯示信息清晰。圖11 驅(qū)動(dòng)模塊硬件電路圖（3）顯示模塊采用六位LED七段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。（2）驅(qū)動(dòng)模塊直接采用ULN2003芯片。步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法是：用單片機(jī)輸出接口的每一位控制一根相繞組。信號(hào)分配實(shí)際上就是按照某一種控制方式（根據(jù)需要進(jìn)行選定）所規(guī)定的順序發(fā)送脈沖序列，達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)方向的目的。圖9 六位LED共陰數(shù)碼顯示管圖 步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 硬件設(shè)計(jì)根據(jù)之前確定方案及各元器件的功能原理步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)電路設(shè)計(jì)如下：（1）控制模塊采用ATMEL公司的AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心。經(jīng)常在以下電路中使用，作為：顯示驅(qū)動(dòng)、繼電器驅(qū)動(dòng)、照明燈驅(qū)動(dòng)、電磁閥驅(qū)動(dòng)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等電路中。采用HMOS制造工藝的MCS51單片機(jī)都采用40管腳雙列直插式封裝，除采用40腳雙列式直插式封裝外，還有用方形的封裝方式。表2 步進(jìn)電機(jī)25BYJ1201技術(shù)參數(shù)電壓相電阻步距角啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩（）啟動(dòng)頻率（）定位轉(zhuǎn)矩（）5~12V20Ω15≥120≥200≥48 AT89C51單片機(jī)芯片介紹本設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心。只需以一定的順序控制兩組線圈中的電流方向即可使步進(jìn)電機(jī)按指定方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)共引出四根線，其余兩根線是公共端，經(jīng)測(cè)量后可得到其正確的接線順序。 。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)。圖5 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)：模組配備的步進(jìn)電機(jī)為25BY2406電機(jī)，工作方式為雙極性四相。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。圖4 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。2 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 主要元器件介紹 四相六線步進(jìn)電機(jī)的介紹步進(jìn)電機(jī)工作原理：該設(shè)計(jì)中所用到的步進(jìn)電機(jī)為四相六線步進(jìn)電機(jī)，它是采用單極性直流電源供電。方案二采用獨(dú)立式按鍵，中斷工作方式，原理易懂、程序簡(jiǎn)單、軟件較容易、硬件電路較繁瑣、價(jià)格低廉。方案二：采用數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示，硬件電路簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)便、顯示信息清晰、器件價(jià)格低廉。ULN2003芯片自身功耗小、 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、可靠穩(wěn)定、體積小、 使用方便。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，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，參數(shù)選擇困難，且需要多級(jí)放大，同時(shí)又要考慮功率的放大。方案二:采用AT89C51單片機(jī)作為系統(tǒng)控制的核心，軟件編程靈活、自由度大、功耗低、體積小、成本低，芯片引腳少，軟硬件連接簡(jiǎn)便靈活，硬件容易實(shí)現(xiàn)。 方案比較及選擇方案比較：（1）控制模塊:方案一:是以FPGA為系統(tǒng)的控制器。采用獨(dú)立式按鍵，中斷工作方式。四個(gè)按鍵不可同時(shí)按下，當(dāng)其中一個(gè)按下時(shí)控制電機(jī)的某一種狀態(tài)。（4）人機(jī)交互模塊采用獨(dú)立式按鍵。AT89C51單片機(jī)輸出的脈沖序列經(jīng)過(guò)上拉電阻驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。ULN2003芯片自身功耗小、 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、可靠穩(wěn)定、體積小、使用方便、價(jià)格不高、50V/。輸出口的外接負(fù)載可根據(jù)以上參數(shù)估算。約1V左右，耐壓BVCEOULN2003的輸出端允許通過(guò)IC（2）驅(qū)動(dòng)模塊直接采用ULN2003芯片進(jìn)行功率放大。步進(jìn)電機(jī)位置和速度實(shí)際上跟單片機(jī)產(chǎn)生脈沖的個(gè)數(shù)和脈沖頻率是一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和成本低，且可對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，附帶顯示設(shè)備，鍵盤(pán)輸入等設(shè)備，使用方便。利用單片機(jī)編程產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)所需脈沖序列和方向控制信號(hào)。用相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)預(yù)置圈數(shù)設(shè)置和清零的功能。驅(qū)動(dòng)電路部分由芯片ULN2003A和必要的外圍電路組成，單片機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路使其功率放大，達(dá)到電機(jī)所需的驅(qū)
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