畢業(yè)設計-基于單片機的步進電機控制系統設計-在線瀏覽
2025-08-09 15:59本頁面
【正文】 的轉矩，因 此一般可以不用減速器而直接驅動負載。 ⑥ 步進電機自身的噪聲和振動比較大，帶慣性負載的能力強。 設計原理分析 元器件介紹 （ 1）步進電機 步進電機是數字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信 號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。 步進電機分三種：永磁式（ PM），反應式（ VR）和混合式 (HB)，步進電機又 稱為脈沖電機，是工業(yè)過程控制和儀表中一種能夠快速啟動，反轉和制動的執(zhí)行 狀態(tài)顯示電路 89C51 單片機 復位電路 鍵盤控制電路 ULN2803 步進 電源及時鐘電路 圖 2 總體設計方框圖 啟動電路 電機 元件，其功用是將電脈沖轉換為相應的角位移或直線位移，由于開環(huán)下就能實現 精確定位的特點，使其在工業(yè)控制領域獲得了廣泛應用。步進電機旋轉的角度由輸入 的電脈沖數確定，所以，也有人稱步進電機為數字 /角度轉換器。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機轉 動。 ② 步進電機的靜態(tài)指標及術語 相數：產生不同隊 N、 S 磁場的激磁線圈對數，常用 m 表示。 leizi888 2021 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用 θ 表示。四相運 行時步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） = 度，八拍運行時步距角為 θ=360 度 / （ 50*8） = 度。 靜轉矩：電機在額定靜態(tài)作業(yè)下，電機不做旋轉運動時，電機轉軸的鎖定 力矩。雖然 靜態(tài)轉矩與電磁激磁匝數成正比，與定子和轉子間的氣隙有關。 ③ 四相步進電機的脈沖分配規(guī)律 目前，對步進電機的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形 脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。四相步進電機的工作方式為四相單四拍，雙四 拍和四相八拍工作的方式。本設計的電機工作方式為四相單四拍，根據步進電機的工作的時序 和波形圖，總結出其工作方式為四相單四拍時的脈沖分配規(guī)律，四相雙四拍的脈 沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉速就越快，但脈沖頻 率高到一定程度，步進電機跟不上頻率的變化后電機會出現失步現象，所以脈沖 頻率一定要控制在步進電機允許的范圍內。 方案論證 從該系統的設計 要求可知，該系統的輸入量為速度和方向，速度應該有增減 leizi888 2021 變化，通常用加減按鈕控制速度，這樣只要 2 根口線，再加上一根方向線盒一根 啟動信號線共需要 4 根輸入線。這里選 進電機，該電機共有四相繞組，工作電壓為 +5V，可以個單片機共用一個電源。用 P0 口控制第一數碼管用于顯示正反轉，用 P2 口控制第 二個數碼管用于顯示轉速等級。 硬件設計 本設計的硬件電路只要包括控制電路、最小系統、驅動電路、顯示電路四大部 分?？刂齐娐分灰砷_關和按鍵組成， 由操作者根據相應的工作需要進行操作。驅動電路主要是對單片機輸出的脈沖進行功率放大，從而驅動電機轉 動。通過 K K2 狀 態(tài)變化來實現電機的啟動和換向功能。 根據步進電機的工作原理可以知道，步進電機轉速的控制主要是通過控制通入 電機的脈沖頻率，從而控制電機的轉速。 圖 4 控制電路原理圖 （ 2）最小系統 單片機最小系統或者稱為最小應用系統，素質用最少的元件組成的單片機可 以工作的系統，對 51 系列單片機來說，最小系統一般應該包括：單片機、復位電 路、晶振電路。該設計要求只需 4 個鍵對步進電機的狀態(tài)進行控制，但考慮到對控制功能的擴展，使用了 6 路獨立 式鍵盤。如圖 5 示。在引腳 XTAL1 和 XTAL2 外部接晶振電路器（簡稱晶振） 或陶瓷晶振器，就構成了內部晶振方式。內部振蕩方式的 外部電路如圖 5 示。內部振蕩方式所得的時鐘信號比較穩(wěn)定，實用電路實用較 多。通過單片機的 ~ 輸出脈沖到 ULN2803 的 1B~4B 口，經信號放大后從 1C~4C 口分別輸出 到電機的 A、 B、 C、 D 相。在顯示電路中，主要是利用了單片 機的 P0 口和 P2 口。第一個數碼管接的 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g、 h 分別接 ~ 口，用于顯示電機正反轉狀態(tài)，正轉時顯示 “1”，反 轉時顯示 “一 ”，不轉時顯示 “0”。電路如圖 7 所示。 圖 8 總體電路圖 軟件設計 通過分析可以看出，實現系統功能可以采用多種方法，由于隨時有可能輸入加 leizi888 2021 速、加速信號和方向信號，因而采用中斷方式效率最高，這樣總共要完成 4 個部 分的工作才能滿足課題要求，即主程序部分、定時器中斷部分、外部中斷 0 和外 部中斷 1 部分，其中主程序的主要功能是系統初始參數的設置及啟動開關的檢測， 若啟動開關合上則系統開始工作，反之系統停止工作；定時器部分控制脈沖頻率， 它決定了步進電機轉速的快慢；兩個外部中斷程序要做的工作都是為了完成改變 速度這一功能。 （ 1）主程序設計 主程序中要完成的工作主要有系統初始值的設置、系統狀態(tài)的顯示以及各種 開關狀態(tài)的檢測判斷等。若初始化 P1=11H、速度和方向初始值均設為 0，就意味著步進電機按四相單 四拍運行，系統上電后在沒有操作的情況下，步進電機不旋轉，方向值顯示 “0”， 速度值顯示 “0”，主程序流程圖如圖 9 所示。在這個系統中，這個 時間間隔是用定時器重復中斷一定次數產生的，即調節(jié)時間間隔就是調節(jié)定時器 leizi888 2021 的中斷次數，因而在定時器中斷程序中，要做的工作主要是判斷電機的運行方向、 發(fā)下一個脈沖，以及保存當前的各種狀態(tài)。 T0 中斷入口 保護現場 N 中斷次數 1=0？ Y 讀方向指示 發(fā)速度脈沖 重送相關狀態(tài) 恢復現場 中斷返回
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