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)-閱讀頁
2024-12-21 19:35本頁面
【正文】 是一種高效微控制器， AT89C2051 是它的一種精簡版本。 ULN2021 芯片管腳如圖所示 ULN2021 芯片 每片封裝了 7 個(gè)達(dá)林頓管每個(gè)驅(qū)動(dòng)管的輸出電流可達(dá) 500mA（峰值 600mA）對(duì)于較 大的電流，可以將輸出并接使用 輸入 TTL/CMOS/PMOS/DTL 與兼容 可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)（如圖 1－ 1），也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá) 50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的 IO 口提供信號(hào)；而且電路簡單， 把 AT89C51 的 P00P01P02P03 口分別與 ULN2021 芯片的輸入端 IN1，IN2， IN3， IN4 接口連接， P0 口通過軟件實(shí)現(xiàn)高低電平的依次轉(zhuǎn)換，然后再把Ｐ０口的電平信號(hào)通過 ULN2021 芯片放大后再把放大后的信號(hào)通過 OUT1，OUT2， OUT3， OUT4 一次接到步進(jìn)電機(jī)的 ABCD 四相 ULN2021 的管腳作用 如圖 （ 1）所示 圖 （ 1） 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制系統(tǒng)硬件原理圖如圖 （ 2） 所示。 軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)一般分 2 類，系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)。是 控制系統(tǒng)的核心程序，也稱之為 MONITER 監(jiān)控管理程序其作用類似 PC機(jī)的 DOS 系統(tǒng)。在可靠性要求較高的場(chǎng)合，可以設(shè)計(jì)看門狗電路，也可以設(shè)計(jì)軟件陷阱，防止程序跑飛。一般來說，在系統(tǒng)可能的情況下，盡量采用軟件，因?yàn)檫@樣可以節(jié)省經(jīng)費(fèi)。 應(yīng)用軟件的特點(diǎn) ① 實(shí)時(shí)性：由于工 業(yè)過程控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，所以對(duì)應(yīng)用軟件的執(zhí)行速度都有一定的要求，即能夠在被控對(duì)象允許的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制、計(jì)算和處理。所以一般都采用匯編語言編寫應(yīng)用軟件。為了提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，對(duì)于那些需要隨機(jī)間斷處理的任務(wù)，通常采用中斷系統(tǒng)來完成。為此，可以采用模塊結(jié)構(gòu)，盡量將共用的程序編寫成子程序，如算術(shù)和邏輯運(yùn)算程序、 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換程序、延時(shí)程序、 PID運(yùn)算程序、數(shù)字濾波程序、標(biāo)度變換程序、報(bào)警程序等。 167。每當(dāng)發(fā)送一條指令后 , 用戶可以選擇是否繼續(xù)發(fā)送 , 即用戶可以預(yù)先編制一系列的控制指令 , 連續(xù)發(fā)送 , 通過步進(jìn)電機(jī)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成一系列連貫的動(dòng)作。它負(fù)責(zé)從上位計(jì)算 機(jī)接收指令 , 并解釋指令 , 然后將其轉(zhuǎn) 換成控制信號(hào) , 從并行口輸出到功率放大電路。數(shù)組 plus [ ] 當(dāng)前存放四相步進(jìn)電機(jī)在四相四拍工作方式下的正反轉(zhuǎn)控制模型。做為下位機(jī)的單片機(jī)通過串口程序的運(yùn)行接收上位 機(jī) PC機(jī)的指令，并對(duì)之進(jìn)行解釋，來控制脈沖的發(fā)射數(shù)量和分配次序 從而來實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度大小的控制及正反轉(zhuǎn)的切換， PC機(jī)采用ＶＢ編程來實(shí)現(xiàn)串口通訊，下位機(jī)采用 AT89C51的Ｐ１口來接收數(shù)據(jù)的傳輸；同時(shí)，下位機(jī)又可通過串口把程序中所記錄的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)步數(shù)及方向從Ｐ２口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，使上位機(jī)可以監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀況。 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 1 步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配 步進(jìn)電機(jī)的控制主要由脈沖分配和驅(qū)動(dòng)電路兩部分組成，步進(jìn)電機(jī)脈沖控制的任務(wù)有三點(diǎn)：控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角、控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。在數(shù)控系統(tǒng)中，脈沖分配器是將插補(bǔ)輸出脈沖，按步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所要求的規(guī)律分配給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的各相輸入端，用以控制繞組中電流的開通和關(guān)斷。 2 步進(jìn)脈沖產(chǎn)生電路 定時(shí)中斷處理程序：采用定時(shí)方式 1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用 12M 晶振，可產(chǎn)生最高約為 的延時(shí)。當(dāng) 50ms 定時(shí)時(shí)間到，定時(shí)器溢出則響應(yīng)該定時(shí)中斷處理程序，完成對(duì)定時(shí)器的再次賦值，并對(duì)全局變量 time 加 1，這樣，通過變量time 可計(jì)算出系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。 程序設(shè)計(jì) 采用定時(shí)器 1 方式定時(shí)，每隔 1ms 中斷一次 方向變量 direction 速度變量 speed 定時(shí)器中斷子函數(shù) void timeint(void) interrupt 1 { static int i=0。 TH0=0xFC。 //設(shè)定時(shí)每隔 1ms 中斷一次 n++。 i++。 i=0。 } } 脈沖分配子函數(shù) void gorun() { static int i=0。 if(i==4) i=0。 if(i==1) i=3。 P1_1 = pulse[i][1]。 P1_3 = pulse[i][3]。 但在步進(jìn)電機(jī)控制 方案中 ,負(fù)載位置 對(duì)控制電路 多無 反饋 ,因此步進(jìn)電機(jī)必須正確響應(yīng)每次勵(lì)磁變化。 因此笨設(shè)計(jì)中 采用位置反饋或位置反饋確定與轉(zhuǎn)子位置相適應(yīng)獲得正確相位轉(zhuǎn)換 ,從而大大改善步進(jìn)電機(jī)的性能 ,這樣就可以進(jìn)行更加精確的位置控制和獲得高速、平穩(wěn)的速度了。本次設(shè)計(jì)是基于 AT89C51 單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制，系統(tǒng)中包含了單 片機(jī)與 PC 機(jī)的串口通訊，采用 ULN2021 芯片進(jìn)行功率放大， 系統(tǒng)的抗干擾性 好 、設(shè)計(jì)靈活、方便 但因?yàn)闀r(shí)間比較短 ， 設(shè)計(jì)任務(wù)重 ， 許多設(shè)計(jì)參數(shù)和工藝過程還不完善 ，整個(gè)系統(tǒng)還存在一定的問題 致謝 感謝我的室友們，有你們?cè)谛袆?dòng)和思想上的支持和鼓勵(lì)，才使得我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能順利完成。 感謝我的母校 河南職業(yè) 技術(shù)學(xué)院，尤其是機(jī)電系機(jī)電一體化專業(yè)所有的老師們 ,在這片凈土讀書，無形中塑造了 我生命的氣質(zhì)、生活的方式，也練就了我樂觀的心態(tài)和一顆感恩的心， 沒有你們悉心的指導(dǎo)和講解，我不可能完成此次設(shè)計(jì)。讓我懂得了許多曾經(jīng)不知道的知識(shí)。 在此誠心的謝謝大家！謝謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 戴佳 .51單片機(jī) C語言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)實(shí)例精講 [M].北京：電子工業(yè)出版社， [2] 余錫存 曹國華 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) [M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 2021 [3] 余朋 .51單片機(jī) C語言的編程技巧 [J].電子制作， 2021(03),2325 [4] 祁偉等 .單片機(jī) C51程序設(shè)計(jì)教程與實(shí)驗(yàn) [M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [5]王守中 .51單片機(jī)開發(fā)入門與典型實(shí)例 [M].北京：人民郵電出版社 [6] 丁化成，耿德根，李君凱． AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì) [M]．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， [7] 丁元杰．單片微機(jī)原理及應(yīng)用 [M]．第三版．北京：機(jī)械工業(yè)出版社， [8] 求是科技．單片機(jī)典型外圍器件及應(yīng)用實(shí)例 [M]．北京：人民郵電出版社 ， [9] Charles Kitchin， Lew Counts， A DESINER’ S GUIDE TOINSTRUM ENTATION AMPLIFIERS[M]. 第二版 . 馮新強(qiáng)，劉競秀．美國 : 美國模擬器件公司出版， 2021 [10] 秦曾煌．電工學(xué)．下冊(cè)，電子技術(shù) [M]．第六版．北京：高等教育出版社， 31 [11] 金春林，邱慧芳，張皆喜． AVR系列單片機(jī) C語言變成與應(yīng)用實(shí)例[M]．北京：清華大學(xué)出版社， 2021
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