電機(jī)方案設(shè)計(jì)書實(shí)驗(yàn)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

1、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)班級(jí):電氣 082姓名:姜水龍摘要：本設(shè)計(jì)基于ATS80C51單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)使用 I/O 口輸出具有一定時(shí)序的方波作為步進(jìn) 電機(jī)的控制信號(hào)，控制信號(hào)通過(guò)控制全雙橋芯片 L298驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，在單片機(jī)的 P1 口用四個(gè)LED來(lái)作為正 反轉(zhuǎn)，加速，減速的標(biāo)志。用獨(dú)立連接式非編碼鍵盤碼鍵盤來(lái)對(duì)電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制。關(guān)鍵詞 ： 步進(jìn)電機(jī)單片機(jī) AT89S51 發(fā)光二極管1. 引言：步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或直線位移的機(jī)電執(zhí)行元件。控制步進(jìn)電 機(jī)的輸入脈沖數(shù)量、頻率及電機(jī)各項(xiàng)繞組的接通順序，可以得到各種需要的特性。尤其與數(shù) 字設(shè)備配套時(shí)，體現(xiàn)了更大的優(yōu)越

2、性，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。本文介紹已實(shí)現(xiàn)的單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制系統(tǒng)，控制器擔(dān)負(fù)著生產(chǎn)脈沖及發(fā) 送，接受控制命令的任務(wù)。本設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，顯示電路以及鍵盤控制電路做了 詳細(xì)的介紹。2. 總體設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)思路2.1.1 ：使用按鈕開關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及加速減速因要求實(shí)現(xiàn)用單片機(jī)控制四相步進(jìn)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及加速減速，有很多的方法能完成這樣 的任務(wù)，但為了能更加方便的控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及加速減速，因此在單片機(jī)的管腳上分 別接了正反轉(zhuǎn)按鈕，正轉(zhuǎn)加速減速按鈕，反轉(zhuǎn)加速減速按鈕以及復(fù)位按鈕，當(dāng)給電路通電 后，就可以通過(guò)按這些按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)要求的各種要求以及所要表達(dá)的信息。2

3、.1.2 ：使用 L298 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。L298 是一種高電壓、大電流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制具有兩個(gè)使能控 制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏 輯電路部分在低電壓下工作，可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。使用L298 芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)，該芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，可以直接通過(guò)電源 來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，并可以直接用單片機(jī)的 I/O 口提供信號(hào)，而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。22設(shè)計(jì)方框圖總體設(shè)計(jì)方框圖如圖1所示圖1總體設(shè)計(jì)方案框圖3. 設(shè)計(jì)原理分析3.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的

4、開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的 情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影 響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角 度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái) 控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速 度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生。其基本原理作用如 下:（1）控制換相序通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)?A-B-C-D，通電控制脈沖

5、必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A, B, C, D相的通斷。（2）控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)就會(huì)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就 會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)。（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)，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔 越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)的越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖的頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。3.2按鍵電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的獨(dú)立式非編碼鍵盤控制步進(jìn)電機(jī)。共有6個(gè)按鈕，其中S2為電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕、S3為電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕，S4為正轉(zhuǎn)加速按鈕，S5為電機(jī)正轉(zhuǎn)減速按鈕，S6為電機(jī)反轉(zhuǎn)加速按鈕，S7為電機(jī)反轉(zhuǎn)減速按鈕。當(dāng)按下各個(gè)按鈕時(shí)，會(huì)執(zhí)行各個(gè)

6、鍵的功能，當(dāng)按下復(fù)位按鈕 時(shí)，電路會(huì)恢復(fù)到初始狀態(tài)。其原理圖如圖2所示U1 i r 匸Vcc PO.OP0.1P0.2P0.3P0.4P0.510Il-li1314151617IS1920383736353433323130292827262524232221R102rh 2 r 2I 2 :LJiT1ITK6F*一I189C51圖2 按鍵控制電路3.3時(shí)鐘震蕩電路和復(fù)位電路設(shè)計(jì)時(shí)鐘震蕩電路由一個(gè) 12M的晶震和兩個(gè)30PF的電容組成。復(fù)位電路有一個(gè)復(fù)位按鈕，兩 個(gè)電阻，一個(gè)帶有極性的電容做成，復(fù)位方式為手動(dòng)復(fù)位。當(dāng)按下復(fù)位按鈕的時(shí)間超過(guò)兩個(gè) 機(jī)器周期，才起到復(fù)位作用。其原理理理如圖3所示U1

7、RSTR11豐C capCRYSTAL10!111匸 1匸 廠16- - I17204C39353363534332313C292826XTAL1XTAL2GNDS9C51圖3時(shí)鐘震蕩電路和復(fù)位電路3.4正反轉(zhuǎn)，加速，減速標(biāo)志電路設(shè)計(jì)本電路采用的是四個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示，分別為D1, D2, D3,D4。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí) D1發(fā)光；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí) D2發(fā)光；正轉(zhuǎn)加速時(shí) D1，D3發(fā)光；正轉(zhuǎn)減速時(shí) D1，D4;反轉(zhuǎn)加速時(shí) D2, D3發(fā)光；反轉(zhuǎn)減速時(shí) D2, D4發(fā)光。其原理圖如圖 4所示vccIn-！ - 1 p p p p-Av $ s 7 5 I ! i 14InH-l?LJLJLJ:-:-Hd

8、-圖4正反轉(zhuǎn)，加減速顯示電路3.5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是L298對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)L298N為雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，是一種二相 ？和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)器，可同時(shí)驅(qū)動(dòng)2個(gè)二相或1個(gè)四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個(gè) H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)？TTL邏輯準(zhǔn)位信號(hào)，可驅(qū)動(dòng) 46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且可以直接透過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓，圖5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路3.6步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表和時(shí)序圖步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表和時(shí)序圖分別如表1和圖6表1單四拍控制表步序控制位工作狀態(tài)DCBA11110A21101B31011C40111D4.程序流程圖5.結(jié)束

9、語(yǔ)程序開始執(zhí)行本設(shè)計(jì)主要是體現(xiàn)了單片機(jī)在控制步進(jìn)電機(jī)方面的應(yīng)用。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)使我在各 個(gè)方面都有了很大的提高。首先，對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作原理有了一定的了解，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò) 程中使我感覺(jué)到整體電路的綜合調(diào)試是非常重要的，仿真正確在實(shí)際電路中卻有可能不能實(shí) 現(xiàn)。再次要考慮到單片機(jī)不能直接控制步進(jìn)電機(jī)，必須根據(jù)步進(jìn)電機(jī)功率的大小合理的選擇 功率驅(qū)動(dòng)器件。同時(shí)在含有多位數(shù)碼管顯示的系統(tǒng)中，用到的口線較多，采用串并轉(zhuǎn)換的方 式可以節(jié)省口線，可以節(jié)省很多的單片機(jī)資源。還有就是編程，學(xué)習(xí)中，小程序可以很快的 編出來(lái)，通過(guò)這次實(shí)習(xí)，一次系統(tǒng)的編程所需要考慮到的問(wèn)題，是我這次實(shí)習(xí)中的一個(gè)很大 的收獲?？傊?/p>

10、過(guò)這次實(shí)習(xí)，我學(xué)到了很多的知識(shí)，同時(shí)也找到了一些問(wèn)題。這將為我以 后的學(xué)習(xí)起到很大的幫助。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。感謝此次指導(dǎo)我完成這篇論文的老師，正因?yàn)橛心銈兊闹笇?dǎo)和 修改才有我這篇論文的完成。感謝我的母校河南科技學(xué)院，尤其是機(jī)電專業(yè)所有的老師們?cè)谶@片凈土讀書三載，無(wú)形中塑造了我生命的氣質(zhì)、生活的方式，也練就了我樂(lè)觀的心態(tài)和 一顆感恩的心，沒(méi)有你們悉心的指導(dǎo)和講解，我不可能完成此次設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)1 肖洪兵.跟我學(xué)用單片機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.82 何立民.單片機(jī)高級(jí)教程第1版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20013

11、 趙曉安.MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用.天津：天津大學(xué)出版社，2001.34 李廣第單片機(jī)基礎(chǔ)第 1版北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19995 徐惠民、安德寧單片微型計(jì)算機(jī)原理接口與應(yīng)用第1版北京：北京郵電大學(xué)出版社，1996 何立民.從Cygnal 80C51F看8位單片機(jī)發(fā)展之路.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2002年，第5期:P587 夏繼強(qiáng).單片機(jī)實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐教程.北京：北京航空航天大學(xué)岀版社，20018 陳志強(qiáng)胡輝.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐指南.自編教材9 肖洪兵.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù).自編教材10 肖洪兵高茂科.CAI課件自主開發(fā)11 李朝青單片機(jī)原理及接口技術(shù)（第三版）北京：北京航空航天大學(xué)出

12、版社2005附錄1附錄 2。程序開始執(zhí)行START1: MOV P2,#0FFHJNB P0.0,Z10JNB P0.1,F10JNB P0.2,ZA10JNB P0.3,ZS10JNB P0.4,FA10JNB P0.5,FS10AJMP START1Z10: LJMP ZZF10:LJMP FZZA10:LJMP ZAZS10:LJMP ZSFA10:LJMP FAFS10:LJMP FSZZ:LCALL DELAY 。防止按鍵抖動(dòng)延遲JNB P0.0,$LCALL DELAYZX:MOV P1,#0EFH 。正轉(zhuǎn)顯示指示MOV R0,#00HZZ1:MOV A,R0 。正轉(zhuǎn)程序調(diào)用MOV

13、 DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRJZ ZXMOV P2,AJNB P0.1,F10JNB P0.2,ZA10JNB P0.3,ZS10JNB P0.4,FA10JNB P0.5,FS10LCALL DELAY1INC R0LJMP ZZ1RETFZ:LCALL DELAY 。按鍵去抖動(dòng)JNB P0.1,$LCALL DELAYFX:MOV P1,#0DFH 。反轉(zhuǎn)指示顯示MOV R0,#05HFZ1:MOV A,R0 。反轉(zhuǎn)程序調(diào)用MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRJZ FXMOV P2,AJNB P0.0,Z10JNB P0.2,ZA10JNB P0.

14、3,ZS10JNB P0.4,FA10JNB P0.5,FS10LCALL DELAY1INC R0LJMP FZ1RETZA:LCALL DELAY 。按鍵去抖動(dòng)JNB P0.2,$LCALL DELAYZAX:MOV P1,#0AFH 。正轉(zhuǎn)加速指示顯示MOV R0,#00HZA1:MOV A,R0 。正轉(zhuǎn)程序調(diào)用MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRJZ ZAXMOV P2,AJNB P0.0,ZZJNB P0.1,FZJNB P0.3,ZSJNB P0.4,FAJNB P0.5,FS20LCALL DELAY2INC R0LJMP ZA1RETZS:LCALL DEL

15、AY 。按鍵去抖動(dòng)JNB P0.3,$LCALL DELAYZSX:MOV P1,#6FH 。正轉(zhuǎn)減速指示顯示MOV R0,#00HZS1:MOV A,R0 。正轉(zhuǎn)減速程序調(diào)用MOV DPTR,#TABLEMOVC A,A+DPTRJZ ZSXMOV P2,AJNB P0.0,Z20JNB P0.1,F20JNB P0.2,ZA20JNB P0.4,FA20JNB P0.5,FS20LCALL DELAY3INC R0LJMP ZS1RETZ20:LJMP ZZF20:LJMP FZZA20:LJMP ZAZS20:LJMP ZSFA20:LJMP FAFS20:LJMP FSFA: LCAL

16、L DELAYJNB P0.4,$LCALL DELAYFAX: MOV P1,#09FH MOV R0,#05HFA1: MOV A,R0MOV DPTR,#TABLE MOVC A,A+DPTR JZ FAXMOV P2,A JNB P0.0,Z20 JNB P0.1,F20 JNB P0.2,ZA20 JNB P0.3,ZS20 JNB P0.5,FS20 LCALLDELAY2 INC R0 LJMP FA1 RETFS: LCALL DELAY JNB P0.5,$ LCALL DELAYFSX: MOV P1,#5FHMOV R0,#05HFS1: MOV A,R0MOV DPTR

17、,#TABLE MOVC A,A+DPTR JZ FSXMOV P2,A JNB P0.0,Z20 JNB P0.1,F20 JNB P0.2,ZA20 JNB P0.3,ZS20 JNB P0.4,FA20 LCALL DELAY3 INC R0 LJMP FS1 RETDELAY: MOV R1,#20D1: MOV R2,#255 DJNZ R2,$ DJNZ R1,D1。按鍵去抖動(dòng)。反轉(zhuǎn)加速指示顯示。反轉(zhuǎn)加速。按鍵去抖動(dòng)。反轉(zhuǎn)減速指示顯示。反轉(zhuǎn)程序調(diào)用抖動(dòng)延遲RETDELAY1:MOV R7,#68D2: MOV R6,#255D3: MOV R5,#10 DJNZ R5,$ DJNZ R6,D3 DJNZ R7,