基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的畢業(yè)論文課程設(shè)計(jì)

1、第一章 前言1.1步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)最早是在1920年由英國(guó)人所開發(fā)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用 在步進(jìn)電機(jī)上，這對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。以后經(jīng)過(guò)不斷改良，使得今日步進(jìn) 電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解性能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的 機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步 進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性 場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛 應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與 日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)

2、領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)變換成角位移或直線位移的執(zhí)行部件。 步進(jìn)電機(jī)可以直接 用數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使用非常方便。一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的，而步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則有定位 和運(yùn)轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步一步地轉(zhuǎn)動(dòng)，每給它一個(gè)脈沖信 號(hào)，它就轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量和輸入脈沖的個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比， 在時(shí) 間上與輸入脈沖同步， 因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)繞組通電的相序， 便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。在沒(méi)有脈沖輸入時(shí)，在繞組電源的激勵(lì)下氣隙 磁場(chǎng)能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電機(jī)還具 有快速啟動(dòng)、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而

3、在數(shù)控機(jī)床，繪圖儀，打印機(jī)以及光學(xué)儀器 中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已成為除直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)以外的第三類電動(dòng) 機(jī)。傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)作為機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，在人類的生產(chǎn)和生活進(jìn)入電氣化過(guò)程中起著關(guān) 鍵的作用。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)， 利用其沒(méi)有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制第二章步進(jìn)電機(jī)工作原理及系統(tǒng)方案論證2.1步進(jìn)電機(jī)工作原理2.1.1步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著40個(gè)小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開0、1/3疋、2/3T,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以疋表示），即A與齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開1/3T，C與齒3向右

4、錯(cuò)開2/3T,A與齒5相對(duì)齊，（A就是A，齒5就是齒1）下面是定子和轉(zhuǎn)子的展開圖：A定子IW圖 2.12.1.2步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn):如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力 以下均同）如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3疋，此時(shí) 齒3與C偏移為1/3齒4與A偏移（疋-1/3T）=2/3疋。如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3疋，此時(shí) 齒4與A偏移為1/3疋對(duì)齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3T，這樣經(jīng)過(guò)A、B C A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向

5、右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒 距，如果不斷地按A, B,C, A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3T,向右旋轉(zhuǎn)。女口 按A，C, B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成-對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。圖22不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3疋改變?yōu)?/6疋。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合， 使其1/3疋變?yōu)?/12T,1/24疋，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m.（m-1）/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)

6、就能正反轉(zhuǎn)被控制-這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成 本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。2.2課程設(shè)計(jì)目的、要求及設(shè)計(jì)方案論證2.2.1設(shè)計(jì)目的（1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)給定步進(jìn)電機(jī)的控制；（2）進(jìn)一步掌握步進(jìn)電機(jī)的控制方法；（3）進(jìn)一步掌握單片機(jī)硬件和軟件的綜合設(shè)計(jì)方法。2.2.2設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)功能（1） 電機(jī)工作方式為三相雙三拍，初始轉(zhuǎn)速100r/mi n；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的啟/停功能；（3）能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)功能；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)電機(jī)的加/減速功能。2.2.3設(shè)計(jì)方案論證（1）控制方式的確定步進(jìn)電機(jī)控制是一個(gè)比較精確的控制，步進(jìn)

7、電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)具有成本低、簡(jiǎn)單、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，在采用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的CP圖 2.3脈沖的頻率或者換向周期實(shí)際上就是控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。系統(tǒng)可用兩種辦法實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。一種是延時(shí)，一種是定時(shí)。延時(shí)方法是在每次換向之后調(diào)用一個(gè) 延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后再次執(zhí)行換向，這樣周而復(fù)始就可發(fā)出一定頻率的CP脈沖或換向周期。延時(shí)子程序的延時(shí)時(shí)間與換向程序所用的時(shí)間和，就是CP脈沖的周期，該方法簡(jiǎn)單，占用資源少，全部由軟件實(shí)現(xiàn)，調(diào)用不同的子程序可以實(shí)現(xiàn)不同速度的運(yùn) 行。但占用CPU時(shí)間長(zhǎng)，不能在運(yùn)行時(shí)處理其他工作。因此只適合較簡(jiǎn)單的控制過(guò)程。 定時(shí)方法是利用單片機(jī)系統(tǒng)中的

8、定時(shí)器定時(shí)功能產(chǎn)生任意周期的定時(shí)信號(hào)，從而可方便的控制系統(tǒng)輸出CP脈沖的周期。(2)驅(qū)動(dòng)方式的確定步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般有兩種方法，一種是通過(guò)CPUft接來(lái)驅(qū)動(dòng)，這種方法一般不宜 采用，因?yàn)镃PU的輸出電流脈沖是特別小的它不能足以讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)；別一種是通 過(guò)CPU來(lái)間接驅(qū)動(dòng)，就是把從CPU俞出的信號(hào)進(jìn)行放大，然后直接驅(qū)動(dòng)或是再通過(guò)光電 隔離間接來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，這種方法比較安全可靠。固本次設(shè)計(jì)應(yīng)采用CPU間接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。用編碼器的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為轉(zhuǎn)速測(cè)量工具，因?yàn)檫x擇了閉環(huán)控制，就必須有反 饋元件，反饋元件一般有兩種，一種是采用同軸的測(cè)速發(fā)電機(jī)，把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋 回來(lái)，然后通過(guò)顯示器顯示出來(lái)

9、并對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；別一種是通過(guò)光同軸的電編碼 器把步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速反饋回來(lái)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；兩者相比，后者的設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單， 價(jià)格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用單片機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)1光電騙碼器作為反饋元件。(3)驅(qū)動(dòng)電路的選擇步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路有多種，但最為常用的就是單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波驅(qū) 動(dòng)、細(xì)分控制驅(qū)動(dòng)等。但因本次設(shè)計(jì)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的精度要求比較高轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)范圍比較 廣，固應(yīng)選用驅(qū)動(dòng)芯片8713來(lái)驅(qū)動(dòng)，并通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。(4)基本方案的確定因本次設(shè)計(jì)的要求，選用三相雙三拍步進(jìn)電機(jī)，單片機(jī)選用89C51作為控制器。選用8279來(lái)驅(qū)動(dòng)顯示和鍵盤。選用8713作為

10、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片并通過(guò)光電耦合來(lái)驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)。然后用與步進(jìn)電機(jī)同軸的光電編碼器作為反饋元件，并把反饋回的信號(hào)經(jīng)CPU處理后再由顯示器顯示出來(lái)。第三章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)以CPU選用89C51作為步進(jìn)電機(jī)的控制芯片.89C51的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并可以在 編程器上實(shí)現(xiàn)閃爍式的電擦寫達(dá)幾萬(wàn)次以上使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且完全兼容MCS51系列單片機(jī)的所有功能。AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROMFAIsh ProgrAmmABIe And ErAsABIe ReAd Only Memory)的低電壓，高性能CMOS位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATM

11、EL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51旨令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPI和閃爍存儲(chǔ)器 組合在單個(gè)芯片中，ATME的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提 供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案3.1.1單片機(jī)的引腳功能(1)VCC(40):電源+5V。(2)VSS(20):接地，也就是GND(3)XTL1(19)和XTL2( 18):振蕩電路。單片機(jī)是一種時(shí)序電路，必須有脈沖信號(hào) 才能工作，在它的內(nèi)部有一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路，有兩種振蕩方式，一種是內(nèi)部振蕩方式， 只要接上兩個(gè)電容和一個(gè)晶振即可；另一種是外部振蕩方式，采用外部振蕩方式時(shí)，需 在XTL2上加外

12、部時(shí)鐘信號(hào)。(4)PSEN(29):片外ROM選通信號(hào)，低電平有效。(5)ALE/PROQ30):地址鎖存信號(hào)輸出端/EPROM編程脈沖輸入端。(6)RST/VPD(9)：復(fù)位信號(hào)輸入端/備用電源輸入端。(7)EA/VPP( 31):內(nèi)/外部ROM選擇端(8)P0口(39-32):雙向I/O口。(9)P1口(1-8):準(zhǔn)雙向通用1/0口。(10)P2口(21-28):準(zhǔn)雙向I/0口。3.1.2主要特性：與MCS-51兼容4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：全 靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定、128*8位內(nèi)部RAM 32可編程I/O線、兩個(gè)16位定時(shí)器/

13、計(jì)數(shù)器、5個(gè)中斷源、可編程串行通道、低功耗的閑置和掉電模式、片內(nèi) 振蕩器和時(shí)鐘電路(1)振蕩器特性：XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振 蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要 求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度(2)芯片擦除:整個(gè)PERO陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms來(lái)完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“T且在任何非空存儲(chǔ) 字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT8

14、9C51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可 選的掉電模式。在閑置模式下，CPU亭止工作。但RAM定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系 統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能， 直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。3.2步進(jìn)電機(jī)的選擇因本次設(shè)計(jì)的要求，步進(jìn)電機(jī)應(yīng)選用三相雙三拍的步進(jìn)電機(jī)，具體說(shuō)明如下三相雙三拍控制模型:正轉(zhuǎn)控制模型步序工作 狀態(tài)控制模型二進(jìn)制十六進(jìn)制1AB0000001103H2BC0000011006H3CA0000010105H反轉(zhuǎn)控制模型工作控制模型步序狀態(tài)二進(jìn)制十六進(jìn)制1AB0000001103H2CA0000010105H

15、3BC0000011006H控制繞組的通電方式為AB-BC-CA-AB或AB-CA-BC-AB每拍同時(shí)有兩相繞組通電， 三拍為一個(gè)循環(huán)，當(dāng)A、B兩相控制繞組同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒的位置應(yīng)同時(shí)考慮到兩對(duì) 定子極的作用，只有A相極和B相極對(duì)轉(zhuǎn)子齒所產(chǎn)生的磁拉力相平衡才是轉(zhuǎn)子的平衡 位置。雙三拍運(yùn)行時(shí)的步距角是30,但雙三拍運(yùn)行時(shí)每一拍總有一相繞組持續(xù)通電， 例如由A、B兩相通電變?yōu)锽、C兩相通電時(shí)，B相保持持續(xù)通電狀態(tài)，C相磁拉力 使轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，而B相磁拉力卻起有阻止轉(zhuǎn)子繼續(xù)向前轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。3.3步進(jìn)電機(jī)與微型機(jī)接口電路因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)電流比單片機(jī)端口所能提供的要大得多單片機(jī)要控制 電

16、機(jī)的運(yùn)動(dòng)就不能直接將端口與電機(jī)各相相連， 必須使用一定的接口電路和驅(qū)動(dòng)電路。接口電路一般為鎖存器，也有使用可編程接口芯片，如8255。驅(qū)動(dòng)器多選用大功率復(fù)合 管。當(dāng)然，考慮到實(shí)際使用中的干擾和電壓安全，一般都要在單片機(jī)與驅(qū)動(dòng)器之間使用必要的光電隔離器在圖3.1中，若P1.2口輸出為0時(shí)，發(fā)光二極管不會(huì)發(fā)光此時(shí)光敏管處于截止 狀態(tài)，而達(dá)林頓管導(dǎo)通所以C相通電：反之，P1.2輸出為1時(shí)，由電路分析可知C相不通電。如按前面所示的表取控制數(shù)，按順序執(zhí)行，就可以使步進(jìn)電機(jī)安一定的方向 步進(jìn)。第四章系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制程序就是完成環(huán)形分配器的任務(wù)，從而控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到控TnuP0OFQ.L

17、F0.2皿 2FO-IP1 1AT89C51n-rro叮7rL*圖 3.1制轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位移之目的。首先要進(jìn)行旋轉(zhuǎn)方向的判斷，然后轉(zhuǎn)到相應(yīng)的控制程序。正 反向控制程序分別按要求的控制順序輸出相應(yīng)的控制模型，再加上脈寬延時(shí)程序即可。 脈沖序列的個(gè)數(shù)可以用寄存器CL進(jìn)行計(jì)數(shù)?？刂颇Ｐ涂梢砸粤⒓磾?shù)的形式一一給出。 控制標(biāo)志單元FLAG為00H時(shí)，表示正轉(zhuǎn)；為01H時(shí)，表示反轉(zhuǎn)。其程序流程圖如下圖 所示：圖 4.1 程序流程圖程序編寫：DO EQU 0D2 EQU 2ORG 0000HSTART: LJMP MAINORG 0003HLJMP INT0ORG 0100HMAIN: MOV P2,#00H

18、 ;等待信號(hào)MOV P0,#FFHMOV R2,#0MOV R3,#0MOV R4,#0CLRIT0SETB EASETB EX0LJMP MAININT0: JNBP2.0,ZHENG;正轉(zhuǎn)JNBP2.1,FAN ;反轉(zhuǎn)JNBP2.2,JIA ;加JNBP2.3,JIAN ;減速速JNBP2.4,TIN ;停RETIZHENG: MOV R2,#1 ;正轉(zhuǎn)MOV DPTR,CHAMOV A,D0MOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL YAN0CPLP0.0CPLP0.2ACALL YAN0CPLP0.0CPLP0.1ACALL YAN0LJMP ZHENGFAN: MOV R2

19、,#0 ;反轉(zhuǎn)MOV DPTR,CHAMOV A,D2MOVC A,A+DPTRMOV P0,AACALL YAN0CPLP0.0CPLP0.1ACALL YAN0CPLP0.0CPLP0.2LJMP FANZHENG1:MOV DPTR,CHA ;加減速正轉(zhuǎn)MOV A,D0MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2CPL P0.0CPL P0.2CJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2CPL P0.0CPL P0.1CJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2LJMP ZHENGFAN1: MOV

20、 DPTR,CHAMOV A,D2MOVC A,A+DPTRMOV P0,ACJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2CPL P0.0CPL P0.1CJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2CPL P0.0CPL P0.2CJNE R3,#0,YIA1CJNE R4,#0,YIA2LJMP FAN1JIA: MOV R3,#1 ;MOV R4,#0CJNE R2,#0,ZHENG1LCALL FANJIAN: MOV R4,#1 ;MOV R3,#0CJNE R2,#0,ZHENGLCALL FANTIN: LCALL MAIN ;停YAN0: MOV R

21、0,#25LOOP00:MOV R1,#100LOOP01:DJNZ R1,LOOP01DJNZ R0,LOOP00RETYAN1: MOV R0,# 20LOOP10:MOV R1,#100LOOP11:DJNZ R1,LOOP11DJNZ R0,LOOP10 RET加減速反轉(zhuǎn)加速減速YAN2: MOV R0,#30LOOP20:MOV R1,#100LOOP21:DJNZ R1,LOOP21DJNZ R0,LOOP20CHA: DB 03H,06H,05HEND第五章 心得體會(huì)通過(guò)這次的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的課程設(shè)計(jì)，我對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有了深入的了解，平時(shí)我 們接觸的電動(dòng)機(jī)主要是直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)

22、機(jī)，很少見(jiàn)到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，所以對(duì)于步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)比較陌生。通過(guò)老師指導(dǎo)，然后自己在課后翻閱書籍和上網(wǎng)，搜集到了不少有關(guān) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的知識(shí)。通過(guò)鉆研這些知識(shí)，我總算對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了認(rèn)識(shí)，但是這離課程設(shè) 計(jì)需要掌握的知識(shí)相差甚遠(yuǎn)，為了縮短這種差距，我只能不斷的向老師和同學(xué)請(qǐng)教，然 后仔細(xì)的揣摩。 在這次課程設(shè)計(jì)中， 通過(guò)用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的正、 反轉(zhuǎn)，加、減速， 我也對(duì)單片機(jī)的知識(shí)也進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固。那時(shí)候覺(jué)得學(xué)習(xí)單片機(jī)是那么的枯燥乏味， 整天只是學(xué)習(xí)這個(gè)指令做什么，那個(gè)指令做什么，覺(jué)得學(xué)了一點(diǎn)用都沒(méi)有。但是今天我 才發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)單片機(jī)是那么的有用處，它可以控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)、加減速、停止，也 可以控制

23、十字路口的交通燈，還可以控制機(jī)械手工作。俗話說(shuō)的好，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的 唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)再多的理論也只能紙上談兵，只有把理論應(yīng)用到實(shí)踐中，才能檢驗(yàn)出理 論的真?zhèn)巍倪@次的課程設(shè)計(jì)，我也發(fā)現(xiàn)自己在好多地方的不足，在以后的學(xué)習(xí)和工作 中，我會(huì)努力去彌補(bǔ)這些不足，爭(zhēng)取讓自己不要被社會(huì)淘汰。第六章 參考文獻(xiàn)1溫希東，路勇.計(jì)算機(jī)控制技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社,2005 69802曹天漢.單片機(jī)原理與接口技術(shù).電子工業(yè)出版社,2006 961113曹承志.電機(jī)拖動(dòng)與控制.機(jī)械工業(yè)出版社,2000 267277摘要：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將脈沖信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移（或線位移）的電磁裝置，是一種特殊的電動(dòng)機(jī)。由于

24、其精確性以及其良好的性能在實(shí)際當(dāng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 本文介紹了以51系列單片機(jī)AT89S52為控制核心所設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)（型號(hào)42BYG016控制系統(tǒng)，從系統(tǒng)的硬件電路以及軟件的設(shè)計(jì)方面實(shí)現(xiàn)了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。并且由傳 感器EE-EX672采集轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)進(jìn)而進(jìn)行關(guān)于速度的閉環(huán)控制，經(jīng)過(guò)實(shí)際應(yīng)用電路證明， 該仿真控制系統(tǒng)的隨動(dòng)性能好，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。關(guān)鍵詞 ：?jiǎn)纹瑱C(jī)、步進(jìn)電機(jī)、光電開關(guān)、PID算法、閉環(huán)控制一、步進(jìn)電機(jī)1.1步進(jìn)電機(jī)的工作原理 步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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

25、， 即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電 機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái) 控制變的非常的簡(jiǎn)單。1.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) 本實(shí)驗(yàn)所用的步進(jìn)電機(jī)為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)（型號(hào)為42BYG016）。感應(yīng)子式步進(jìn) 電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高， 電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在， 該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)， 其自身阻尼作用比較好， 使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看

26、作是低速同步電機(jī)。 一個(gè)四相電機(jī)可以作四相 運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)） ，而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。 例如： 四相八拍運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn) 其條件為,D=C=.一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一 致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電 機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相） ，這樣使用時(shí)，既可以作四相電 機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。 （本實(shí)驗(yàn)采用兩相四拍）1.3步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。 拍數(shù)：

27、完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒 距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相 八拍運(yùn)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用B表示。9=36（度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為9=36（度/（5（*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為9=36（度/（5（*8）=（.9度（俗稱半 步）。1.4步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)1） 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差步

28、距角*1（%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。2） 失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3） 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度， 電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角， 由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差， 采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。4） 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的 最大頻率。5） 最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6） 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性， 這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也

29、是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。1.5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的組成方框圖如下：1）脈沖信號(hào)的產(chǎn)生脈沖信號(hào)由單片機(jī)AT89S52的I/O口產(chǎn)生，一般的脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。本實(shí)驗(yàn)采用的占空比為0.5。2）信號(hào)分配感應(yīng)子式不僅以二、 四相電機(jī)為主， 二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍兩種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為，步距角為0.9度。本設(shè)計(jì)采用步距角為1.8度。3）功率放大功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。 步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng) 態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，

30、要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取 不同的的驅(qū)動(dòng)方式，至怕前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低 壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大 則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。電壓對(duì)力矩影響如下：4）功率放大細(xì)分驅(qū)動(dòng)器在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì) 分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制 步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。二、驅(qū)動(dòng)器由于單片機(jī)的I/O不具有直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的能力， 故在本系統(tǒng)中需要步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器，我們

31、選擇驅(qū)動(dòng)器為KD-221,該驅(qū)動(dòng)器具有輸入電壓范圍廣， 控制信號(hào)輸入方式多 樣等特點(diǎn)。其具體接法如下：2.1、電源接線：1、E高：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓大于10V時(shí)，正極接此座，使用時(shí)最大不能大于40V,以防 損壞模塊。2、E低：當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓小于10V時(shí)，正極接此座。3、地：驅(qū)動(dòng)電壓E高、E低的的負(fù)極接此座。4、A，:接電機(jī)A相線圈的二根引線。5、B,:接電機(jī)B相線圈的二根引線。2.2、控制信號(hào)接線：1、CP:接控制器發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的走步脈沖信號(hào)線。2、CW接控制器發(fā)給步進(jìn)電機(jī)的走步方向信號(hào)線。3、VP:接CP和CW信號(hào)的負(fù)極，即邏輯電路電源的負(fù)極。4、本驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部設(shè)計(jì)接收信號(hào)為RTTL電平，即5V電平，如其

32、它邏輯電平信號(hào) 需要接限流電阻，否則可能損壞光耦元件。三、光電開關(guān)本系統(tǒng)中所用傳感器為EE-EX672關(guān)電開關(guān)，該傳感器為開關(guān)型傳感器，四個(gè)接線 腳分別為“+，L,OUT,-”其輸入電壓范圍廣為直流5-24V,L為控制指示端，當(dāng)“L”與 “+”相連時(shí)，傳感器未檢測(cè)到物體時(shí)LED燈發(fā)光，當(dāng)“L”懸空時(shí)則相反，其特點(diǎn)為：1.動(dòng)作模式備有遮光時(shí)ON入光時(shí)ON可切換型）2.應(yīng)答頻率為1KHZ勺高速響應(yīng)3.入光顯示燈明顯,容易進(jìn)行動(dòng)作確認(rèn).4.電源電壓為DC-24V的廣范圍5.備有遮光時(shí)入光顯示燈燈亮型其連接電路如下圖所示:四、硬件設(shè)計(jì)電路圖下圖中為單片機(jī)的最小系統(tǒng),其P0.0-P0.7口分別連接到LC

33、D1602勺D0-D7引腳,與P2.5,P2.6,P2.7相連的按鍵開關(guān)分別控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),加速,減速,P2.0,P2.1,P2.2DC5DCE 24VL”與“+”相連時(shí)，傳感器未檢測(cè)到物體時(shí)LED燈發(fā)光L”懸空傳感器檢測(cè)到物體時(shí)LED燈發(fā)光和載分別接LCD1602的RS,RW,E引腳。下圖中為電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分。驅(qū)動(dòng)電壓為+12V,用單片機(jī)的P1.0與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的CW相 連控制單片機(jī)的轉(zhuǎn)向,P1.1與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的CP相連,給驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖。a,b,c,d分別 接入步進(jìn)電機(jī)。SX-672為檢測(cè)轉(zhuǎn)速的傳感器外接+5V驅(qū)動(dòng)電壓,輸出接入單片機(jī)的T1腳。五、軟件設(shè)計(jì)5.1控制算法比較：PID控制原理

34、PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器（P），積分調(diào)節(jié)器（I）和微分調(diào)節(jié)器（D）構(gòu)成，它通過(guò)對(duì)偏差值的比例積分和微分運(yùn)算后，用計(jì)算所得的控制量來(lái)控制被控對(duì)象圖1所示為PID控制系統(tǒng)框圖。5.1.1比例調(diào)節(jié)（P）比例調(diào)節(jié)是數(shù)字控制中最簡(jiǎn)單的一種調(diào)節(jié)方法。其特點(diǎn)是調(diào)節(jié)器的輸出與控制偏差e成線性比例關(guān)系，控制規(guī)律為：y kp*e y。（1）式中：kp-比例系數(shù)，yo-偏差e為零時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出值.當(dāng)輸出值S與設(shè)定的期望值R間產(chǎn)生偏差時(shí)，比例調(diào)節(jié)器會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制變量y（如為 控制閥門的開度）的大小?？刂谱兞縴的大小會(huì)朝著減小偏差e的方向變化比例系數(shù) kp的 大小決定了比例調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的快慢程度，kp大調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度快

35、，但 kp過(guò)大會(huì)使控制 系統(tǒng)出現(xiàn)超調(diào)或振蕩現(xiàn)象。kp小調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)的速度慢，但 kp過(guò)小又起不到調(diào)節(jié)作用。另外，雖然比例調(diào)節(jié)器控制規(guī)律簡(jiǎn)單，控制參數(shù)易于整定，但缺點(diǎn)是它只能在一種負(fù)載 情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差值的調(diào)節(jié)，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，除非重新調(diào)整相應(yīng)的），值的大小，否則控制系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生無(wú)法消除的靜差值。5.1.2比例微分調(diào)節(jié)（PI）比例調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是存在無(wú)法消除的靜差值，影響了調(diào)節(jié)精度為了消除靜差 值，在比例調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上并人一個(gè)積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成比例積分調(diào)節(jié)器，其調(diào)節(jié)規(guī)律可用 下列(2)式表示.1ty kp(eedt) y。(2)Ti式中：T 為積分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器積分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用

36、的輸出相 等時(shí)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間稱為積分常數(shù)。積分常數(shù) Ti的大小決定了積分作用強(qiáng)弱程度，T 選 擇的越小，積分的調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，但系統(tǒng)振蕩的衰減速度越慢。當(dāng)T 過(guò)小時(shí)，甚至?xí)斐上到y(tǒng)的持續(xù)振蕩，使調(diào)節(jié)器的輸出波動(dòng)不定，給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)嚴(yán)重的危害。相反地 當(dāng) Ti選擇的越大，積分的調(diào)節(jié)作用越弱，雖然過(guò)渡過(guò)程中不容易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，但消除 偏差e的時(shí)間卻很長(zhǎng)。積分調(diào)節(jié)對(duì)偏差有累積作用，所以，只要有偏差e存在積分的調(diào)節(jié)作用就會(huì)不斷地增強(qiáng)，直至消除比例調(diào)節(jié)器無(wú) 法消除的靜差值。5.1.3比例積分微分調(diào)節(jié)(PID)加入積分調(diào)節(jié)后，雖可消除靜差，使控制系統(tǒng)靜態(tài)特性得以改善，但由于積分調(diào)節(jié) 器輸出值的大小是與偏差值

37、e的持續(xù)時(shí)間成正比的，這樣就會(huì)使系統(tǒng)消除靜差的調(diào)節(jié)過(guò) 程變慢，由此帶來(lái)的是系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能變差.尤其是當(dāng)積分常數(shù)Ti很大時(shí)，情況更為嚴(yán)重。另外，當(dāng)系統(tǒng)受到?jīng)_激式偏差沖擊時(shí)，由于偏差的變化率很大，而PI調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)速度又很慢，這樣勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)的振蕩，給生產(chǎn)過(guò)程帶來(lái)很大的危害.改善的方法是 在比例積分調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上再加人微分調(diào)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器(PID)。其調(diào)節(jié)規(guī)律可用(3)式表示。1tde“、y kp(e -0edt Td-) y。(3)ljdt式中：Td為微分常數(shù)，它的物理意義是當(dāng)調(diào)節(jié)器微分調(diào)節(jié)作用與比例調(diào)節(jié)作用的輸出 相等時(shí)所需的調(diào)節(jié)時(shí)間稱為微分常數(shù).5.2 PID控制算法單片機(jī)控制系

38、統(tǒng)通過(guò)A/D電路檢測(cè)輸出值s，并計(jì)算偏差e和控制變量y，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內(nèi)。在計(jì)算機(jī)控制過(guò)程中，整個(gè)計(jì)算過(guò)程采用的是數(shù)值計(jì)算方法，當(dāng)采樣周 期足夠小時(shí)，這種數(shù)值近似計(jì)算相當(dāng)誰(shuí)確，使離散的被控過(guò)程與連續(xù)過(guò)程相當(dāng)接近。圖2為單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖J。PID算法是將描述連續(xù)過(guò)程的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方 程，然后，根據(jù)差分方程編制計(jì)算程序來(lái)進(jìn)行控制計(jì)算的。另外在PID控制中，由于PID算式選擇的不同，最終所得到的控制效果是不同的。下面進(jìn)行PID控制算法的研究。(4)圖5單片機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖5.2.1位置式PID的控制算法如

39、前所述PID調(diào)節(jié)的微分方程為：1y kp(e:Ti將此微分方程寫成對(duì)應(yīng)的差分方程形式.1nynkpenSTTik 0式中：en-第n次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號(hào)；T-采樣周期；yn-調(diào)節(jié)器第rt次控制變量的輸出；為了編寫計(jì)算機(jī)程序的方便，現(xiàn)將算式(4)寫成下列形式k * T式中：ka-T , kbTi因?yàn)椴蓸又芷赥,積分常數(shù) T 和微分常數(shù) Td選定后皆為常數(shù)，因此 ka及 kb必為常。當(dāng)調(diào)整參數(shù)改善控制性能時(shí)，也只須調(diào)整 kp、ka和 kb的大小即可。5.2.2增量式PID的控制算法在位置式PID控制算法中，每次的輸出與控制偏差e過(guò)去整個(gè)變化過(guò)程相關(guān)，這樣由 于偏差的累加作用很容易產(chǎn)生較大的

40、累積偏差，使控制系統(tǒng)出現(xiàn)不良的超調(diào)現(xiàn)象。由算式可得：yn 2kpen21ej Td(包竝)y。(6)Ti k oT用(4)式減去(6)式，可得增量式PID的算式：TTdynkp(enen 1)* en(en2en 1en 2)(7)TiT其中，ynynyn 1為了編寫程序方便，將(7)式改寫成下列形式：ynA*enB* en 1C* en 2(8)式中：A kp(1半)，Bkp(1 2*)，C kp*TjTTT從增量式PID的算式中可知，只要知道了現(xiàn)時(shí)以前的三次采樣周期內(nèi)的偏差信號(hào)en，q1，en 2即可計(jì)算出本次采樣周期內(nèi)的控制變量y的增量 yn。綜合以上分析，我們采用增量式PID算法,本系

41、統(tǒng)的軟件控制算法主要采用了增量式PID控制算法。其控制算法的流程圖為:Td) yodttedtoTd(e.i-第n-1次采樣周期內(nèi)所獲得的偏差信號(hào);ynkpennkaekkb(enen 1) y0k 0(5)kp*TdT5.3步進(jìn)電機(jī)控制流程圖如下:1-J 始化:淀時(shí)黠初始化六、數(shù)據(jù)處理和分析1、PW啲設(shè)定!-1N恵DO遜抉FK-k-5隹竝初紡化“.成山炬汰1-我們通過(guò)設(shè)定PWM來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)T=6S時(shí)，我們通過(guò)試湊的方法了解 到，當(dāng)PWM=1/3O0寸，所給步進(jìn)電機(jī)剛好啟動(dòng)，當(dāng)PWM=1/17寸，步進(jìn)電機(jī)速度達(dá)到最大。2、步進(jìn)電機(jī)的測(cè)速我們通過(guò)用軟件設(shè)定一個(gè)轉(zhuǎn)速，然后與用光電開關(guān)采

42、集回來(lái)的速度相比較，采用閉 環(huán)的PID控制來(lái)達(dá)到步進(jìn)電機(jī)穩(wěn)定調(diào)速的目的。我們?cè)诔绦蛑性O(shè)定轉(zhuǎn)速為72 rpm,通過(guò)與P3.2采集回來(lái)的數(shù)據(jù)相比較，當(dāng)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)小于72rpm時(shí)，我們通過(guò)改變PID的相應(yīng)的參數(shù)（ kp=1.2，Ti=1.1 ，Td=0.9）來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速加起來(lái)， 使之與72 rpm相吻合。同樣，當(dāng)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)大于72rpm時(shí)，也改變PID的相應(yīng)的 參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，讓步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速加起來(lái)，使之與72 rpm相吻合。七、實(shí)驗(yàn)心得及體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我們學(xué)習(xí)到了許多書本上沒(méi)有的知識(shí)， 通過(guò)自己查資料和互相討 論，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)后基本達(dá)到了要求，實(shí)現(xiàn)

43、步進(jìn)電機(jī)速度閉環(huán)控制并通過(guò)對(duì)系統(tǒng)控制算法的比較，綜合考慮，選用了閉環(huán)的PID控制，使我們對(duì)PID的控制有了更深刻的認(rèn)識(shí)，使自己將理論與實(shí)際相結(jié)合起來(lái)同時(shí)對(duì)51系列的單片機(jī)的設(shè)計(jì) 及編程有了更深的了解，學(xué)會(huì)了很多。同時(shí)衷心感謝老師的指導(dǎo)。附錄1.顯示及測(cè)速程序#include #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intfloat f=0;bit F_in=0,truer;sbit P10=P3A0 ;sbit P12=P3A2;/sbit P14=P1A4; sbit LCD_RS = P2A0; sbit LCD_

44、RW = P2A1; sbit LCD_EN = P2A2;/sbit BEEP = P3A7;uchar code cdis1 = motorspeed:;uchar code cdis2 = number:;#define delayNOP(); _nop_();_nop_();_nop_();_nop_(); uchar key_buf;/ 顯示緩存uchar temp;uchar key,key_num=0;uchar LCD0_data,LCD1_data,LCD2_data,LCD3_data;uchar data testdata = 0 x00,0 x00,0 x00,0 x0

45、0; uchar datain_data = 0 x01,0 x02;uchar shift ;uint i;uint q; uint j;/*/ void initime()TMOD=0 x51; /T1 計(jì)數(shù)器， T0 定時(shí)器，方式 1TL0=(65536-10000)%256;TH0=(65536-10000)/256;/定時(shí) 10000usTL1=0;TH1=0;ET0=1;EA=1;void delay(uint ms)uchar t;0.01s/鍵順序嗎while(ms-)for(t = 0; t 120; t+);void mydelay()for(i=0;i100;i+)for

46、(j=0;j1000;j+);/*/ /*/* 延時(shí) x*0.14ms/*/*/ void delay0(uchar x)unsigned char i;while(x-)for (i = 0; i13; i+) bit lcd_busy()bit result;LCD_RS = 0;LCD_RW = 1;LCD_EN = 1; delayNOP(); result = (bit)(P0&0 x80);LCD_EN = 0;return(result);void lcd_wdat(uchar dat)while(lcd_busy();LCD_RS = 1;LCD_RW = 0;LCD_EN =

47、 0;P0 = dat; delayNOP(); LCD_EN = 1; delayNOP(); LCD_EN = 0;void lcd_wcmd(uchar cmd)while(lcd_busy();LCD_RS = 0;LCD_RW = 0;LCD_EN = 0; _nop_(); _nop_(); P0 = cmd; delayNOP();LCD_EN = 1;*/*/*/delayNOP();LCD_EN = 0;void lcd_pos(uchar pos)lcd_wcmd(pos | 0 x80); /數(shù)據(jù)指針 =80+ 地址變量void dectobit(int dec)LCD3

48、_data=dec/1000+0 x30; dec=dec % 1000;LCD2_data=dec/100;dec=dec % 100; LCD1_data=dec/10+0 x30; dec=dec % 10+0 x30; LCD0_data=dec;void display1()lcd_pos(0 x0b); lcd_wdat(LCD3_data); lcd_pos(0 x0c); lcd_wdat(LCD2_data);lcd_pos(0 x0d); lcd_wdat(LCD1_data);lcd_pos(0 x0e); lcd_wdat(LCD0_data);lcd_pos(0 x4

49、b); lcd_wdat(0 x31);void lcd_init()delay(15);lcd_wcmd(0 x38);delay(5);lcd_wcmd(0 x38);delay(5);lcd_wcmd(0 x38);delay(5);lcd_wcmd(0 x0c);delay(5);lcd_wcmd(0 x06);delay(5);lcd_wcmd(0 x01);delay(5);Void main()uchar m; lcd_init();initime();TR0=1;TR1=1;P10=1;*/16*2 顯示， 5*7 點(diǎn)陣， 8 位數(shù)據(jù)/顯示開，關(guān)光標(biāo)/移動(dòng)光標(biāo)/清除 LCD 的

50、顯示內(nèi)容/ 初始化 LCDP12=0;lcd_pos(0 x00);for(m=0;m16;m+)lcd_wdat(cdis1m);lcd_pos(0 x40);for(m=0;m16;m+)lcd_wdat(cdis2m);/TMOD=0 x21;/ TH1=175;/TL1=175;/ TR1=1;/將 T1 設(shè)置為 8 位自動(dòng)重裝工作方式。/對(duì) T1 定時(shí)常數(shù)進(jìn)行預(yù)置。/啟動(dòng) T1 。while(1)dectobit(f);/ key_buf=key_buf+0 x30;timer()interrupt 1 using 2i=i+1;if(i=600) i=0; f=TH1*256+TL

51、1;TL1=0;TH1=0;TL0=(65536-10000)%256; TH0=(65536-10000)/256;2.電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序#include #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int /#define k 2000sbit cp=P1A0;sbit cw=P1A1;sbit key2=P1A5;sbit key=P1A6;sbit key1=P1A7;uint i;uint K;void key_scan()/ 鍵盤掃描函數(shù)if(add=0) / 加速flag=1;Delay(100);if(add=

52、0)while(!add);k=k-5;if(k620) k=620;if(fx=0) / 反向flag=0;Delay(100); if(fx=0)while(!fx);cw=cw;/*/* void PID()/PID 算法x=20000/80; /頻率 y=x*3/60;/理想轉(zhuǎn)速if(speedy)k+;void delay(unsigned int t ); void Delay(unsigned int z)unsigned int i,j; for(i=0;iz;i+) for(j=0;j125;j+);void main()key=1;key1=1;key2=1;TMOD=0

53、x01;K=2500;TH0=(65536-K)/256;TL0=(65536-K)%256;EA=1;ET0=1;TR0=1;cp=1;cw=1;while(1)/TH0=0 xf6;/TL0=0 xfd;if(key=0) Delay(100);while(!key);K=K-50;if(key1=0) Delay(100);while(!key1);K=K+50;if(key2=0) Delay(100);while(!key2);cw=cw;void timer0() interrupt 1 i=i+1;if(i=400)/cw=cw;i=0;/EA=0;cp=cp;TH0=(6553

54、6-K)/256;TL0=(65536-K)%256; /TH0=0 xf6;/ TL0=0 xfd;目錄基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中文摘要 .35關(guān)鍵詞 .35ABSTRACT: . 36KEY WORDS: . 36前 言 .371.1步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn) .381.2步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù) .51.3步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) .391.4步進(jìn)電機(jī)的分類 .421.5步進(jìn)電機(jī)詳細(xì)調(diào)速原理： .42第2章 本次設(shè)計(jì)的基本要求 .432.1基本要求 .43第3章 方案的論證 .433.1控制方式的確定 .433.2驅(qū)動(dòng)方式的確定 .453.3驅(qū)動(dòng)電路的選擇 .453.4基本方案的確定 .46第4章

55、 硬件電路的設(shè)計(jì) .464.1單片機(jī)的選擇 .474.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 .494.3驅(qū)動(dòng)電路的選擇 .554.4顯示電路與鍵盤的選擇 .574.5反饋電路的選擇. . 60第5章 算法的設(shè)計(jì)： .625.1PID控制算法 .30第6章 軟件的設(shè)計(jì) .676.1顯示子程序的設(shè)計(jì) .676.2鍵盤子程序的設(shè)計(jì) .676.3驅(qū)動(dòng)程序流程的設(shè)計(jì)： .696.4正反轉(zhuǎn)程序流程圖 .70第7章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 .737.1有關(guān)參數(shù)的計(jì)算與分析 .737.2理論與實(shí)際的分析 .73附 錄 .75第8章 總 結(jié) .88參考文獻(xiàn) .89致 謝 .90基于單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中文摘要:步進(jìn)電機(jī)是將電

56、脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。 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，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步 進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電 機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。 步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速一般是改變輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率來(lái)實(shí) 現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每給一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，這樣就可以通 過(guò)控制步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)脈沖到下一個(gè)脈沖的時(shí)間間隔來(lái)改變脈沖的頻率， 延時(shí)的長(zhǎng)短來(lái) 具體控制步進(jìn)角來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的調(diào)速。在本設(shè)計(jì)方

57、案中采用AT89C51型單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器改變CP脈沖的頻率從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控 制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速與正反轉(zhuǎn)的功能。關(guān)鍵詞： 步進(jìn)電機(jī)， 單片機(jī)， 調(diào)速系統(tǒng)Abstract:Step-by-step electric motor is the ring opening gating element changing electricity pulsesignal into angular displacement or line displacement. Under the situation of must overload, theelectric motor rotation

58、rate , discontinuous location depend on pulse signal frequency and pulsenumber only , make free from being loaded with the effect changing ,but be that being added apulse signal , the electric motor by electric motor is to have rotated a step spur angle. This gleamof the sexual relationships existen

59、ce, adds step-by-step electric motor characteristics such asonly having the cyclicity error but there being no accumulative error.Feasible simplicitycontrolling a field using step-by-step electric motor to come to control changeable extraordinaryin speed , location etc.Step-by-step electric motor sp

60、eed regulation general be change importstep-by-step electric motor pulse frequency come true step-by-step electric motor speedregulation, because of step-by-step electric motor every be given to a pulse right away rotateone fixed angle, such right away not bad pass under the control of step-by-step