片機步進電機控制

1、單片機系統(tǒng)設計題目： 單片機步進電機控制系統(tǒng)姓名： 謝永勝 學號： 3080444907 學院： 機械與控制工程學院 班級： 機械08-3 指導老師: 蔣存波 單片機步進電機控制系統(tǒng)設計班級：機械08-3班 姓名：謝永勝 學號：3080444907 指導老師：蔣存波摘要：步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。正常工作情況下，電機的轉速、停止的位置取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。對于控制步進電機正反轉以及工作模式只要改變程序中的控制字即可。因為步進電機每次接受一個脈沖就轉動一個固定的角度，所以可以通過調節(jié)兩個脈沖之間的時間間隔來調整脈沖發(fā)送的頻率，從而達到調節(jié)

2、步進電機轉速的目的。如此，一個具備基本控制功能的單片機步進電機控制系統(tǒng)便完成了。關鍵詞：單片機、步進電機、方向控制。一、設計要求：MCS-51單片機的步進電機控制系統(tǒng)設計。要求步進電機為三相反應式步進電機，能夠正反轉。步進電機控制系統(tǒng)的發(fā)展狀況及現(xiàn)狀步進電機是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號轉變?yōu)橄鄳慕俏灰苹蛑本€位移。由于它獨特的工作原理以及有利于設備向小型化和低成本方向發(fā)展，故被廣泛地應用于眾多領域并得以高速發(fā)展。作為一種執(zhí)行元件，一般的數(shù)字電路信號能量遠遠不足以驅動步進電機運轉。多年來，隨著電子技術的不斷發(fā)展，步進電機控制系統(tǒng)的驅動電路也得到了大力發(fā)展。最初使用在驅動電

3、路中的功放元件是可控硅。作為一種脈沖觸發(fā)的開關器件，它突出的特點是輸入功率小而輸出功率大、耐壓高以及成本低。因此，以可控硅作為功率器件的驅動器曾一度占領主流市場。但是，可控硅驅動器觸發(fā)關斷困難、線路比較復雜，容易引起誤觸發(fā)，導致其可靠性差，另外也不便于維護和調試。隨著大功率晶體管的迅猛發(fā)展，可控硅驅動器逐漸退出了歷史舞臺。晶體管驅動器具有調試容易、控制方便、元件損耗小以及開關速度快等優(yōu)點，由于晶體管驅動器采用先進的設計理念，其開關特性和耐壓能力以及過流能力有了很大的改進，因而在近年成為大部分驅動器的末級功放元件。步進電機驅動軟件的發(fā)展狀況：在微型計算機出現(xiàn)以前，步進電機的控制完全由硬件實現(xiàn)。如

4、環(huán)形分配器。環(huán)形分配器由多個標準數(shù)字集成電路按邏輯真值表組合而成，不同類型的電機、不同的工作方式就需要不同的環(huán)形分配器，在設備更新以及調整中具有非常大的局限性。而隨著單片機尤其是以MCS-51系列單片機的迅速普及，基于以軟件為核心的通用環(huán)形分配器得以廣泛的運用。這種環(huán)形分配器只需通過更換軟件即可適應不同的電機，從而大大的節(jié)省了成本，更給設備的更新改進提供了很大的方便。隨著自動控制技術、計算機通信技術以及微型計算機技術的高速發(fā)展，步進電機控制系統(tǒng)也將邁入數(shù)字化、自動化、智能化的控制的方向。硬件設計步進電機控制系統(tǒng)原理單片機步進電機控制系統(tǒng)主要由單片機系統(tǒng)、功率放大器以及步進電機組成。單片機系統(tǒng)代

5、替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進電機控制器把并行的二進制碼轉換成串行脈沖序列，并實現(xiàn)方向控制；功率放大器是把單片機系統(tǒng)輸出的脈沖序列放大以驅動步進電機轉動；常用的步進電機有三相、四相、五相、六相四種，下面以三相步進電機為例介紹其工作原理。 三相步進電機定子上有6個磁極，每兩個相對磁極上繞有一相繞組，定子的三相繞組即為控制繞組，以A、B、C表示，定子兩個磁極之間的夾角為60。轉子上沒有繞組，它上面有40個矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個齒之間的夾角為9。當某相繞組通電時，相應的兩個磁極就分別形成N-S極，產生磁場，并與轉子形成磁路。如果這時定子的小齒與轉子的小齒沒有對齊，則在磁場的作用下，轉子將轉動一定的角度，使

6、轉子齒與定子齒對齊，從而使步進電機向前走一步。三相步進電機有3種工作方式: = 1 * GB2 單三拍 = 2 * GB2 雙三拍 = 3 * GB2 三相六拍如果按上述3種通電方式和通電順序進行通電，則步進電機正向轉動，如果通電順序與上述順序相反則反向轉動。步進電機的方向控制方法是： = 1 * GB2 用單片機輸出接口的每一位控制一相繞組。如用AT89C51單片機控制步進電機時，可用P0.0、P0.1、P0.2分別接至步進電機A、B、C三相繞組。 = 2 * GB2 根據(jù)所選定的步進電機及控制方式，寫出相應控制方式的數(shù)學模型。在上述三種通電方式中本人采用第三種（三相六拍）通電方式，其控制方

7、式的數(shù)學模型如下：步進電機控制系統(tǒng)硬件設計。通過對步進電機工作原理進行分析，當用單片機控制步進電機時，可以方便的控制步進電機按任何一種可行的通電方式進行控制。典型的控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：其硬件圖如下所示：由上圖可知，由于被控制的步進電機要求的電壓以及電流較大，而單片機P口的驅動能力非常有限，故需在單片機P0口加一個74LS04驅動器方能將單片機發(fā)出的脈沖序列放大，以使電機繞組的驅動電流達到電機的工作電流。主要硬件選擇單片機的選擇： 選用AT89C51單片機（1個） 其特性如下： = 1 * GB2 面向控制的8位CPU; = 2 * GB2 一個片內振蕩器和時鐘產生電路，振蕩頻率為024

8、MHz； = 3 * GB2 片內4 KB Flash ROM程序存儲器 = 4 * GB2 128 B的片內數(shù)據(jù)存儲器； = 5 * GB2 可尋址64 KB 的片外程序存儲器和片外數(shù)據(jù)存儲器控制電路； = 6 * GB2 2個16位定時/計數(shù)器； = 7 * GB2 4個并行I/O口，共32條可單獨編程的I/O線； = 8 * GB2 5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級； = 9 * GB2 一個全雙工的異步串行口； = 10 * GB2 21個特殊功能寄存器； = 11 * GB2 具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電保護方式。驅動器：74LS04 （1個）復位芯片：TLC7705（1個）步進電機

9、控制系統(tǒng)軟件設計完成了系統(tǒng)硬件的設計，要使步進電機正常工作還需要軟件的支持。硬件系統(tǒng)只有運行程序才能產生電脈沖驅動電機運轉。根據(jù)步進電機的工作原理，編寫出步進電機控制系統(tǒng)的程序流程圖如下圖所示： = 1 * GB3 主程序流程圖： = 2 * GB3 主程序ORG 000HLJMP MAINORG 000BHJLMP T0-KINORG 0050HMAIN: MOV P0.0，#00H ;系統(tǒng)初始化 MOV P0.1，#0FFH MOV 40H,#0 MOV 41H,#0 MOV P3，#10000000B ;停止指示燈亮 MOV TMOD,#01H ;設置定時器T0;工作模式為1 MOV I

10、E,#82H ;T0開中斷 MOV TL0, ;T0裝初值 MOV TL1 SETB TR0 ;啟動T0LOOP: LCALL KS_SUB ;調用鍵盤掃描子程序LCALL DISP_SUB ;調用顯示子程序LJMP LOOP = 3 * GB3 鍵盤掃描子程序流程圖： = 4 * GB3 鍵盤掃描子程序：KS_SUB:MOV P1，#0FFHMOV A,P1CJNE A,#0FFH,KNEXT1 ;若（A）0FFH，則有;按鍵按下，轉KNEXT1,否則LJMP KNEXT ;轉子程序返回KNEXT1： LCALL DLE_SUB ;調用延時20ms子程序去抖動 CJNE A,P1,KNEXT

11、2 ;若（A）（P1），則沒;有按鍵按下轉KNEXT2 LJMP KNEXT ;否則，轉子程序返回KNEXT2： CJNE A,#11111110B,KNEXT3 ;若（A）=11111110B，;停止鍵按下 MOV 40H,#0 ;設置電機控制標志為停止 LJMP KNEXTKNEXT3： CJNE A,#11111101B,KNEXT4 ;若(A)=11111101B，則;正轉鍵按下 MOV 40H,#1 ;設置電機控制標志為正轉 LJMP KNEXTKNEXT4： CJNE A,#11111011B,KNEXT ;若(A)=11111011B;則反轉鍵按下 MOV 40H,#2 ;設置電

12、機控制標志為反轉 LJMP KNEXTKNEXT: RET = 5 * GB3 顯示子程序流程圖： = 6 * GB3 顯示子程序：DISP_SUB: MOV P2，#00H ;初始化 MOV A,40H ;去點擊控制標志 CJNE A,#0，DNEXT1 ;若(A)=0電機停止 MOV P2，#80H ;停止燈亮 LJMP DNEXTDNEXT1： CJNE A,#1，DNEXT2 MOV P2，#40H ;正轉燈亮 LJMP DNEXTDNEXT2: MOV P2,#20H ;反轉燈亮DNEXT: RET = 7 * GB3 中斷控制電機子程序流程圖： = 8 * GB3 KZ_SUB:

13、MOV TL0,0C7H MOV TH0，OFEH MOV A,#41H MOV A,#5，ZNEXT1 MOV A,#0 LJMP ZNEXT2ZNEXT1： INC AZNEXT2： MOV 41H,A PUSH ACC MOV A,40H CJNE A,#1，ZNEXT3 MOV DPTR,#ZRUN_TAB LJMP ZNEXT4ZNEXT3: CJNE A,#2，ZNEXT MOV DPTR,#FRUN_TABZNEXT4：POP ACC MOVC A,A+DPTR MOV P0，AZRUN_TAB: DB 01H,03H,02H,06H,04H,05HZRUN_TAB: DB 05

14、H,04H,06H,02H,03H,01H設計總結與心得當今信息科學技術日新月異，以通信技術為代表的電子信息類專業(yè)知識更新尤為迅猛。而在眾多電子信息技術中，單片機的出現(xiàn)絕對是計算機發(fā)展史上的一個重要里程碑，開辟了嵌入式計算機領域。目前單片機已經成為了工控領域、軍事領域及日常生活中應用最廣泛的計算機。懂得了單片機技術如此重要，在做本次單片機步進電機控制系統(tǒng)的設計時我也盡自己最大的努力盡量將設計任務做得較好。但由于本人弱電基礎薄弱，在設計過程中遇到了非常多的困難，好在可以請教同學、從圖書館參考相關書籍以及從網上查找相關資料，最后終于完成了一個能實現(xiàn)最基本控制功能的單片機控制系統(tǒng)。雖然與其他優(yōu)秀的同學做的設計相比，我的設計顯得相對簡陋。但是從一步一步的設計中走過來，還是學到了很多的知識。對于前面學過的單片機知識又重新溫習了一遍，也弄懂了很多原來沒有弄懂的問題。更重要的是，通過這次設計，我第一次進行了比較全面的單片機系統(tǒng)設計。從硬件設計到電子元器件的選擇到軟件的設計，將本學期學過的單片機知識連貫性、系統(tǒng)性運用到實際案例中。對平時所學的理論知識有了更進一步的理解，也提高了對理論知識的實際運用能力。另外，通過本次設計，我對國內外單片機的現(xiàn)狀