基于8255的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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基于8255的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、試驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的與要求

通過步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，用8255擴(kuò)展端口控制步進(jìn)電機(jī)，編寫程序輸出脈沖序列到8255的PA口，控制步進(jìn)電機(jī)正傳，反轉(zhuǎn)，加速，減速。進(jìn)一步把握微機(jī)原理與接口的理論和實(shí)際方法。培養(yǎng)和鍛煉開發(fā)控制系統(tǒng)的能力。為今后單片機(jī)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。

要求了解步進(jìn)電機(jī)控制的基本原理，把握控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動的編程方法，進(jìn)一步了解單片機(jī)控制外部設(shè)備的常用電路。二、步進(jìn)電機(jī)原理1.步進(jìn)電機(jī)的工作原理

該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按適合的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。圖1是該四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。

圖1四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖

開始時，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號

微機(jī)原理與接口綜合試驗(yàn)

齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪番供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。

四相步進(jìn)電機(jī)依照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示：

a.單四拍b.雙四拍c八拍2.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動原理

步進(jìn)電動機(jī)是一種數(shù)字元件，易于數(shù)字電路接口，但一般數(shù)字電路的信號的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。因此，必需有一個與之匹配的驅(qū)動電路來驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。對步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動一般有如下要求：

(1)能夠提供較快的電流上升和下降速度，使電流波形盡量接近矩形。(2)具有供截止期間釋放電流流通的回路，以降低繞組兩端的反電動勢，加

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

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圖2.步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖微機(jī)原理與接口綜合試驗(yàn)

快電流衰減。

(3)具有較高的功率及效率。步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動方式好多，如單極性驅(qū)動、雙極性驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、斬波驅(qū)動、細(xì)分驅(qū)動、集成電路驅(qū)動等。

三、步進(jìn)電機(jī)的控制1.ULN2023

由于集成電路集驅(qū)動和保護(hù)于一體，作為小功率步進(jìn)電動機(jī)的專用驅(qū)動芯片，ULN2023是高耐壓、大電流達(dá)林頓羅列，由七個硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：

ULN2023的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K的基極電阻,在5V的工作電壓下它能與TTL

..1234567GNDI1Q1I2Q2I3Q3I4Q4I5Q5I6Q6I7Q7GNDVCCULN2023ACBD1211109..CMOS電路直接相連，可以直接處理原先需

要標(biāo)準(zhǔn)規(guī)律緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2023工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。

ULN2023A在各種控制電路中常用它作為驅(qū)動繼電器的芯片，其芯片內(nèi)部做了一個消線圈反電動勢的二極管。ULN2023的輸出端允許通過IC電流200mA，飽和壓降VCE約1V左右，耐壓BVCEO約為36V。輸出電流大，故可以用來直接驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)2微機(jī)原理與接口綜合試驗(yàn)

項(xiàng)目符號最大輸入電壓Vi(max)集電極-發(fā)射極電壓Vo(max)最大基極輸入電流IB(MAX)輸出電流Io貯存溫度Ts結(jié)溫Tj引線耐焊接溫度TD數(shù)值305025500-65～150175300單位VVmAmA℃℃℃2、脈沖的形成

實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制,微機(jī)應(yīng)能輸出有一定周期的控制脈沖。步驟是:先輸出一個高電平,延時一段時間后,再輸入一個低電平,然后再延時。改變延時時間的長

試驗(yàn)設(shè)計(jì)3微機(jī)原理與接口綜合試驗(yàn)

短,即可改變脈沖的周期,脈沖的周期由步進(jìn)電機(jī)的工作頻率確定。用軟件形

成環(huán)形脈沖的程序流程圖3、正反轉(zhuǎn)控制

步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和內(nèi)部繞組的通電順序及通電方式有密切關(guān)系。通過改變各相脈沖的先后順序，就可以改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向.

4、轉(zhuǎn)速控制

控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度,實(shí)際上是控制系統(tǒng)發(fā)出時鐘脈沖的頻率或換相的周期,即在升速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸增加;在減速過程中,使脈沖的輸出頻率逐漸減少。脈沖信號的頻率可以用軟件延時和硬件中斷兩種方法來確定。

采用軟件延時,一般是根據(jù)所需的時間常數(shù)來設(shè)計(jì)一個子程序,該程序包含一定的指令,設(shè)計(jì)者要對這