基于單片機的步進電機轉(zhuǎn)速控制

電子設(shè)備市場調(diào)查和系統(tǒng)設(shè)計實踐報告電子設(shè)備市場調(diào)查與系統(tǒng)設(shè)計實踐說明：出席(10)手記(10)流程(40)報告(30)回答(10)總成績(100)專業(yè)化：* * *類級別：姓氏：學(xué)號：指導(dǎo)教師：* * * * *大學(xué)* * * * *大學(xué)* * * *年* *月* *日步進電動機調(diào)速及正負控制系統(tǒng)1系統(tǒng)要求步進電機是用電脈沖信號控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角度位移或線位移的微電機，可以在較大的頻率范圍內(nèi)改變脈沖頻率，進行速度調(diào)節(jié)、快速啟動停止、正向反轉(zhuǎn)控制和制動等，其本身構(gòu)成的開環(huán)系統(tǒng)簡單、便宜、可行，因此在打印機等辦公自動化設(shè)備及各種控制設(shè)備等方面具有非常廣泛的應(yīng)用，這是最明顯的。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，對步進電機的需求與日俱增，開發(fā)步進電機驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)非常重要?；趩纹瑱C控制的步進電機設(shè)計主題是基于單片機的控制模塊，是電機啟動停止、正向和調(diào)速目的的設(shè)計課題。在課題設(shè)計之前，通過網(wǎng)絡(luò)了解了當(dāng)前步進電機的發(fā)展情況和發(fā)展前景。此外，了解當(dāng)今最先進的步進電動機所具有的功能，可以很容易地為主題設(shè)計提供參考和參考。最后，通過方框圖的形式，以最直觀的方式建立了整個任務(wù)設(shè)計的流程和要求。1.1設(shè)計目的電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)設(shè)計實踐是本專業(yè)重要的實踐教學(xué)，強調(diào)了實際應(yīng)用技術(shù)訓(xùn)練。結(jié)合自動化專業(yè)系列課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)對電子設(shè)備的認識，鍛煉市場調(diào)查能力，深化自動化專業(yè)系列課程的知識。通過課程設(shè)計鏈接培養(yǎng)學(xué)生與人交流獨立思考和處理問題的能力。1.2設(shè)計內(nèi)容和要求在本次課程設(shè)計中，我們選擇了使用單片機控制步進電動機驅(qū)動的四相步進電動機。步進電機是將電脈沖轉(zhuǎn)換成角度位移的執(zhí)行機制。步進驅(qū)動器接收到脈沖信號后，推動步進電動機在指定方向旋轉(zhuǎn)一定角度(稱為“步進角度”)，其旋轉(zhuǎn)以一定角度一步一步地運行。為了精確定位，可以通過控制脈沖數(shù)來控制角度位移。同時，通過控制脈沖頻率，可以控制電機旋轉(zhuǎn)的速度和加速度，達到調(diào)速目的。這個過程旨在通過改變脈沖頻率來調(diào)整步進電機的速度，通過數(shù)字管顯示其速度水平。另外，通過單片機實現(xiàn)正向反轉(zhuǎn)，步進電機可以利用沒有累積誤差(100%)的特性，作為廣泛用于各種開環(huán)控制的特殊電機。2系統(tǒng)程序和原理2.1系統(tǒng)設(shè)計步進電動機調(diào)速系統(tǒng)主要具有電動機啟動停止、調(diào)速、正向反轉(zhuǎn)控制和顯示功能，現(xiàn)在步進電動機速度控制系統(tǒng)實現(xiàn)的所有功能的具體步驟如下：(1)步進電機啟動和停止功能。單片預(yù)設(shè)初始值、預(yù)設(shè)初始值脈沖發(fā)送到驅(qū)動器，驅(qū)動步進電動機以預(yù)設(shè)的最低速度運行。(2)步進電機調(diào)速功能。將不同頻率和脈沖寬度生成的脈沖信號輸入驅(qū)動器后，驅(qū)動電動機將在單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)多個步長角度距離。(3)步進電機轉(zhuǎn)向控制。通過改變步進電動機繞組的電源相順序，改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)步進電動機的正向反轉(zhuǎn)控制功能。(4)重置功能。重置單片機，將單片機輸出的脈沖重置為預(yù)設(shè)初始值，使步進電機以預(yù)設(shè)最低速度運行。(5)顯示器功能。設(shè)定步進馬達的目前速度和旋轉(zhuǎn)，以在4位元數(shù)位管上顯示。2.2自動澆注系統(tǒng)原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角度位移或線位移的開環(huán)控制元件。沒有過載的情況下，電動機的速度、停止位置可能取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不管負載變化如何。也就是說，向馬達添加脈沖信號，馬達轉(zhuǎn)動一步距離角。伴隨著這種線性關(guān)系的存在，步進電機的特點是只有周期性誤差，沒有累積誤差。在速度、位置等控制領(lǐng)域，用步進電動機控制非常簡單。通常步進電動機轉(zhuǎn)動的總角度與輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時，電機的速度也與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。系統(tǒng)由單片機控制，整體設(shè)計的電壓為5v，電動機的電壓也必須為5v，因此本實驗以28BYJ-48步進電動機為設(shè)計對象，選擇步進電動機28BYJ48 4相8位電動機，電壓為DC5VDC12V。步進電機施加一系列連續(xù)控制脈沖時，可以連續(xù)旋轉(zhuǎn)。每個脈沖信號對應(yīng)于步進電動機的一相或二相繞組的電源狀態(tài)改變一次，或者轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)特定角度(一步角)。通電狀態(tài)的變化導(dǎo)致循環(huán)結(jié)束時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動螺距。方塊圖如圖1所示。圖1步進電動機控制系統(tǒng)方框圖3市場調(diào)查和硬件設(shè)計3.1市場研究仔細分析了主題所需的功能后，進行了系統(tǒng)設(shè)計。模擬方案，對所需元件進行市場調(diào)查后，通過塔巴店、天貓購物、實體店等不同途徑進行比較分析，最佳方案是通過塔巴店購買零部件。主要組件如圖1所示。表1硬件電路板主要組件序號名字型號數(shù)單價(元)1數(shù)碼管3641BS公養(yǎng)11.602電容器100uf/25V10.0410uf/25V10.0430pf/50V20.013電源接頭DC-013直接連接10.034觸控開關(guān)6*6*5插值50.035電阻10K10.021K80.016發(fā)光二極管LED指示燈40.057步進電動機28BYJ4813.258晶體管855040.069微控制器STC89C51RC12.8010馬達驅(qū)動ULN200310.7511插座深4010.25DIP1610.1512晶振DS12.000MHz10.21通過硬件電路構(gòu)建后，完成物理電路板的焊接過程后，請參閱附錄a以了解物理圖。3.2電路線路圖從控制系統(tǒng)的大小和復(fù)雜性開始，必須考慮單片機的基本參數(shù)和增強功能。前者往往需要考慮芯片的速度、ROM容量、I/O插腳數(shù)和操作電壓(1.8V/3V/5V)等，后者則需要考慮是否有看門狗、雙指針、雙串行端口、實時時鐘、CAN接口、SPI接口、USB接口等附加模塊該設(shè)計的控制對象包括超聲波、聲光報警、低復(fù)雜度、低成本通用單片機芯片，僅滿足要求。P0端口是4位數(shù)字管段。P1.0定義步進電動機啟動停止鍵，P1.1定義步進電動機正向反轉(zhuǎn)鍵，P3.0定義步進電動機加速鍵，P3.1定義步進電動機減速鍵，P2.0，P2.1，P2.2，P2.3是4位一體數(shù)碼管的位選擇。P2.7、P2.6、P2.5、P2.4為脈沖信號輸入端定義，如圖2所示。圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖4硬件調(diào)試和分析4.1 Proteus軟件模擬在Proteus模擬軟件(圖2所示的硬件電路圖)中，可以設(shè)計電路，通過模擬軟件將電路與編譯的程序組合在一起，驗證周圍電路設(shè)計是否正確，程序編譯是否正確，軟件和硬件是否工作正常，如果模擬電路沒有問題，實現(xiàn)設(shè)計要求，則可以在實際電路中焊接實際電路。選擇了單片機模擬軟件Proteus8.2模擬和Keil4編譯。有關(guān)源代碼，請參閱附錄b。4.2鍵電路密鑰操作顯示了步進電動機在4位數(shù)字管上的旋轉(zhuǎn)速度和方向切換，如圖3所示。圖3鍵電路圖4.3顯示電路土壤濕度和預(yù)設(shè)上限和下限顯示在液晶屏上，如圖4所示。圖4步進電動機速度向前4.4驅(qū)動程序電路STC89C51RC上的P2端口用作驅(qū)動電路的控制針，P2輸入到較高水平時，其輸出為0，LED指示燈亮，步進電動機旋轉(zhuǎn)，泵運行；當(dāng)P2端口輸入到較低級別時，其輸出為1，LED指示燈熄滅，步進電動機停止旋轉(zhuǎn)，如圖5所示。圖5驅(qū)動程序電路5摘要將理論設(shè)計轉(zhuǎn)換為實物的全過程，包括電路設(shè)計、分析計算、電路圖繪制、焊接電路、檢驗調(diào)試、軟件過程控制設(shè)計分析、調(diào)試軟件編寫、對整個硬件和軟件系統(tǒng)的寫軟件調(diào)試。其中，對整個系統(tǒng)的事前準(zhǔn)備必須確定優(yōu)先順序。例如，控制什么，使用什么控制，得到什么結(jié)果，每個部分選擇特定的芯片以優(yōu)化系統(tǒng)。通過本主題，一方面回顧數(shù)據(jù)，了解STC89C51單片機控制的一些基本技術(shù)，掌握其控制系統(tǒng)的分析方法和實現(xiàn)方法，系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握單片機外圍電路設(shè)計；另一方面，設(shè)計步進電機控制系統(tǒng)的硬件電路、控制程序及相應(yīng)的電路圖時，要充分利用口語學(xué)習(xí)知識，善于思考、思考、分析。我們的學(xué)習(xí)是以書本為基礎(chǔ)，解決理論和實際教學(xué)中的實際問題的目的，也是實踐的結(jié)合，理論問題，即實踐課題，解決問題就是課堂研究，學(xué)生自己是專家，用自己的手解決問題比用頭腦解決問題更深。學(xué)習(xí)要采用理論與實踐相結(jié)合的方式，理論的問題，即實踐的課題。這種方法不僅有助于理論知識的整合，而且有助于主導(dǎo)實踐，解決實際問題，加強我們的實踐能力和解決問題的能力?？忌膫?王思明，張金民，茍郡年。單片機原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M。北京：科學(xué)出版社2012。2周潤京，劉曉霞?；赑ROYEUS的回路設(shè)計、仿真和電路板M。北京：電子產(chǎn)業(yè)出版社2013.8。3潭虎江。c語言編程。清華大學(xué)出版社M.2005.07。4張一剛，MCS-51單片機應(yīng)用設(shè)計M。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社. 2004。柳樂熙。電腦電腦介面技術(shù)與應(yīng)用M。華中科技大學(xué)出版社. 2005.08。6馮寶珍。微機原理和接口技術(shù)M。清華大學(xué)出版社。2004.6附錄a實物圖表附錄b源代碼#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define led P0/選擇數(shù)字段#define haha P2sbit S1=P1 0；sbit S2=P1 1；sbit S3=P3 0；sbit S4=P3 1；/鍵定義，S1正向，S2反向，S3加1，S4減1Sbit wei3=P2 3Sbit wei2=P2 2Sbit wei1=P2 1Sbit wei0=P2 0/定義數(shù)字管道位選擇sbit a=P2 7；sbit b=P2 6；sbit c=P2 5；sbit d=P2 4；/定義脈沖信號輸入Uchar code display 11=0xxc0，0xf9，0xa4，0xb0，0x99，0x92，0x82，0xf8，0x80，0x90，0x 90/總量數(shù)字管驅(qū)動信號0 - 9，未顯示uchar code time _ counter102= 0x da，0xx1c，0xde，0xe4，0xe1，0xec，0xed，0xa4，0xf1，0xx8c，0xf5，0x74，0xf9，0xx5c，0xfc，0x18 Uchar code qudong 8=0x80，0xc0，0x40，0x60，0x20，0x30，0x10，0x 90 ；uchar nu m1=0；/控制勵磁信號變量uchar num 2=8；uchar k=1；/加減齒輪控制，1是最小文件位元旗標(biāo)1=0；/初始正數(shù)，正反轉(zhuǎn)旗標(biāo)Uchar buf4=0，10，10，1 ；/數(shù)碼管顯示緩存、旋轉(zhuǎn)、不顯示、顯示1文件位、高-低/=計時器0/1初始化函數(shù)=Void T0_T1_init()TMOD=0x11/計時器0/1均以方法1，16