步進(jìn)電機(jī)及仿真

1、 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 基于Protues的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) 姓 名： 柴文峰 學(xué) 號(hào)： 1005072008 專 業(yè)： 自動(dòng)化(1)班 授課老師： 丁健老師 日 期： 2013/6/20 目錄引言11設(shè)計(jì)電源12.四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)12.1步進(jìn)電機(jī)12.2步進(jìn)電機(jī)的控制12.3步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程13電路圖設(shè)計(jì)23.1AT89c52的概述23.2最小系統(tǒng)23.3復(fù)位電路23.4控制電路33.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路34程序設(shè)計(jì)34.1 主程序框圖34.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖44.3 控制開(kāi)關(guān)輸入程序框圖55結(jié)束語(yǔ)6參考文獻(xiàn)7附錄A 源程序8附錄B10 基于Proteus的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿

2、真設(shè)計(jì)引言 通過(guò)控制AT89c52芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。具體功能主要是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速。具體工作過(guò)程是：給作品通電后，步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)方式轉(zhuǎn)動(dòng)。調(diào)整正反轉(zhuǎn)按鈕，步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換；按下加速開(kāi)關(guān)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快；按下減速開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)具體用到的儀器：AT89C52芯片、開(kāi)關(guān)單元、四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)等。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)具體電路單元有：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)連接電路、開(kāi)關(guān)連接電路1。1設(shè)計(jì)電源AT89C51單片機(jī)需要的電源是5v直流電源，我們所用的電是220V50HZ，這要需要交流電源220V轉(zhuǎn)換5V直流電源，利用變壓器的原理220v進(jìn)行降壓，單

3、片機(jī)控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用7805系列三端穩(wěn)壓器件，通過(guò)全波整流，然后進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行濾波穩(wěn)壓，使用電容濾去交流，電路如圖1.1所示。 圖1.1 電源設(shè)計(jì)圖2 四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)2.1步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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2。2.2步進(jìn)電機(jī)的控制(1)換相順序控制： 通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D,通電控制脈沖必須嚴(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)向控制:如果給

4、定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度控制: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)脈沖，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)得越快3。2.3步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程 開(kāi)關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開(kāi)，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開(kāi)關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開(kāi)時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞

5、組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng),如圖2.3(a)所示。圖2.1 步進(jìn)電機(jī)工作原理圖 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，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(dòng)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(dòng)力矩又可以提高控制精度4。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.2所示： a.單四拍 b. 雙四拍 c.八拍圖2.2 步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖對(duì)步進(jìn)電機(jī)四個(gè)繞組依次實(shí)現(xiàn)如下方式的循環(huán)通電控制：?jiǎn)嗡呐倪\(yùn)行：正轉(zhuǎn)A-B-C-D；反轉(zhuǎn)

6、D-C-B-A；雙四拍運(yùn)行：正轉(zhuǎn)AB-BC-CD-DA；反轉(zhuǎn)DC-CB-BA-AD；四相八拍運(yùn)行：正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。 本設(shè)計(jì)使用的是四相八拍控制5。3電路圖設(shè)計(jì)3.1 AT89C52的概述AT89S52單片機(jī)是ATMEL公司推出的高檔型AT89S系列單片機(jī)中的增強(qiáng)型產(chǎn)品。關(guān)于其功能原理及其應(yīng)用不再贅述。這里只介紹本設(shè)計(jì)用到的端口和功能6。P1口：用戶使用的通用I/O口，8位準(zhǔn)雙向，編程和校驗(yàn)時(shí)，可做為高8位地址線；P1.0和P1.1引腳另有第二功能。P3口：8位準(zhǔn)雙向I/O口。RST:復(fù)位信號(hào)輸入端，高電平有效。EA：訪問(wèn)芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲(chǔ)器的選擇信號(hào)。XTA

7、L1,XTAL2:芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端和輸入端7。3.2最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，就是用最少的元件組成的單片機(jī)可以工作的系統(tǒng)，對(duì) 52系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)、復(fù)位電路、晶振電路8。3.3復(fù)位電路復(fù)位電路采用手動(dòng)復(fù)位和上電自動(dòng)復(fù)位。上電自動(dòng)復(fù)位：在單片機(jī)上電的瞬間，RC電路充電，由于電容上電電壓不能突變，所以RST引腳出現(xiàn)高電平，RST引腳出現(xiàn)的高電平將會(huì)隨著對(duì)電容C的充電過(guò)程而逐漸回落9。手動(dòng)復(fù)位：當(dāng)按下復(fù)位按鈕時(shí)，RST出現(xiàn)高電平，實(shí)現(xiàn)復(fù)位。如圖3.3所示。圖3.1 復(fù)位電路3.4控制電路開(kāi)關(guān)和P3口相連，開(kāi)關(guān)1、2、3、4來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)

8、，速度的加減。如圖3.4所示。圖3.2 控制電路3.5電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D通過(guò)L297和L298接到89C51管腳上，如圖3.5所示。 圖3.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 4程序設(shè)計(jì)4.1 主程序框圖系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速、電機(jī)減速這幾個(gè)部分組成，其主程序框圖如圖4.1所示10。聲明定義定時(shí)器初始化函數(shù)設(shè)置定時(shí)器工作方式啟動(dòng)定時(shí)器 初始化所有存儲(chǔ)單元調(diào)用按鍵子程序聲明定義按鍵處理函數(shù)電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)調(diào)用定時(shí)器函數(shù)程序等待開(kāi)始中斷響應(yīng)圖4.1 主程序流程圖4.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?使用update等待正轉(zhuǎn)部分: 送P4口不同的值，從而

9、改變電機(jī)電源的相序，是電機(jī)正轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流程圖如圖4.2（a）所示11。圖4.2(a) 電機(jī)正轉(zhuǎn)流程圖反轉(zhuǎn)部分:送P3.5口不同的值，從而改變電機(jī)電源的相序，是電機(jī)反轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程圖如圖4.2(b)所示。開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?Down date等待 圖4.2(b) 電機(jī)反轉(zhuǎn)流程圖加速部分: 當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下加速開(kāi)關(guān)，調(diào)用加速程序，是電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一部的延時(shí)時(shí)間變短，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速，流程圖如圖4.2（c）所示。開(kāi)始延時(shí)

10、有外部中斷?速度增加等待圖4.2(c) 電機(jī)加速流程圖 開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?速度減小等待減速部分: 當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下減速開(kāi)關(guān)，調(diào)用加速程序，是電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一部的延時(shí)時(shí)間變長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的減速，流程圖如圖4.2（d）所示。 圖4.2（d） 電機(jī)減速流程圖4.3 控制開(kāi)關(guān)輸入程序框圖用于判斷P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，如圖4.3所示。 調(diào)用按鍵子程序P3.1？電機(jī)正轉(zhuǎn)電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)反轉(zhuǎn)P3.1？P3.1？P3.1？圖4.3 控制開(kāi)關(guān)輸入流程圖5結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)了為期兩個(gè)星期的努力，我們基本完成了本次實(shí)驗(yàn)。期間參考了網(wǎng)上相關(guān)資料，上屆學(xué)長(zhǎng)們的課程設(shè)計(jì)論文，以及查閱了相關(guān)設(shè)

11、計(jì)原理圖。最大的感受就是做好課程設(shè)計(jì)，不僅要細(xì)心，更要有耐心，而且富有責(zé)任心。細(xì)心能避免自己的錯(cuò)誤，而需要大量重新計(jì)算，浪費(fèi)精力和時(shí)間。耐心就是得堅(jiān)持做下去，一步一步做下去，雖然還有好些問(wèn)題不大懂，理解不透，但是自己堅(jiān)持下來(lái)了，就是最大的勝利而在課程設(shè)計(jì)期間，使我對(duì)Proteus和Kile這兩個(gè)軟件的使用更加熟悉，這也為我們以后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)中，對(duì)于其中過(guò)程的步驟該如何進(jìn)行的考慮，鍛煉我們處理事情的能力。同時(shí)在這次設(shè)計(jì)，我也學(xué)到了做事情要一步一個(gè)腳印，細(xì)心處理每個(gè)數(shù)據(jù)，這樣才可以順利地完成設(shè)計(jì)。作為一名自動(dòng)化專業(yè)的學(xué)生，希望多學(xué)點(diǎn)這方面的知識(shí)，或許設(shè)計(jì)方面不是很在行，但原理，設(shè)計(jì)方向

12、有一定的認(rèn)識(shí)對(duì)將來(lái)還是比較好的。總之，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，自己還是有收獲的，希望自己以后做任何事都要有這態(tài)度。參考文獻(xiàn)1 肖景和.555集成電路應(yīng)用精粹M.北京:人民郵電出版社,2007,9:1,3-12.2 余孟嘗.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程(第二版)M.北京:高等教育出版社,1999:268-341,371-390.3 趙負(fù)圖.數(shù)字邏輯集成電路手冊(cè)M.北京:化學(xué)出版社,2004.11:268-278,550-553.4 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2003.2:19-58.5 宋衛(wèi)星.計(jì)算機(jī)彩色顯示器信號(hào)源J.現(xiàn)代電子技術(shù),2006,(5):122-129.6 任典毅.最新

13、顯示器電路原理與維修技術(shù)M.北京:電子工業(yè)出版社,2001.2:14-40.7 Marcus Nadenau.Integration of human colour vision models high quality image compression D.Signal Processing Laboratory,Swiss Federal Institute of Technology,Switzerland,2000.8 Guihua Cui,M. R. Luo, B. Rigg et a1.Colour-differnce evaluationr using CRT colours.p

14、art I:date gathering and testing colour differenc formulaeJ.Col.Res.Appl., 2001.9 陳有卿,葉桂娟.555時(shí)基電路原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:電子工業(yè)出版社,2007,9:1-18.10 黃曉春.555定時(shí)器原理及應(yīng)用J.電子制作,1997,(1):21.11 宋衛(wèi)星,孫彥清.微機(jī)彩色顯示器與彩色電視機(jī)的差異J.高校學(xué)術(shù)研究論文選,1998,4:519-523.附錄A 源程序/#include #include #include #include #define uint unsigned int#define uc

15、har unsigned char/正轉(zhuǎn)值#define RIGHT_RUN 1/反轉(zhuǎn)值#define LEFT_RUN 0#define RS P2_0#define RW P2_1#define E P2_2uchar SpeedChar=SPEED(n/min):;uchar StateChar=STATE:;uchar AngleChar=AL:0.9;uchar STATE_CW=CW ;uchar STATE_CCW=CCW;uchar SPEED3=050;uint RunSpeed=50;/速度uchar RunState=RIGHT_RUN; /運(yùn)行狀態(tài)uchar flag=

16、0;/=void DoSpeed() SPEED0=(RunSpeed/100)+0; SPEED1=RunSpeed%100/10+0; SPEED2=RunSpeed%10+0;/=void init()/*定時(shí)器設(shè)置*/TMOD=0x66; /定時(shí)器0，1都為計(jì)數(shù)方式；方式2；EA=1;/開(kāi)中斷TH0=0xff;/定時(shí)器0初值FFH；TL0=0xff;ET0=1;TR0=1;TH1=0xff;/定時(shí)器1初值FFH；TL1=0xff;ET1=1;TR1=1;IT0=1;/脈沖方式EX0=1;/開(kāi)外部中斷0:加速I(mǎi)T1=1;/脈沖方式EX1=1;/開(kāi)外部中斷1:減速 /中斷0:加速程序voi

17、d SpeedUp() interrupt 0 using 2 if(RunSpeed=12) RunSpeed=RunSpeed-2; /中斷1:減速程序void SpeedDowm() interrupt 2 using 3 if(RunSpeed=600) RunSpeed=RunSpeed+2; /定時(shí)器1中斷:反轉(zhuǎn)void t_1(void) interrupt 3 using 1RunState=LEFT_RUN; P0_0=0;/定時(shí)器0中斷程序:正轉(zhuǎn)void t_0(void) interrupt 1RunState=RIGHT_RUN; P0_0=1; /=void ShowState() /顯示狀態(tài)與速度 DisplayListChar(0,0,SpeedChar);DisplayListChar(0x0d,0,SPEED);DisplayListChar