四相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、單片機(jī)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 四相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系 別： 自動(dòng)化工程系 專 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班級(jí)學(xué)號(hào)： 5091016 姓 名： 李建華 指導(dǎo)教師： 呂江濤 張寶健 設(shè)計(jì)時(shí)間： 2011/12/29 目錄1 概述.12 四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)2 2.1步進(jìn)電機(jī).2 2.2步進(jìn)電機(jī)的控制.2 2.3步進(jìn)電機(jī)的工作過(guò)程.23 電路圖設(shè)計(jì).4 3.1 AT89S52概述43.2 最小系統(tǒng).43.3 復(fù)位電路.53.4 撥碼電路.53.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路64 程序設(shè)計(jì).7 4.1 主程序框圖74.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖84.3 撥碼開(kāi)關(guān)輸入程序框圖.105 總結(jié).115.1心得.115.2

2、 收獲.11附錄一 源程序.12附錄二 電路原理圖.151 概述本實(shí)驗(yàn)旨在通過(guò)控制AT89S52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：給試驗(yàn)箱上電后，撥動(dòng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，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；撥動(dòng)加速開(kāi)關(guān)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，速度達(dá)到最大值，不再加速；撥動(dòng)減速開(kāi)關(guān)時(shí)，電機(jī)減速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度減到最小速度，停止減速。AT89S52單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)（驅(qū)動(dòng)）獨(dú)立按鍵鍵盤(pán)系統(tǒng)控制框圖 實(shí)驗(yàn)具體用到的儀器：AT89S52(試驗(yàn)箱上為89C58)芯片、撥碼開(kāi)關(guān)單元、四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)等硬件設(shè)備。實(shí)驗(yàn)具體電路單

3、元有：?jiǎn)纹瑱C(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)連接電路、撥碼開(kāi)關(guān)連接電路。 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 步進(jìn)電機(jī)的共組原理 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

4、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。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

5、向轉(zhuǎn)動(dòng)。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。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3.a、b、c所示： a. 單四拍 b. 雙四拍 c八拍步進(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)D-C-B-A雙四拍運(yùn)行：正轉(zhuǎn)AB-BC-CD-DA；反轉(zhuǎn)DC-CB-BA-AD八拍運(yùn)行： 正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CD-D-DA本實(shí)驗(yàn)使

6、用的是單雙八拍循環(huán)控制3 電路圖設(shè)計(jì)3.1 AT89S52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。這里只介紹本實(shí)驗(yàn)用到的端口和功能。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（此實(shí)驗(yàn)沒(méi)用到，不再介紹）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)XTAL1,XTAL2:芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端和輸入端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

7、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。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。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。3.4 撥碼電路 撥碼開(kāi)關(guān)和P3口相連，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)sw1、sw2、sw3、sw4來(lái)控制電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)、速度的加減。3.5 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路將步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D分別接到P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管腳上實(shí)物連接4 程序設(shè)計(jì) 4.

8、1 主程序框圖 系統(tǒng)分為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、電機(jī)加速、電機(jī)減速和電機(jī)停止這幾個(gè)部分組成，其主程序框圖如圖下所示 開(kāi)始初始化定義引腳數(shù)據(jù)等調(diào)用定時(shí)器函數(shù)程序聲明定義延時(shí)函數(shù)響應(yīng)中斷聲明定義定時(shí)器初始化函數(shù)聲明定義按鍵處理函數(shù)調(diào)用按鍵子程序等待電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)與停止電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)4.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖正轉(zhuǎn)部分: 送P1口不同的值，從而改變電機(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。流程圖如下 開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?使用up_date等待反轉(zhuǎn)部分:送P1口不同的值，從而改變電機(jī)電源的相序，是電機(jī)反轉(zhuǎn)，

9、數(shù)值分別為0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程圖如下開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?down_date等待加速部分: 當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下K2，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。開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?速度增加等待減速部分: 當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時(shí)候，按下K3，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。開(kāi)始延時(shí)有外部中斷?速度減小等待運(yùn)行與停止: 按下K1鍵，系統(tǒng)默認(rèn)是停止，撥動(dòng)一次是運(yùn)行，在撥動(dòng)一次是停止，即是基數(shù)次運(yùn)行，偶數(shù)次停止（一般不會(huì)撥動(dòng)N次，為了看到現(xiàn)象，就撥動(dòng)少數(shù)幾次）開(kāi)始延時(shí)有

10、外部中斷?奇數(shù)次運(yùn)行偶數(shù)次停止等待4.3 撥碼開(kāi)關(guān)輸入程序框圖用于判斷P3.1、P3.2、P3.3、P3.4， 調(diào)用按鍵子程序P3.1？運(yùn)行或停止電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)P3.1？P3.1？P3.1？5 總結(jié)5.1心得這次課程設(shè)計(jì)，歷時(shí)多天，失敗多次，不斷總結(jié)失敗的經(jīng)驗(yàn)，從中取得進(jìn)步。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白了具體怎么來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)單片機(jī)的項(xiàng)目，熟悉了流程，獲取信息的途徑。徹底的了解了單片機(jī)的用途。5.2 收獲 1、能夠?qū)⒗碚撝R(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，對(duì)理論的理解更透徹。2、對(duì)單片機(jī)C語(yǔ)言編程，有了初步的了解，為以后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。3、增強(qiáng)了自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí)，在以后的學(xué)習(xí)和工作中能夠更好的與他

11、人合作?！靖戒浺弧?源程序/*/名 稱：四項(xiàng)步進(jìn)電機(jī)的控制/功 能：實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，以及電機(jī)的轉(zhuǎn)速/指導(dǎo)老師：呂江濤 張寶健/*/#include <reg52.h> #include <absacc.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K1= P30;sbit K2= P31;sbit K3= P32;sbit K4= P33;uchar speed=0; /定義轉(zhuǎn)速變量,初始值為25 uchar k=0; /用來(lái)記錄驅(qū)動(dòng)數(shù)組的位數(shù)bit flagcon= 0; /定義正反轉(zhuǎn)uchar

12、 code up_data8 = 0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9;/正向驅(qū)動(dòng)數(shù)組 uchar code down_data8= 0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8;/反向驅(qū)動(dòng)數(shù)組 uchar code motor_h= 0x9e,0xae,0xba,0xc3,0xc9,0xcf,0xd3,0xd7,0xda,0xdd, 0xdf,0xe1,0xe3,0xe4,0xe6,0xe7; /步進(jìn)電機(jī)計(jì)數(shù)值TH1高位表uchar code motor_l=0x58,0xa2,0x3c,0x1a,0xbe,0x2c

13、,0xad,0x4c,0x6c,0x1e, 0x76,0x7e,0x4a,0xe4,0xc1,0x96; /步進(jìn)電機(jī)計(jì)數(shù)值TL1低位表 /*/名稱：延時(shí)函數(shù)/功能：定量延時(shí)，延時(shí)時(shí)間=x*1ms/*/ void Delay_ms(uint x)uint i,j;for(i=x;i>0;i-) for(j=112;j>0;j-); /延時(shí)約1ms毫秒 /*/ /名稱：定時(shí)器T1初始化函數(shù)/*/ void timer() TMOD = 0x10; / 定時(shí)器T1均為工作模式1, 16位定時(shí)方式 TH1 = 0xff;TL1 = 0xff; /裝定時(shí)器T1計(jì)數(shù)初值 EA=1; /開(kāi)總中斷

14、ET1=1;/開(kāi)定時(shí)器T1中斷 TR1 = 0; /暫時(shí)不啟動(dòng)定時(shí)器T1 /*/按鍵處理 /*/void KeyProcess()if(K1= 0)Delay_ms(10);if(K1= 0) TR1=TR1; /K1鍵按下后,啟動(dòng)定時(shí)器T1 /再次按下關(guān)閉T1，控制步進(jìn)電機(jī)啟停if(K2= 0)Delay_ms(10);if(K2= 0)&&(speed!=15)speed+; /轉(zhuǎn)速加1 if(K3= 0)Delay_ms(10);if(K3= 0)&&(speed!=0)speed-;/轉(zhuǎn)速減1 if(K4= 0)Delay_ms(10);if(K4= 0)flagcon= flagcon;/正反轉(zhuǎn)/*/主函數(shù) /*/main() timer(); /定時(shí)器T0和T1初始化 while(1) KeyProcess();/按鍵