四相雙四拍步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 頁 共 頁目 錄1引言.12四項步進(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)的工作過程 .23電路圖設(shè)計.33.1 AT89S52 概述.33.2 最小系統(tǒng) .33.3 復(fù)位電路 .43.4 撥碼電路 .43.5 電機(jī)驅(qū)動電路 .54程序設(shè)計.54.1 主程序框圖 .54.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖 .64.3 撥碼開關(guān)輸入程序框圖 .85總結(jié)與體會.9附錄（程序清單） .10參考文獻(xiàn) .19中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 1 頁 共 19 頁1 1引言引言本實驗旨在通過控制 AT89S52 芯片，實現(xiàn)對四相步進(jìn)電

2、機(jī)的轉(zhuǎn)動控制。具體功能主要是控制電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速。具體工作過程是：給試驗箱上電后，撥動啟動開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方式轉(zhuǎn)動。調(diào)整正反轉(zhuǎn)按鈕，步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換；撥動加速開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，速度達(dá)到最大值，不再加速；撥動減速開關(guān)時，電機(jī)減速轉(zhuǎn)動，速度減到最小速度，停止減速。實驗具體用到的儀器：AT89S52(試驗箱上為 89C58)芯片、撥碼開關(guān)單元、四項步進(jìn)電機(jī)等硬件設(shè)備。實驗具體電路單元有：單片機(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)連接電路、撥碼開關(guān)連接電路。2 2四項步進(jìn)電機(jī)四項步進(jìn)電機(jī)2.12.1 步進(jìn)電機(jī)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

3、止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。2.22.2 步進(jìn)電機(jī)的控制步進(jìn)電機(jī)的控制1.換相順序控制： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進(jìn)電機(jī)的工作方式，其各相通電順序為 A-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.控制步進(jìn)電機(jī)的速度控制：如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課

4、程設(shè)計說明書第 2 頁 共 19 頁2.32.3 步進(jìn)電機(jī)的工作過程步進(jìn)電機(jī)的工作過程圖 2.1 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開關(guān) SB 接通電源，SA、SC、SD 斷開，B 相磁極和轉(zhuǎn)子 0、3 號齒對齊，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 四相繞組輪流供電，則

5、轉(zhuǎn)子會沿著 A、B、C、D 方向轉(zhuǎn)動。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。雙四拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖 3 所示： 圖 2.2 步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 3 頁 共 19 頁對步進(jìn)電機(jī)四個繞組依次實現(xiàn)如下方式的循環(huán)通電控制：雙四拍運行：正轉(zhuǎn) AB-BC-CD-DA；反轉(zhuǎn) DC-CB-BA-AD 3 3電路圖設(shè)計電路圖設(shè)計3.13.1 AT89S52AT89S

6、52 概述概述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。這里只介紹本實驗用到的端口和功能。P1 口：用戶使用的通用 I/O 口，8 位準(zhǔn)雙向，編程和校驗時，可做為高 8 位地址線；P1.0 和 P1.1 引腳另有第二功能（此實驗沒用到，不再介紹）P3 口：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口RST:復(fù)位信號輸入端，高電平有效EA：訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲器的選擇信號XTAL1,XTAL2:芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端和輸入端3.23.2 最小系統(tǒng)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 52 系列單片機(jī)來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機(jī)、復(fù)位電路、晶振電路。圖 3.1 最小系統(tǒng)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 4 頁 共 19 頁3.33.3 復(fù)位電路復(fù)位電路復(fù)位電路采用手動復(fù)位和上電自動復(fù)位。上電自動復(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)的高電平將會隨著對電容 C 的充電過程而逐漸回落。手動復(fù)位：當(dāng)按下復(fù)位按鈕時，RST 出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)復(fù)位。圖 3.2 復(fù)位電路3.43.4 撥碼電路撥碼電路撥碼開關(guān)和 P3 口相連，撥動開關(guān) sw1、sw2、sw3、sw4 來控制電機(jī)的啟

8、停、正反轉(zhuǎn)、速度的加減。圖 3.3 撥碼電路中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 5 頁 共 19 頁3.53.5 電機(jī)驅(qū)動電路電機(jī)驅(qū)動電路將步進(jìn)電機(jī)的 A、B、C、D 分別接到 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 管腳上圖 3.4 電機(jī)驅(qū)動電路實物連接：圖 3.5 實物連接4 4程序設(shè)計程序設(shè)計4.14.1 主程序框圖主程序框圖系統(tǒng)分為電機(jī)轉(zhuǎn)動、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)停止這幾個部分組成，其主程序框圖如圖下所示：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 6 頁 共 19 頁圖 4.1 主程序框圖4.24.2 步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖步進(jìn)電機(jī)速度控制程序框圖正轉(zhuǎn)部分: 送

9、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 0 xf8,0 xfc,0 xf4,0 xf6,0 xf2,0 xf3,0 xf1,0 xf9。流程圖如下：開始延時有外部中斷?使用up_date等待開始初始化定義引腳數(shù)據(jù)等調(diào)用定時器函數(shù)程序聲明定義延時函數(shù)響應(yīng)中斷聲明定義定時器初始化函數(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)中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 7 頁 共 19 頁 圖 4.2 電機(jī)正轉(zhuǎn)流程圖反轉(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)，數(shù)值分別為 0 xf9,0 xf1,0 xf3,0 xf2

10、,0 xf6,0 xf4,0 xfc,0 xf8。流程圖如下：:圖 4.3 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)的時候，按下 K2，調(diào)用加速程序，是電機(jī)每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變短，從而實現(xiàn)電機(jī)的加速。圖 4.4 電機(jī)加速流程圖減速部分:當(dāng)電機(jī)處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時候，按下 K3，調(diào)用加速程序，是電機(jī)每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變長，從而實現(xiàn)電機(jī)的減速。開始延時有外部中斷?速度增加等待開始延時有外部中斷?down_date等待中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 8 頁 共 19 頁圖 4.5 電機(jī)減速流程圖運行與停止:按下 K1 鍵，系統(tǒng)默認(rèn)是停止，撥動一次是運行，在撥動一次是停止，即是基數(shù)次運行，

11、偶數(shù)次停止（一般不會撥動 N 次，為了看到現(xiàn)象，就撥動少數(shù)幾次） 圖 4.6 電機(jī)開關(guān)流程圖4.34.3 撥碼開關(guān)輸入程序框圖撥碼開關(guān)輸入程序框圖用于判斷 P3.1、P3.2、P3.3、P3.4開始延時有外部中斷?奇數(shù)次運行偶數(shù)次停止等待開始延時有外部中斷?速度減小等待中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 9 頁 共 19 頁圖 4.7 撥碼開關(guān)輸入程序框圖5 5總結(jié)與體會總結(jié)與體會通過這次設(shè)計實踐。我學(xué)會了四相雙四拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理，對計算機(jī)控制技術(shù)的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在對理論的運用中，提高了我的工程素質(zhì)，在沒有做課程設(shè)計以前，我們對知道的撐握都是思想上的，對一些細(xì)節(jié)不

12、加重視，當(dāng)我們把自己想出來的程序用到課程設(shè)計中的時候，問題出現(xiàn)了，不是不能運行，就是運行的結(jié)果和要求的結(jié)果不相符合。通過解決一個個在調(diào)試中出現(xiàn)的問題，我對計算機(jī)控制技術(shù)的理解得到加強(qiáng)，看到了實踐與理論的差距，深刻體會到這門課程與P3.1？運行或停止電機(jī)加速電機(jī)減速電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)P3.1？P3.1？P3.1？中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 10 頁 共 19 頁實際生活的緊密聯(lián)系。附錄（程序清單）附錄（程序清單）源程序如下：STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENT K EQU 09H ;工作步數(shù)TABSHZ DB 0

13、3H,06H,0CH,09H ;雙四拍正轉(zhuǎn)模型TABSHF DB 09H,0CH,06H,03H ;雙四拍反轉(zhuǎn)模型TABLE1 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;七段數(shù)碼管字模DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK1 START:MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H ;初始化 8255，工作方式 0，A,、B、C 口均為輸出 MOV DX,MY8255_MODE OUT DX,ALWAIT1:MOV AH,08H ;等待啟動鍵“0”按下 INT

14、21H中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 11 頁 共 19 頁 CMP AL,30H JE MAIN JMP WAIT1 MAIN: MOV AH,08H ;判斷工作方式控制鍵是否按下 INT 21H ;若鍵按下轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序，否則循環(huán)等待. CMP AL,33HJE SHUANGSI ;轉(zhuǎn)雙四拍正轉(zhuǎn)CMP AL,34H JE SHUANGSI1;轉(zhuǎn)雙四拍反轉(zhuǎn)CMP AL,35HJE QUIT1JMP MAIN;單四拍正轉(zhuǎn)ZHENGSI: MOV AL,02H ;點亮正轉(zhuǎn)指示燈 MOV DX,MY8255_C OUT DX,ALMOV CL,KZHENGSI0:LEA BX,TABLE1

15、;數(shù)碼管顯示剩余步數(shù)MOV AL,CLXLAT 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 12 頁 共 19 頁MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALZHENGSI1: MOV BL,04H ;驅(qū)動電機(jī)MOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSZZHENGSI2: MOV AH,0BH ;判斷是否有按鍵切換工作方式INT 21H ;有按鍵跳回判斷按鍵對應(yīng)程序，否則繼續(xù)執(zhí)行程序INC ALJZ MAIN CALL XIAN ;調(diào)用顯示子程序，顯示工作剩余拍數(shù)MOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLY ;調(diào)用延時子程序INC DIDEC BL ;判斷是否工作完所有拍數(shù)，

16、有則退出等待重選工作方式，否則繼續(xù)循環(huán)JNZ ZHENGSI2DEC CLJNZ ZHENGSI0JMP WAIT1;中間跳轉(zhuǎn)SHUANGSI:JMP SHSIZHSHUANGSI1:JMP SHSIF 中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 13 頁 共 19 頁;雙四拍正轉(zhuǎn)SHSIZH: MOV AL,02H MOV DX,MY8255_C OUT DX,ALMOV CL,KSHSIZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSHSIZH1: MOV BL,08HMOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSHZSHSI

17、ZH2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN1 CALL XIANMOV AL,DI OUT DX,AL中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 14 頁 共 19 頁CALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIZH2DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT1 ;中間跳轉(zhuǎn)程序WAIT00:JMP WAIT1 ;雙四拍反轉(zhuǎn)SHSIF:MOV AL,01H MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL MOV CL,KSHSIF0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSHSIF1:中

18、北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 15 頁 共 19 頁MOV BL,4MOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSHFSHSIF2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN1CALL XIANMOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIF2DEC CLJNZ SHSIF0JMP WAIT00 MAIN11:JMP MAIN1 ;四相八拍正轉(zhuǎn)SIBAZH: MOV AL,02H MOV DX,MY8255_C中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 16 頁 共 19 頁 OUT DX,ALMOV CL,KSIBAZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSIBAZH1: MOV BL,08HMOV DX,MY8255_BLEA DI,TABBZSIBAZH2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN11CALL XIAN MOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SIBAZH2中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院課程設(shè)計說明書第 17 頁 共 19 頁DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT00