步進(jìn)電機(jī)控制29281

1、機(jī)電信息項目學(xué)院單片機(jī)系統(tǒng)課程設(shè)計報告完成系：自動化系日期：專業(yè)：自動化2018年10班級：093班步進(jìn)電機(jī)控制及轉(zhuǎn)速顯示月16設(shè)計題目：日學(xué)生姓名：白音杭蓋、尚國偉指導(dǎo)教師：孫進(jìn)生、王娟，、設(shè)計任務(wù)21任務(wù)分析2】、設(shè)計方案2三、系統(tǒng)硬件設(shè)計33.1中央處理模塊單片機(jī)芯片33.2顯示模塊設(shè)計43.3鍵盤模塊53.5步進(jìn)電機(jī)模塊53.6ISP下載線模塊6四、系統(tǒng)軟件設(shè)計74.1主程序設(shè)計74.3顯示及輸入程序設(shè)計8五、心得體會8參考文獻(xiàn)9附錄1系統(tǒng)電路原理圖9附錄2程序清單98.1所示。電機(jī)定子有六個磁極，相對的、設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個具有正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動的異步電機(jī)控制系統(tǒng)，具有啟動鍵、方向控

2、制鍵及提示燈、加速鍵、減速鍵及停止鍵，并顯示轉(zhuǎn)速。1.任務(wù)分析步進(jìn)電動機(jī)是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移的執(zhí)行器，每一個脈沖信號可使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一個固定的角度，這個角度稱為步距角。因為受脈沖的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖磁極為同一繞組勵磁，整個電機(jī)有三個繞組，按丫形接法接線。轉(zhuǎn)自為軟磁材料，無繞組。若繞組通電順序為I-n-川-1-n-m-，則電動機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動；若繞組通電順序為I-m-n-1-m-n-，貝U電動機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。此種控制方式稱為三相單三拍方式。若通電順序為I-In-n-nm-m-mi-逆時

3、針），稱為三相六拍方式。步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)出運(yùn)行方式、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度步數(shù)），前兩項一般由電平表示，后一項用脈沖個數(shù)表示。脈沖分配器根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制裝置發(fā)來的命令電平信號和脈沖）使步進(jìn)電機(jī)按照要求的工作方式、旋轉(zhuǎn)方向及步數(shù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)磁極的旋轉(zhuǎn)有速率限制，如果過快，電動機(jī)會出現(xiàn)失步現(xiàn)象轉(zhuǎn)自跟不上磁極的旋轉(zhuǎn)），特別是在電動機(jī)的起停階段，要求有脈沖速率限制措施。圖8.1三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)、設(shè)計方案1、方案選擇1.1硬件方案系統(tǒng)可分為命令接受，控制輸出和功率放大三個部分。命令接受部分接收上位機(jī)或控制裝置的輸出脈沖、運(yùn)行方式及方向控制信號，脈沖輸出部分形成分配脈沖，之后，通過功率放大裝置將脈

4、沖送給步進(jìn)電動機(jī)，形成旋轉(zhuǎn)磁場。因為本系統(tǒng)由單片機(jī)構(gòu)成，所以，脈沖接受部分和脈沖分配部分直接由單片機(jī)完成，功率放大可由三極管或光電耦合器完成。為能夠是三個輸出端同時動作，脈沖分配輸出應(yīng)考慮同步問題。同步方法可用軟件實(shí)施同步，也可用硬件控制實(shí)施同步?？紤]到步進(jìn)電機(jī)圖8.2硬件原理框圖的失步問題，單片機(jī)在接收到脈沖后在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行緩存后，通過速率限制程序進(jìn)行脈沖分配。所以，脈沖的緩存可由計數(shù)器完成或者通過外部中斷對脈沖個數(shù)進(jìn)行計數(shù)，之后進(jìn)行分配。這里需要注意一個問題，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電壓等級可能較高，應(yīng)根據(jù)電動機(jī)說明配以合適電壓供電。另外，電動機(jī)功率較大，布線時應(yīng)將電機(jī)布線和單片機(jī)布線分開布置。為了使電

5、機(jī)驅(qū)動電流不干擾單片機(jī)電路，最好兩套電路實(shí)施電隔離，最方便的辦法是使用光電耦合器進(jìn)行隔離。1.2軟件方案為防止輸入脈沖頻率過快導(dǎo)致電動機(jī)失步，可將輸入脈沖在單片機(jī)緩存，之后在進(jìn)行脈沖分配，分配時注意脈沖速率。脈沖輸入模塊在每個輸入脈沖到來時，將緩存單元進(jìn)行加1計數(shù)；脈沖分配模塊時刻掃描緩存單元，當(dāng)緩存單元不為零時，使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步，之后緩存單元減1,減到0時停止分配脈沖。為使三相電平同時變化，程序中應(yīng)予以考慮。非同步分配脈沖可能導(dǎo)致電機(jī)錯轉(zhuǎn)。8.3為使電動機(jī)以最快速度運(yùn)行，脈沖分配速率應(yīng)按照梯形曲線分配，如圖所示。圖示的含義是：開始時零轉(zhuǎn)速）脈沖分配要慢，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)起來后,脈沖速率逐漸加快

6、，并達(dá)到最高速率；當(dāng)要停止時，也不可馬上停止，必須先降低脈沖速率，最后降到零，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。圖8.3脈沖速率分配a三、系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1中央處理模塊單片機(jī)芯片通過比較，選用了AT89C52單片機(jī)來作為本系統(tǒng)的核心，圖二所示的是中央處理模塊的電路部分，即單片機(jī)的電路連接。C3czhriT1】站咖|1K興10KVSSvceXTMlXTM2PO.O/KDOP0.1/AD1K卻AMPQ咅朋訊PO4/M*W刃A3PD.6/AM5&.7/JLD7PA陰PSEHEA/WPP2.2MMJ0RSTP2.3MLP2.4A12P2.5iAEPi.614P3.7IAUPLorrapiirraEKP30/Fbd)PSlH

7、xDP13/CHXDPS.4/T03PL4JCEK1P3.WT1P1J/CEX2P1.6/WRP1.6/1CKSP5.7/RDPL祝葩P33/1MT1P3J/ttTT0AT0OC31dawiiJaiferi4_huEgDSl細(xì)餐宰RL4RL531KiD33KhJ1Kr3SK!3SKf叵斑命圖二、中央處理模塊3.2顯示模塊設(shè)計本設(shè)計采用的是LCD1602作為顯示部分，如圖三所示。圖三、顯示模塊電路2.3鍵盤模塊設(shè)計AD133AD232ADgJ1AIS4302SK255卡IF71$PA4gpas2DPAfi31四、鍵盤模塊電路鍵盤模塊共有5接到8255PB口的0、個按鍵，開始鍵、反轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、加速及

8、減速鍵。分別對應(yīng)1、2、3和PA口的2、3引腳上。3.4835510口擴(kuò)展電路;-:.i:!.二二二誰誌瓷帶盍盍豈:二壽畫辟:工zr;-MT44Il-Irla目:IJ-!Ji-I-5_-_-mW工亠i-i-z-二二4:-;4fi-丄:ftfcieic-hl兀f；rFkkiTlliliJiL*IX4J4-s垂nT;3LlKII匕5耳既民Ji:A=4fc.fHfeH-孑HtsA5-G3H-MEH,二三rr蠱a-c”nli,3.5步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路tela采用L298和74LS24做為驅(qū)動芯片3.6電源模塊設(shè)計電源電路采用LM7805集成穩(wěn)壓器作為穩(wěn)壓器件，用典型接法，220V電源整流濾波后送入LM7

9、805穩(wěn)壓，在輸出端接一個220uf和0.1uf電容進(jìn)一步濾除紋波，得到5V穩(wěn)壓電源。電源電路工作原理如圖七所示。22C；fuHH!Mi!Lbr.A附錄2程序清單#includereg52.h#includeintrins.h#includemath.h#includeabsacc.h#definenop_nop_(#defineRight_RUN1#defineLeft_RUN0unsignedlongRunSpeed=76。unsignedcharRUNState=1。#defineuintunsignedint#defineucharunsignedcharsbitRS=P2A0。sbi

10、tRW=P2A1。sbitE=P2A2。sbitP17=P1A7。bitflag=0。sbitstart=P2A3。sbitturn=P2A4。sbitup=P2A5。sbitdown=P2A6。sbitstop=P2A7。unsignedcharxx=speed(n/min:。unsignedcharSD=76。charstate214=direction:cw,direction:ccwunsignedcharFLG,INMA=0。unsignedchart,s=OxO1。unsignedinta。voidOPJIAN(。unsignedcharJIAN(。unsignedcharJIAN

11、ZHI(。voidspeed(。voidSHOW_LCD(。voidshow_state(。voidwrite1(。voidwrit2(unsignedchari。voiddelay(。voidtime(。voidbusy(。ucharkeyscan(。main(unsignedchari。i=0 x90。P3=i。i=0 x01。TMOD=i。t=Ox1O。a=0 x0f。TH0=0 x10。TL0=0 x0f。FLG=INMA。SHOW_LCD(。show_state(。EA=1。ET0=1。TR0=1。while(1ucharkey。key=keyscan(。if(key!=OINMA=

12、key。OPJIAN(。time(。if(FLG!=INMA|flag=1FLG=INMA。SHOW_LCD(。show_state(。flag=0。voidSHOW_LCD(/*lcd設(shè)置程序*/P仁0 x38。write1(。delay(。P仁0 x38。write1(。delay(。P仁0 x38。write1(。delay(。P仁0 x01。write1(。delay(。P仁0 x0f。write1(。delay(。P仁0 x06。write1(。delay(。P仁0 x0c。write1(。voidshow_state(/*狀態(tài)顯示程序*/unsignedchari=0。P仁0 x8

13、0。write1(。while(xxi!=0writ2(xxi。i+。delay(。i=0。while(SDi!=Owrit2(SDi。delay(。i+。P仁OxcO。write1(。i=O。if(RUNState=Right_RUNwhile(stateOi!=Owrit2(state0i。i+。elseif(RUNState=Left_RUNwhile(state1i!=0writ2(state1i。i+。voidwrite1(/*lcd寫控制字*/RS=0。RW=0。E=0。busy(。E=1。voidwrit2(unsignedchari/*lcd寫數(shù)據(jù)*/P1=i。RS=1。RW=

14、0。E=0。busy(。E=1。voiddelay(/*延時程序*/unsignedchari。for(i=0。ii=i。voidtime(unsignedchari,j。for(i=0。ifor(j=0。jvoidbusy(/判斷LCD是否忙doP仁Oxff。RS=0。RW=1。E=0。nop。E=1。while(P17=1。ucharkeyscan(ucharkey=0。if(start=0key=1。while(start=0if(turn=0key=2。while(turn=0if(up=0key=3。while(up=Oif(down=0key=4。while(down=0if(stop=0key=5。while(stop=0returnkey。voidOPJIAN(/*鍵值處理程序*/switch(INMAcase1:TR0=1。RUNState=Right_RUN。s=0 xf7。break。case2:RUNState=Left_RUN。s=0 x01。breakocase3:flag=1。t=t+2。RunSpeed=5000000/(65536-t*256-a。speed(obreakocase4:delay(。flag=1。t=t-2。RunSpeed=5000000/(65536-t*256-a。speed(。case5: