片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制

1、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目： 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)姓名： 謝永勝 學(xué)號(hào)： 3080444907 學(xué)院： 機(jī)械與控制工程學(xué)院 班級(jí)： 機(jī)械08-3 指導(dǎo)老師: 蔣存波 單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)班級(jí)：機(jī)械08-3班 姓名：謝永勝 學(xué)號(hào)：3080444907 指導(dǎo)老師：蔣存波摘要：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的控制元件。正常工作情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及工作模式只要改變程序中的控制字即可。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)每次接受一個(gè)脈沖就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，所以可以通過(guò)調(diào)節(jié)兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔來(lái)調(diào)整脈沖發(fā)送的頻率，從而達(dá)到調(diào)節(jié)

2、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。如此，一個(gè)具備基本控制功能的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)便完成了。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)、步進(jìn)電機(jī)、方向控制。一、設(shè)計(jì)要求：MCS-51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要求步進(jìn)電機(jī)為三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，能夠正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r及現(xiàn)狀步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件，其功能是將脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移或直線位移。由于它獨(dú)特的工作原理以及有利于設(shè)備向小型化和低成本方向發(fā)展，故被廣泛地應(yīng)用于眾多領(lǐng)域并得以高速發(fā)展。作為一種執(zhí)行元件，一般的數(shù)字電路信號(hào)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。多年來(lái)，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路也得到了大力發(fā)展。最初使用在驅(qū)動(dòng)電

3、路中的功放元件是可控硅。作為一種脈沖觸發(fā)的開(kāi)關(guān)器件，它突出的特點(diǎn)是輸入功率小而輸出功率大、耐壓高以及成本低。因此，以可控硅作為功率器件的驅(qū)動(dòng)器曾一度占領(lǐng)主流市場(chǎng)。但是，可控硅驅(qū)動(dòng)器觸發(fā)關(guān)斷困難、線路比較復(fù)雜，容易引起誤觸發(fā)，導(dǎo)致其可靠性差，另外也不便于維護(hù)和調(diào)試。隨著大功率晶體管的迅猛發(fā)展，可控硅驅(qū)動(dòng)器逐漸退出了歷史舞臺(tái)。晶體管驅(qū)動(dòng)器具有調(diào)試容易、控制方便、元件損耗小以及開(kāi)關(guān)速度快等優(yōu)點(diǎn)，由于晶體管驅(qū)動(dòng)器采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，其開(kāi)關(guān)特性和耐壓能力以及過(guò)流能力有了很大的改進(jìn)，因而在近年成為大部分驅(qū)動(dòng)器的末級(jí)功放元件。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件的發(fā)展?fàn)顩r：在微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以前，步進(jìn)電機(jī)的控制完全由硬件實(shí)現(xiàn)。如

4、環(huán)形分配器。環(huán)形分配器由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字集成電路按邏輯真值表組合而成，不同類(lèi)型的電機(jī)、不同的工作方式就需要不同的環(huán)形分配器，在設(shè)備更新以及調(diào)整中具有非常大的局限性。而隨著單片機(jī)尤其是以MCS-51系列單片機(jī)的迅速普及，基于以軟件為核心的通用環(huán)形分配器得以廣泛的運(yùn)用。這種環(huán)形分配器只需通過(guò)更換軟件即可適應(yīng)不同的電機(jī)，從而大大的節(jié)省了成本，更給設(shè)備的更新改進(jìn)提供了很大的方便。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)以及微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)也將邁入數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化的控制的方向。硬件設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)原理單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)主要由單片機(jī)系統(tǒng)、功率放大器以及步進(jìn)電機(jī)組成。單片機(jī)系統(tǒng)代

5、替?zhèn)鹘y(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)控制器把并行的二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實(shí)現(xiàn)方向控制；功率放大器是把單片機(jī)系統(tǒng)輸出的脈沖序列放大以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)；常用的步進(jìn)電機(jī)有三相、四相、五相、六相四種，下面以三相步進(jìn)電機(jī)為例介紹其工作原理。 三相步進(jìn)電機(jī)定子上有6個(gè)磁極，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)磁極上繞有一相繞組，定子的三相繞組即為控制繞組，以A、B、C表示，定子兩個(gè)磁極之間的夾角為60。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，它上面有40個(gè)矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩個(gè)齒之間的夾角為9。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，相應(yīng)的兩個(gè)磁極就分別形成N-S極，產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。如果這時(shí)定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，使

6、轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)齊，從而使步進(jìn)電機(jī)向前走一步。三相步進(jìn)電機(jī)有3種工作方式: = 1 * GB2 單三拍 = 2 * GB2 雙三拍 = 3 * GB2 三相六拍如果按上述3種通電方式和通電順序進(jìn)行通電，則步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果通電順序與上述順序相反則反向轉(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的方向控制方法是： = 1 * GB2 用單片機(jī)輸出接口的每一位控制一相繞組。如用AT89C51單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可用P0.0、P0.1、P0.2分別接至步進(jìn)電機(jī)A、B、C三相繞組。 = 2 * GB2 根據(jù)所選定的步進(jìn)電機(jī)及控制方式，寫(xiě)出相應(yīng)控制方式的數(shù)學(xué)模型。在上述三種通電方式中本人采用第三種（三相六拍）通電方式，其控制方

7、式的數(shù)學(xué)模型如下：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)工作原理進(jìn)行分析，當(dāng)用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)時(shí)，可以方便的控制步進(jìn)電機(jī)按任何一種可行的通電方式進(jìn)行控制。典型的控制系統(tǒng)原理框圖如下圖所示：其硬件圖如下所示：由上圖可知，由于被控制的步進(jìn)電機(jī)要求的電壓以及電流較大，而單片機(jī)P口的驅(qū)動(dòng)能力非常有限，故需在單片機(jī)P0口加一個(gè)74LS04驅(qū)動(dòng)器方能將單片機(jī)發(fā)出的脈沖序列放大，以使電機(jī)繞組的驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到電機(jī)的工作電流。主要硬件選擇單片機(jī)的選擇： 選用AT89C51單片機(jī)（1個(gè)） 其特性如下： = 1 * GB2 面向控制的8位CPU; = 2 * GB2 一個(gè)片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，振蕩頻率為024

8、MHz； = 3 * GB2 片內(nèi)4 KB Flash ROM程序存儲(chǔ)器 = 4 * GB2 128 B的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； = 5 * GB2 可尋址64 KB 的片外程序存儲(chǔ)器和片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制電路； = 6 * GB2 2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器； = 7 * GB2 4個(gè)并行I/O口，共32條可單獨(dú)編程的I/O線； = 8 * GB2 5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)； = 9 * GB2 一個(gè)全雙工的異步串行口； = 10 * GB2 21個(gè)特殊功能寄存器； = 11 * GB2 具有節(jié)電工作方式，即休閑方式和掉電保護(hù)方式。驅(qū)動(dòng)器：74LS04 （1個(gè)）復(fù)位芯片：TLC7705（1個(gè)）步進(jìn)電機(jī)

9、控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)完成了系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)，要使步進(jìn)電機(jī)正常工作還需要軟件的支持。硬件系統(tǒng)只有運(yùn)行程序才能產(chǎn)生電脈沖驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理，編寫(xiě)出步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖如下圖所示： = 1 * GB3 主程序流程圖： = 2 * GB3 主程序ORG 000HLJMP MAINORG 000BHJLMP T0-KINORG 0050HMAIN: MOV P0.0，#00H ;系統(tǒng)初始化 MOV P0.1，#0FFH MOV 40H,#0 MOV 41H,#0 MOV P3，#10000000B ;停止指示燈亮 MOV TMOD,#01H ;設(shè)置定時(shí)器T0;工作模式為1 MOV I

10、E,#82H ;T0開(kāi)中斷 MOV TL0, ;T0裝初值 MOV TL1 SETB TR0 ;啟動(dòng)T0LOOP: LCALL KS_SUB ;調(diào)用鍵盤(pán)掃描子程序LCALL DISP_SUB ;調(diào)用顯示子程序LJMP LOOP = 3 * GB3 鍵盤(pán)掃描子程序流程圖： = 4 * GB3 鍵盤(pán)掃描子程序：KS_SUB:MOV P1，#0FFHMOV A,P1CJNE A,#0FFH,KNEXT1 ;若（A）0FFH，則有;按鍵按下，轉(zhuǎn)KNEXT1,否則LJMP KNEXT ;轉(zhuǎn)子程序返回KNEXT1： LCALL DLE_SUB ;調(diào)用延時(shí)20ms子程序去抖動(dòng) CJNE A,P1,KNEXT

11、2 ;若（A）（P1），則沒(méi);有按鍵按下轉(zhuǎn)KNEXT2 LJMP KNEXT ;否則，轉(zhuǎn)子程序返回KNEXT2： CJNE A,#11111110B,KNEXT3 ;若（A）=11111110B，;停止鍵按下 MOV 40H,#0 ;設(shè)置電機(jī)控制標(biāo)志為停止 LJMP KNEXTKNEXT3： CJNE A,#11111101B,KNEXT4 ;若(A)=11111101B，則;正轉(zhuǎn)鍵按下 MOV 40H,#1 ;設(shè)置電機(jī)控制標(biāo)志為正轉(zhuǎn) LJMP KNEXTKNEXT4： CJNE A,#11111011B,KNEXT ;若(A)=11111011B;則反轉(zhuǎn)鍵按下 MOV 40H,#2 ;設(shè)置電

12、機(jī)控制標(biāo)志為反轉(zhuǎn) LJMP KNEXTKNEXT: RET = 5 * GB3 顯示子程序流程圖： = 6 * GB3 顯示子程序：DISP_SUB: MOV P2，#00H ;初始化 MOV A,40H ;去點(diǎn)擊控制標(biāo)志 CJNE A,#0，DNEXT1 ;若(A)=0電機(jī)停止 MOV P2，#80H ;停止燈亮 LJMP DNEXTDNEXT1： CJNE A,#1，DNEXT2 MOV P2，#40H ;正轉(zhuǎn)燈亮 LJMP DNEXTDNEXT2: MOV P2,#20H ;反轉(zhuǎn)燈亮DNEXT: RET = 7 * GB3 中斷控制電機(jī)子程序流程圖： = 8 * GB3 KZ_SUB:

13、MOV TL0,0C7H MOV TH0，OFEH MOV A,#41H MOV A,#5，ZNEXT1 MOV A,#0 LJMP ZNEXT2ZNEXT1： INC AZNEXT2： MOV 41H,A PUSH ACC MOV A,40H CJNE A,#1，ZNEXT3 MOV DPTR,#ZRUN_TAB LJMP ZNEXT4ZNEXT3: CJNE A,#2，ZNEXT MOV DPTR,#FRUN_TABZNEXT4：POP ACC MOVC A,A+DPTR MOV P0，AZRUN_TAB: DB 01H,03H,02H,06H,04H,05HZRUN_TAB: DB 05

14、H,04H,06H,02H,03H,01H設(shè)計(jì)總結(jié)與心得當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)日新月異，以通信技術(shù)為代表的電子信息類(lèi)專(zhuān)業(yè)知識(shí)更新尤為迅猛。而在眾多電子信息技術(shù)中，單片機(jī)的出現(xiàn)絕對(duì)是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)重要里程碑，開(kāi)辟了嵌入式計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。目前單片機(jī)已經(jīng)成為了工控領(lǐng)域、軍事領(lǐng)域及日常生活中應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)。懂得了單片機(jī)技術(shù)如此重要，在做本次單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)我也盡自己最大的努力盡量將設(shè)計(jì)任務(wù)做得較好。但由于本人弱電基礎(chǔ)薄弱，在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了非常多的困難，好在可以請(qǐng)教同學(xué)、從圖書(shū)館參考相關(guān)書(shū)籍以及從網(wǎng)上查找相關(guān)資料，最后終于完成了一個(gè)能實(shí)現(xiàn)最基本控制功能的單片機(jī)控制系統(tǒng)。雖然與其他優(yōu)秀的同學(xué)做的設(shè)計(jì)相比，我的設(shè)計(jì)顯得相對(duì)簡(jiǎn)陋。但是從一步一步的設(shè)計(jì)中走過(guò)來(lái)，還是學(xué)到了很多的知識(shí)。對(duì)于前面學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)又重新溫習(xí)了一遍，也弄懂了很多原來(lái)沒(méi)有弄懂的問(wèn)題。更重要的是，通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我第一次進(jìn)行了比較全面的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。從硬件設(shè)計(jì)到電子元器件的選擇到軟件的設(shè)計(jì)，將本學(xué)期學(xué)過(guò)的單片機(jī)知識(shí)連貫性、系統(tǒng)性運(yùn)用到實(shí)際案例中。對(duì)平時(shí)所學(xué)的理論知識(shí)有了更進(jìn)一步的理解，也提高了對(duì)理論知識(shí)的實(shí)際運(yùn)用能力。另外，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)國(guó)內(nèi)外單片機(jī)的現(xiàn)狀