步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)與測(cè)速課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

說(shuō)明書專業(yè)年級(jí):姓名：指導(dǎo)老師:目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、步進(jìn)電機(jī) 2\o"CurrentDocument"1、步進(jìn)電機(jī)介紹 2\o"CurrentDocument"2、步進(jìn)電機(jī)分類 2\o"CurrentDocument"3、技術(shù)指標(biāo) 3\o"CurrentDocument"4、步進(jìn)電機(jī)工作原理 4\o"CurrentDocument"二、單片機(jī)最小系統(tǒng)及電源電路 5\o"CurrentDocument"1、最小系統(tǒng) 5\o"CurrentDocument"2、電源電路 6\o"CurrentDocument"三、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 6\o"CurrentDocument"1、驅(qū)動(dòng)電路 6\o"CurrentDocument"2、單電壓型驅(qū)動(dòng)電源 7\o"CurrentDocument"3、對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求 7\o"CurrentDocument"四、顯示電路 8五、程序設(shè)計(jì) 8\o"CurrentDocument"1、正反轉(zhuǎn)程序 8\o"CurrentDocument"2、測(cè)速計(jì)算程序 9\o"CurrentDocument"3、顯示程序 9\o"CurrentDocument"4、雙四拍及八拍驅(qū)動(dòng)程序 10\o"CurrentDocument"六、程序流程圖 11七、調(diào)試結(jié)果及分析 12一、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)介紹步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幬灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件.在非超載情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于?脈神信號(hào)的胭率相脈沖數(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)?個(gè)步距角.這一級(jí)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差面無(wú)累枳誤差等特點(diǎn)，使得相進(jìn)電機(jī)在速度、位置等控制領(lǐng)域的控制操作非常簡(jiǎn)單。雖然毋進(jìn)電機(jī)應(yīng)用廣泛二但它并不像普通的直流和交流電機(jī)那樣在常規(guī)狀態(tài)F使用，它必須由雙環(huán)形肽沖信號(hào).功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用.因此.用好步進(jìn)電機(jī)也非易事?它涉及機(jī)械，出機(jī)、出廠及沖算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí).2、步進(jìn)電機(jī)分類3）永磁式熊一般為二相，轉(zhuǎn)鄭前體積較小『步珈角一般為75口或行?？冢?）反應(yīng)式fVR）,一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角一般為L(zhǎng)5*，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)前年代己經(jīng)洵汰.臼）混合式（HBK指混合了永磁式和H應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)"它又分為二相和五.相，二相步即角?般為L(zhǎng)*，而五杓步距角一衽為0.72nn這種步迸電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛.3、技術(shù)指標(biāo)m步進(jìn)電機(jī)的抑態(tài)指標(biāo)①相數(shù)———電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)：■H前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)■電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同.■般一相電機(jī)的:力即角為。目71*,一相為〔廣5叼一5，五相為03行泄一7”在沒有蝌分卷動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的蘇進(jìn)電機(jī)來(lái)滿足自己步距珀的要求。卻果使用郛分驅(qū)動(dòng)器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在卵動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù).就可以改變步距角.②步距角——表示控制系統(tǒng)每發(fā)?個(gè)步進(jìn)膿沖信號(hào)，屯機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距用的值,如MHYG25UA型電機(jī)的值為09G?。硎景氩焦ぷ鲿r(shí)為0§工整步工作時(shí)為1，刖），這個(gè)步距角可稱為停電機(jī)固有步距角：它不定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距蔭，真正的步距角和驅(qū)劭器有關(guān),③指數(shù)一完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角所需冰沖數(shù)。以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式，ERAB^BOCD-DA-AB：四相入拍運(yùn)行方式，即AB-R-RC-C-CD-D-DA-A<.（S）定位轉(zhuǎn)矩——電機(jī)在不通電狀態(tài)下，轉(zhuǎn)于自身的鎖定力矩《由磁場(chǎng)內(nèi)形的群波以及機(jī)械誤警造成八@保持轉(zhuǎn)矩——步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，能子鐐住轉(zhuǎn)子的力矩口它是樂進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速M(fèi)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩口由于步邊電機(jī)的輸出力推隨速度的增大血不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)新就成了衡最步進(jìn)電機(jī)最重要參數(shù)之“比如，當(dāng)人們說(shuō)2N，Ill的步進(jìn)電機(jī)燈，在沒有特殊說(shuō)明的情況下，是指保持轉(zhuǎn)矩為2N-m的步逑電機(jī)一（2）步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)步距角精度——步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)?個(gè)步距角的實(shí)際值與理論節(jié)的誤差，用百分比表示t誤差/步距角XIW%,不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同.四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)成在15%以內(nèi)r失步--—電和偏轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)不等于理論上的步數(shù)，稱為失步。③關(guān)調(diào)用——轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定廣齒軸線的角度.電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失峋角?由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的口最大空載起前頻率——電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、EW卡及箱1定電流3在不加仇戰(zhàn)的情況卜，能夠直接起動(dòng)的最大頻率,.最大空載運(yùn)網(wǎng)頻率——電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電一壓及額定電流下.電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率u運(yùn)行矩頻特性——電機(jī)在某種測(cè)試條件下,冽將運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲段稱為運(yùn)行矩頻特性.它是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最圭要的,也是電機(jī)選抨的根本依據(jù)，如圖21.2.6所示口電機(jī)一“選定，電機(jī)的靜力矩一確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不燃，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力卻取決于也機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而乍靜志電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬,如圖2127所示.

Nhi圖2127Nhi圖2127力矩與殛率關(guān)系曲線其中.曲線3電流最大或電壓最高，曲線1電流最小或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn).要使平均電源大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓,或采用小也感大電流的電機(jī)。@電機(jī)的共振點(diǎn)沖7進(jìn)電機(jī)均布固定的共振區(qū)域，其共振區(qū)一般在50r/min?gOr，ndn或在IKOr/mm左右。電機(jī)驅(qū)砂電壓越島，電機(jī)電流越大，倏載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機(jī)輸出電矩大、不失步11整個(gè)系統(tǒng)的噪聲降低，一股工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多」因此，在使用步誑電機(jī)肘應(yīng)避開此共振區(qū)”4、步進(jìn)電機(jī)工作原理(1)工作原理步進(jìn)電機(jī)有三線式、五線式和六線式，但其控制方式均相同，都要以肽沖信號(hào)電流來(lái)驅(qū)動(dòng)”假設(shè)每旋轉(zhuǎn)一圈常要200個(gè)脈沖信號(hào)來(lái)勵(lì)磁，可以計(jì)算出每個(gè)勵(lì)磁信號(hào)能使步進(jìn)電機(jī)前進(jìn)Lk,其旋轉(zhuǎn)角度與,脈沖的個(gè)數(shù)成止比°步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)由勵(lì)磁脈沖產(chǎn)生的喉序來(lái)控機(jī)六維式四日拉進(jìn)電機(jī)是比較常見的，它的控制等效電路如圖2128所示，它有4條勵(lì)磁信號(hào)引線A,B,3,通過(guò)控制這4條引線上勵(lì)磁脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻,即可控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)口每出現(xiàn)一個(gè)膿源信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)只走一步.因此，只要依序不斷送出脈沖信號(hào).步進(jìn)電機(jī)就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，白 臼(lh繞胡悅明圖212,8步進(jìn)電機(jī)的控制等效電路(2)驅(qū)動(dòng)方式電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式可以采用雙四拍(AB-BC-CD—DA-AB)方式,也可以采用單四拍(A-B-CfDfA)方式，或單、雙八拍(AfABfBfBCfC-CD-D-DAfA)方式。各種工作方式的時(shí)序圖如下：(高電平有效)

單片機(jī)最小系統(tǒng)及電源電路1、最小系統(tǒng)單片機(jī)的最小化系統(tǒng)是指單片機(jī)能正常工作所必須的外圍元件，主要可以分成時(shí)鐘電路和復(fù)位電路。（1）時(shí)鐘電路單片機(jī)內(nèi)都具有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。通常在引腳X7AU和XTAL2跨接石英晶體和兩個(gè)補(bǔ)償電容構(gòu)成自激振蕩器，系統(tǒng)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)如圖（2）復(fù)位電路單片機(jī)小系統(tǒng)采用上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位兩種方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)位操作。上電復(fù)位要求接通電源后，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。手動(dòng)復(fù)位要求在電源接通的條件下，在單片機(jī)運(yùn)行期間，用按鈕開關(guān)操作使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。上電自動(dòng)復(fù)位通過(guò)電容C3充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位是通過(guò)按鍵將電阻R2與VCC接通來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2、電源電路用固定式三端集成穩(wěn)壓電路7805設(shè)計(jì)制作連續(xù)可調(diào)直流穩(wěn)壓的實(shí)際電路如圖所示，圖中R1取220Q，R2取680Q主要用來(lái)調(diào)整輸出電壓。輸出電壓Uo=Uxx(1+R2/R1),該電路可在5?12V穩(wěn)壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)輸出電壓連續(xù)可調(diào)。其中1接整流器輸出電壓，2為公共地，3為5V輸出電壓三、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路1、驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)可以選用專用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，在本實(shí)驗(yàn)中采用達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器ULN2803,該芯片單片最多可一次驅(qū)動(dòng)八線步進(jìn)電機(jī)。\w\0U7IIIN2OU72OUT3OU"4\w\0U7IIIN2OU72OUT3OU"4[N5OLr：15IN6OUT6IN：QIJT7IN8QU鵬GNDCMU2ULN28C3257步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)的連接此時(shí)電流由E此時(shí)電流由EfLfRfVT。增加二極管D續(xù)流，續(xù)流電2、單電壓型驅(qū)動(dòng)電源輸入脈沖為0時(shí)，VT截止；輸入脈沖為1是，VT導(dǎo)通，在接通瞬間，電容C短接電阻R，電流由EfLfCfVT,電阻在電流達(dá)到恒定后起限流作用，輸入脈沖消失后，VT截止，L兩端將產(chǎn)生一感應(yīng)電壓流:L-fR—fD—fL。電路圖如下：3、對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求理想驅(qū)動(dòng)電源使電機(jī)繞組電流應(yīng)盡量接近矩形波，實(shí)際上，步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載，繞組中電流不能突變，而是按指數(shù)規(guī)律上升或下降，從而使整個(gè)通電周期內(nèi)，繞組電流平均值下降，電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降。而當(dāng)電機(jī)運(yùn)行頻率很高時(shí)，電流峰值顯著小于額定勵(lì)磁電流，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時(shí)不能啟動(dòng)。為了提高步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性，必須改善電流波形，使前后沿陡度增大，方法有電阻法和電壓法，本次課程設(shè)計(jì)采用單電壓型驅(qū)動(dòng)電源。、顯示電路在本實(shí)驗(yàn)中，采用總線方式驅(qū)動(dòng)八段顯示管時(shí)，故將八段的驅(qū)動(dòng)方式選擇開關(guān)撥到“內(nèi)驅(qū)”位置。實(shí)驗(yàn)儀提供了6位8段碼LED顯示電路，采用動(dòng)態(tài)方式顯示。8位段碼、6位位碼是由兩片74LS374輸出，將KEY/LEDCS接到CS0上，則段碼地址為08004H，位碼地址為08002H。1、正反轉(zhuǎn)程序?qū)嶒?yàn)采用單四拍驅(qū)動(dòng)方式，反轉(zhuǎn)只需把START子程序中的#30H改為#34H即可，具體實(shí)現(xiàn)程序如下：MOV30Hn正轉(zhuǎn)MOV31H,MOV32Hn#04HMOV33H,#08HMOV34H,聯(lián)犯;反轉(zhuǎn)MOV35HnMOV36H,MOV37Hnf/OlHSETBTRISETBTROSTART:MOVRO,#30H;的4H反轉(zhuǎn)MOVR3,#4LOOP:MOV&喇MOVPl,ALCALLDELAYINCRODJNZR3,LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7,#25DL1: MOVR6n#100;25*100*2=5000us=5msDL2: DJNZR6,DL2DJNZR7,DL1RET2、測(cè)速計(jì)算程序?qū)嶒?yàn)以定時(shí)器T0作為計(jì)數(shù)器，定時(shí)器T1作為定時(shí)器每0.2ms中斷一次，以方式2工作。T_L: DJNZR4,LOOP2DJNZR5,LOOP1MOVA,TLO;LCALLLEDMOVTEAflOOHMOVR4,儂0MOVR5,*50LOOP2:RETILOOP1:MOVR4,^200RETILED: M口V氏每加讀一次數(shù)，則轉(zhuǎn)速門二城棺，EPn=10mMULAB;脈沖斡乘1口得轉(zhuǎn)速，存于A中3、顯示程序由于使用實(shí)驗(yàn)箱的內(nèi)驅(qū)顯示方式，將KEY/LEDCS接到CS0上，則段碼地址為08004H，位碼地址為08002H。MOVB,#100DIVABPUSHACCMOVA,BMOVDPTR,ffSHUZIMOVCA,?A+DPTRMOVDPTR,的004HMOVX?DPTR,A:LCALLDELAY1MOVDPTR,的002HMOVA,#01MOVX?DPTR,ALCALLDELAY1POPACCMOVB,#10DIVABPUSHACCMOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,肥004HMOVX?DPTR,A;LCALLDELAY1MOVDPTR,肥002HMOVA,#02MOVX?DPTR,ALCALLDELAY1POPACC4、雙四拍及八拍驅(qū)動(dòng)程序雙四拍START:MOVP1,#09HACALLDELAYMOVP1,#03HACALLDELAYMOVP1,#06HACALLDELAYMOVP1,#0CHACALLDELAYLJMPSTARTDELAY:MOVR0,#100LOOP:MOVR1,#200DJNZR1,$DJNZR0,LOOPRETEND八拍START:MOVP1,#09HACALLDELAYMOVP1,#01HACALLDELAYMOVP1,#03HACALLDELAYMOVP1,#02HACALLDELAYMOVP1,#06HACALLDELAYMOVP1,#04HACALLDELAYMOVP1,#0CHACALLDELAYMOVP1,#08HACALLDELAYLJMPSTARTDELAY:MOVR0,#100LOOP:MOVR1,#200DJNZR1,$DJNZR0,LOOPRETEND

六、程序流程圖顯示程序程序由初始化程序、中斷初始程序、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)程序、轉(zhuǎn)速計(jì)算程序、等組成，總體流程圖如下：顯示程序七、調(diào)試結(jié)果及分析程序清單:ORG0000HLJMPMAINORG001BH;定時(shí)器1中斷入口LJMPT_1ORG002FHMAIN:MOVSP,#6FH;給堆棧賦地址;MOVSCON,#0C0HMOVTMOD,#2EH;定時(shí)器T0作為計(jì)數(shù)器，定時(shí)器T1作為定時(shí)器每0.2ms中斷一次，工作方式為方式2MOVTL1,#37H;0.2msMOVTH1,#37HMOVTL0,#00H;計(jì)數(shù)器低8位清零MOVTH0,#00H;計(jì)數(shù)器高8位清零SETBEA;允許中斷;SETBET1;允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1中斷SETBTR1;啟動(dòng)定時(shí)器1SETBTR0;啟動(dòng)計(jì)數(shù)器0MOVP1,#00HMOVR4,#200MOVR5,#50MOV30H,#01H;正轉(zhuǎn)MOV31H,#02HMOV32H,#04HMOV33H,#08HMOV34H,#08H;反轉(zhuǎn)MOV35H,#04HMOV36H,#02HMOV37H,#01HSTART:MOVR0,#30H;#34H反轉(zhuǎn)MOVR3,#4LOOP:MOVA,@R0MOVP1,ALCALLDELAYINCR0DJNZR3,LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7,#25DL1:MOVR6,#100;25*100*2=5msDL2:DJNZR6,DL2DJNZR7,DL1RETSHUZI:DB0C0H,0F9H,0A4H