基于C51的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)

-.z基于89C51的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)背景步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是基于最根本的電磁感應(yīng)作用，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。單片機(jī)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī)，大型望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)等等。隨著經(jīng)濟(jì)的開展，技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的開展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能提出了更高的要求。步進(jìn)電機(jī)的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后開場以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為最早的步進(jìn)電機(jī)。1950年后期晶體管的創(chuàng)造也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。到20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的開展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。步進(jìn)電機(jī)往后經(jīng)過不斷改進(jìn)，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要準(zhǔn)確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場合步進(jìn)電機(jī)用得最多。二、設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)51單片機(jī)四相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能：〔1〕由I/O口產(chǎn)生的時(shí)序方波作為電機(jī)控制信號(hào)；〔2〕信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；〔3〕電機(jī)的狀態(tài)通過鍵盤控制，包括正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，停頓和單步運(yùn)行。三、設(shè)計(jì)原理步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字\角度轉(zhuǎn)換器，也是一個(gè)串行的數(shù)\模轉(zhuǎn)換器。步進(jìn)電機(jī)的根本控制包括啟?？刂啤⑥D(zhuǎn)向控制、速度控制、換向控制4個(gè)方面。從構(gòu)造上看,步進(jìn)電機(jī)分為雙相、三相、四相、五相等類型,本次設(shè)計(jì)的是四相電機(jī)。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式有單四拍、雙四拍和單雙八拍三種。在本次設(shè)計(jì)中，我們使用的是雙相四拍的工作方式。通過P1口給A,B,C,D四相依次輸出高電平即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，通過控制兩次輸出的間隔，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。四、硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)原理，我們可以繪制出根本的功能方框圖，以便之后我們連接實(shí)際電路時(shí)的方便和可靠。用鍵盤控制具體的功能模塊，這樣更能直觀方便的控制整體的系統(tǒng)，使其到達(dá)我們預(yù)期的操作效果。圖3.1中簡單描述了整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的控制模式和控制流程，包括通過時(shí)鐘電路和鍵盤電路，來控制UNL2803驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。圖3.1硬件電路功能方框圖五、軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)中，我們查詢鍵盤按鈕控制方式來選擇步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的工作狀態(tài)。在程序里面對(duì)按鈕分配的I/O地址分別為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)位是P3.0，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)為是P3.1，停頓位是P3.4，加速位是P3.2，減速位是P3.3，單步執(zhí)行位是P3.5。通過外部中斷INT0和INT1來實(shí)現(xiàn)加速減速的外部輸入。圖4.1主程序流程圖程序里面加上了防止正常運(yùn)行過程中電機(jī)的突然轉(zhuǎn)向的阻斷。防止電機(jī)的意外損壞。在轉(zhuǎn)向之前，必須按下停頓按鈕，然后再發(fā)出電機(jī)的下一條控制命令。當(dāng)然，我們的加速減速通過外中斷可以在電機(jī)正常運(yùn)行過程中進(jìn)展操作。增加了我們系統(tǒng)的可操作性和高可控性?？偨Y(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，首次接觸到單片機(jī)的應(yīng)用，接到題目時(shí)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)一無所知，并對(duì)如何使用單片機(jī)也不甚了解，僅僅知道一些生硬的指令和符號(hào)，并不知道它們到底如何使用以及其意義，通過教師指導(dǎo)，然后自己在課后翻閱書籍和上網(wǎng)，搜集到了不少有關(guān)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的知識(shí)。通過鉆研這些知識(shí)，總算對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了認(rèn)識(shí)，但是這離課程設(shè)計(jì)需要掌握的知識(shí)相差甚遠(yuǎn)，為了縮短這種差距，只能不斷地查閱資料，仔細(xì)揣摩。在這次課程設(shè)計(jì)中，通過用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)、停頓，正、反轉(zhuǎn)，加、減速，也對(duì)單片機(jī)的知識(shí)也進(jìn)展了復(fù)習(xí)和穩(wěn)固。設(shè)計(jì)仿真電路的過程中，必須要有耐心，在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，仔細(xì)比擬分析其原理以及可行的原因。這就要求對(duì)硬件系統(tǒng)中各組件局部有充分透徹的理解和研究，并能對(duì)之靈活應(yīng)用。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)過程中，還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。發(fā)現(xiàn)，在所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整，這就要求應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。那時(shí)候覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)是則的枯燥乏味，整天只是學(xué)習(xí)這個(gè)指令做什么，那個(gè)指令做什么，覺得學(xué)了一點(diǎn)用都沒有。現(xiàn)在知道，原來一些生硬的指令組合起來竟然可以實(shí)現(xiàn)如此多的實(shí)用功能。俗話說的好，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)再多的理論也只能紙上談兵，只有把理論應(yīng)用到實(shí)踐中，才能檢驗(yàn)出理論的真?zhèn)巍Ｋ裕m然一周的時(shí)間不長，時(shí)間過得也很快，但是在這一周過去后，明白了學(xué)習(xí)與實(shí)踐相結(jié)合的重要性，指引我在以后的學(xué)習(xí)中應(yīng)該把理論和實(shí)踐聯(lián)系起來。附錄一：步進(jìn)電機(jī)程序仿真圖附錄二：步進(jìn)電機(jī)程序*include<reg51.h>unsignedcharcodeZZ[4]={0*FC,0*F6,0*F3,0*F9}; //正轉(zhuǎn)unsignedcharcodeFZ[4]={0*FC,0*F9,0*F3,0*F6}; //反轉(zhuǎn)sbitK1=P3^0;//電機(jī)正轉(zhuǎn)設(shè)置鍵sbitK2=P3^1;// 電機(jī)反轉(zhuǎn)設(shè)置鍵sbitK3=P3^2;// 電機(jī)減速設(shè)置鍵sbitK4=P3^3;// 電機(jī)加速設(shè)置鍵 sbitK5=P3^4; // 電機(jī)停頓設(shè)置鍵sbitK6=P3^5; //正向單步運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)置鍵charg,c;intnum=400;voiddelay(intt) //定義延時(shí)函數(shù){ unsignedintk=0;for(;t>0;t--) for(k=0;k<25;k++);}voidmotor_zz() //定義電機(jī)正轉(zhuǎn)函數(shù){ unsignedchari; g=0*10; for(i=0;i<4;i++){P1=g|ZZ[i]; if(K5==0) {break;}delay(num);} }voidmotor_fz() //定義電機(jī)反轉(zhuǎn)函數(shù){unsignedchari; g=0*10; //設(shè)置指示燈端口電平for(i=0;i<4;i++){P1=g|FZ[i]; if(K5==0) {break;}delay(num);} }voidmotor_single() //定義單步運(yùn)轉(zhuǎn)函數(shù){ unsignedchari; g=0*10; //設(shè)置指示燈端口電平for(i=0;i<4;i++){P1=g|ZZ[i];//電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，指示燈亮 delay(num);}}voidmain(void) //主函數(shù){ EA=1; E*0=1; IT0=1; E*1=1; IT1=1; while(1){ if(K1==0) //正轉(zhuǎn)鍵按下 { P2=0*fe; motor_zz(); //電機(jī)正轉(zhuǎn) if(K5==0||K2==0||K6==0)//停頓正轉(zhuǎn) { num=400; //速度復(fù)位 break;} P2=0*ff;} elseif(K2==0) //反轉(zhuǎn)鍵按下{ P2=0*fd; motor_fz(); //電機(jī)反轉(zhuǎn) if(K5==0||K1==0||K6==0) { num=400; //速度復(fù)位 break; } P2=0*ff; } elseif(K6==0) //單步鍵按下 {{P2=0*fb; motor_single(); //單步運(yùn)轉(zhuǎn) }P2=0*ff;