PWM及步進(jìn)電機(jī)-圖文

PWM及步進(jìn)電機(jī)-圖文步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、任務(wù)和目的利用PC機(jī)和實(shí)驗(yàn)箱設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)給定步進(jìn)電機(jī)的控制進(jìn)一步掌握微機(jī)硬件和軟件綜合設(shè)計(jì)方法。二、內(nèi)容和要求1．基本要求控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，要求轉(zhuǎn)速1步/秒基于實(shí)驗(yàn)箱，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)接口和驅(qū)動(dòng)電路用匯編語言編制程序2．提高要求（1）改善步進(jìn)電機(jī)的控制性能，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)/停；正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)；改變轉(zhuǎn)速（至少3檔）；單步。（2）改善人機(jī)接口三、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容（2）總體設(shè)計(jì)（3）硬件設(shè)計(jì)：原理圖（接線圖）及簡(jiǎn)要說明（4）程序框圖和清單（5）實(shí)驗(yàn)結(jié)果和體會(huì)附：步進(jìn)電機(jī)控制波形及參考驅(qū)動(dòng)電路ABBCCDDAABC步進(jìn)電機(jī)引腳：12345地ACBDD一個(gè)周期（4拍）步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、四相步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵部件之一，被廣泛應(yīng)用于需要精確定位、同步、行程控制等場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)所采用的是國(guó)產(chǎn)20BY-0型步進(jìn)電機(jī)，它使用+5V直流電源，步距角為18度。電機(jī)線圈由四相組成，即A、B、C、D四相，驅(qū)動(dòng)方式為二相激磁方式，電機(jī)示意圖和各線圈通電順序如圖1和表4.1所示：A1001圖1步進(jìn)電機(jī)原理圖表1B1100C0110D0011相順序0123相順序從0到1稱為一步，電機(jī)軸將轉(zhuǎn)過18度，01234則稱為通電一周，轉(zhuǎn)軸將轉(zhuǎn)過72度，若循環(huán)進(jìn)行這種通電一周的操作，電機(jī)便連續(xù)的轉(zhuǎn)動(dòng)起來，而進(jìn)行相反的通電順序如4321將使電機(jī)同速反轉(zhuǎn)。通電一周的周期越短，即驅(qū)動(dòng)頻率越高，則電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，但步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也不可能太快，因?yàn)樗孔咭徊叫枰欢ǖ臅r(shí)間，若信號(hào)頻率過高，可能導(dǎo)致電機(jī)失步，甚至只在原步顫動(dòng)。二、總體設(shè)計(jì)（1）8253定時(shí)控制步進(jìn)速度（2）8255輸出控制脈沖，再經(jīng)75452驅(qū)動(dòng)電機(jī)。（3）系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先顯示主菜單，選擇子菜單（設(shè)置參數(shù)）或控制工作，或返回DOS。三、硬件設(shè)計(jì)因采用了PC機(jī)和PC總線接口應(yīng)用平臺(tái)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，除利用了PC機(jī)本身資源外（如中斷資源），還利用了平臺(tái)上的8253計(jì)數(shù)/定時(shí)器、8255并行接口單元，再加上外圍驅(qū)動(dòng)電路，便構(gòu)成可步進(jìn)電機(jī)控制電路，硬件原理圖如圖2：圖2硬件原理圖圖中75452元件是正與非驅(qū)動(dòng)器，OC門輸出，所以加上拉電阻；8253的作用是輸出定時(shí)信號(hào)向CPU申請(qǐng)中斷要求輸出電機(jī)走步的控制信號(hào)。四、軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)通過軟件編程使8253輸出定時(shí)信號(hào)申請(qǐng)中斷，CPU發(fā)出命令由8255的下C口輸出脈寬信號(hào)來控制步進(jìn)電機(jī)的走步。電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停止則是通過8255的A0端子輸出高低電平來繼續(xù)或暫停8253的計(jì)數(shù)從而控制中斷申請(qǐng)來實(shí)現(xiàn)的。8253的定時(shí)時(shí)間決定了電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢。相對(duì)簡(jiǎn)單的硬件電路，使軟件設(shè)計(jì)成為本設(shè)計(jì)課題的中心內(nèi)容。1、設(shè)計(jì)思路控制系統(tǒng)分五個(gè)功能模塊，分別是轉(zhuǎn)速設(shè)置、轉(zhuǎn)向設(shè)置、固定步數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、退出系統(tǒng)，在前四個(gè)功能塊中都設(shè)置了ESC鍵來取消或暫停執(zhí)行當(dāng)前操作。程序中同時(shí)提供五個(gè)操作界面，一個(gè)主菜單和四個(gè)子菜單界面，進(jìn)行可視控制。（1）轉(zhuǎn)速設(shè)置根據(jù)賦給計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值，我們可以計(jì)算出步進(jìn)電機(jī)各相脈寬信號(hào)的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速，也可以反過來根據(jù)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速要求，計(jì)算并調(diào)整計(jì)算初值。這里采用的是8253的0號(hào)計(jì)數(shù)器和方波產(chǎn)生方式，輸入時(shí)鐘為f=46875hz，設(shè)計(jì)數(shù)初值為n，要求轉(zhuǎn)速為0.25轉(zhuǎn)/秒，對(duì)四相步進(jìn)電機(jī)而言即為5步/秒，則有：f/n=5n=f/5=46875/5=9375反過來，當(dāng)計(jì)數(shù)器初值確定時(shí)，決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)速，如計(jì)數(shù)初值為0時(shí)，有電機(jī)轉(zhuǎn)速為1步每秒（本設(shè)計(jì)中最慢速度）；當(dāng)計(jì)數(shù)初值為125時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速為375步每秒（本設(shè)計(jì)中最快速度）。具體設(shè)置初值及轉(zhuǎn)速見表2。表2步速135********5375（2）轉(zhuǎn)向設(shè)置在內(nèi)存單元中設(shè)置一方向標(biāo)志FLAG1，假設(shè)FLAG1為0時(shí)為順時(shí)針轉(zhuǎn)向，則當(dāng)設(shè)置FLAG1不為0時(shí)即可使電機(jī)轉(zhuǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。判斷操作在中斷子程序中進(jìn)行。（3）連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在此功能模塊中，通過讓8255的A0口輸出高電平到8253的GATE0使其0號(hào)計(jì)數(shù)器繼續(xù)工作（平常時(shí)A0口為低電平使8253的0號(hào)計(jì)數(shù)器暫停計(jì)數(shù)），并開放中斷進(jìn)入循環(huán)等待中斷狀態(tài)，在等待狀態(tài)中若有鍵盤的‘ESC’鍵按下，則認(rèn)為暫停要求而關(guān)閉中斷和暫停8253計(jì)數(shù)回到主菜單。需要繼續(xù)原轉(zhuǎn)向原速度運(yùn)行，再選擇此功能模塊即可。（4）固定步數(shù)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置通過鍵盤輸入0到999的十進(jìn)制值來設(shè)定轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)。判斷已轉(zhuǎn)步數(shù)即中斷次數(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，設(shè)置一內(nèi)存單元FLAG0，中斷時(shí)在中斷子程序中求反，而在循環(huán)等待中斷的程序中判斷其有無變化，無變化繼續(xù)循環(huán)，有變化則使計(jì)數(shù)寄存器C某減1后繼續(xù)循環(huán)，當(dāng)C某=0時(shí)退出等待中斷狀態(tài)，并關(guān)中斷和暫停8253計(jì)數(shù)。在這個(gè)等待程序中也判斷鍵盤有無ESC鍵按下，若有則認(rèn)為暫停要求而退出。（6）中斷子程序在中斷子程序中，將值為11001100B的內(nèi)存單元循環(huán)左移或右移一位，通過8255的下C口輸出低四位，控制步進(jìn)電機(jī)的相序變化，從而使電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。左移或右移將使電機(jī)順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，它由標(biāo)志FLAG1來決定。（7）菜單界面設(shè)置利用DOS下的BIOS功能調(diào)用，設(shè)計(jì)出彩色的形象而又易于操作的界面，詳細(xì)設(shè)計(jì)特點(diǎn)請(qǐng)參考附錄程序清單。2、程序流程圖（1）主程序框圖如圖3轉(zhuǎn)速0.050.150.250.751.253.756.2518.75按鍵F1F2F3F4F5F6F7