四相步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計

1、課 題： 四相五線單4拍步進制電動機的正反轉(zhuǎn)控制專 業(yè)： 機械電子工程 班 級： 2班學 號： 姓 名： 周后銀 指導(dǎo)教師： 李立成設(shè)計日期： 2014.6.92014.6.20成 績：1 概述本實驗旨在通過控制STC89C52芯片，實現(xiàn)對四相步進電機的轉(zhuǎn)動控制。具體功能主要是控制電機正轉(zhuǎn)10s、反轉(zhuǎn)10s，連續(xù)運行1分鐘，并用1602液晶顯示屏顯示出來。STC89C52單片機步進電機1602液晶顯示屏獨立按鍵鍵盤系統(tǒng)控制框圖具體工作過程是：給系統(tǒng)上電后，按下啟動開關(guān)，步進電機按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)動方式轉(zhuǎn)動，并且1602液晶顯示屏顯示正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速。 實驗具體用到的儀器：STC89C52芯片、開

2、關(guān)單元、四項步進電機、等硬件設(shè)備。實驗具體電路單元有：單片機最小系統(tǒng)、步進電機連接電路、開關(guān)連接電路、1602液晶顯示屏顯示電路。 2 四相步進電機2.1步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。2.2步進電機的控制1.換相順序控制： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。2.控制步進電機的轉(zhuǎn)向控制： 如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。3.控制步進電機的速度控制：如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)

3、一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快。2.3步進電機的驅(qū)動模塊ABCD四相工作指示燈指示四相五線步進電機的工作狀態(tài)2.4步進電機的工作過程開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關(guān)SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動。

4、四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖3.a、b、c所示： 步進電機工作時序波形圖對步進電機四個繞組依次實現(xiàn)如下方式的循環(huán)通電控制：單四拍運行：正轉(zhuǎn)A-B-C-D； 反轉(zhuǎn)D-C-B-A雙四拍運行：正轉(zhuǎn)AB-BC-CD-DA；反轉(zhuǎn)DC-CB-BA-AD八拍運行： 正轉(zhuǎn)A-AB-B-BC-C-CD-D-DA本實驗使用的是單四拍循環(huán)控制，單四拍運行 正轉(zhuǎn)A-

5、B-C-D；反轉(zhuǎn)D-C-B-A3 LCD1602液晶顯示屏 引腳接口說明表第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：VL為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地時對比度最高，對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和R/W共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平R/W為高電平時可以讀忙信號，當RS為高電平R/W為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變

6、成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第15腳：背光源正極。第16腳：背光源負極。4 電路圖設(shè)計4.1 STC89C52概述4.2 最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，就是用最少的元件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對 52系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、復(fù)位電路、晶振電路。4.3 復(fù)位電路復(fù)位電路采用手動復(fù)位和上電自動復(fù)位。上電自動復(fù)位：在單片機上電的瞬間，RC電路充電，由于電容上電電壓不能突變，所以RST引腳出現(xiàn)高電平，RST引腳出現(xiàn)的高電平將會隨著對電容C的充電過程而逐漸回落。手動復(fù)位：當按下復(fù)位按鈕時，RST出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)復(fù)位。4.4

7、撥碼電路 撥碼開關(guān)和P3口相連，撥動開關(guān)sw1、sw2、sw3、sw4來控制電機的啟停、正反轉(zhuǎn)、速度的加減。4.5 電機驅(qū)動電路將步進電機的A、B、C、D分別接到P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管腳上實物連接5 程序設(shè)計 5.1 主程序框圖 系統(tǒng)分為電機轉(zhuǎn)動、電機正轉(zhuǎn)、電機反轉(zhuǎn)、電機加速、電機減速和電機停止這幾個部分組成，其主程序框圖如圖下所示開始初始化定義引腳數(shù)據(jù)等調(diào)用定時器函數(shù)程序聲明定義延時函數(shù)響應(yīng)中斷聲明定義定時器初始化函數(shù)聲明定義按鍵處理函數(shù)調(diào)用按鍵子程序等待電機運轉(zhuǎn)與停止電機加速電機減速電機正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn) 5.2 步進電機速度控制程序框圖正轉(zhuǎn)部分: 送P1口不同的值，從而改變電機

8、電源的相序，是電機正轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流程圖如下開始延時有外部中斷?使用up_date等待 反轉(zhuǎn)部分:送P1口不同的值，從而改變電機電源的相序，是電機反轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程圖如下開始延時有外部中斷?down_date等待加速部分: 當電機處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時候，按下K2，調(diào)用加速程序，是電機每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變短，從而實現(xiàn)電機的加速。開始延時有外部中斷?速度增加等待減速部分: 當電機處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時候，按下K3，調(diào)用加速程序，是電機每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變長，從而實現(xiàn)電機的減速。開始延時有外部中斷?速度減小等待運行與停止: 按下K1鍵，系統(tǒng)默認是停止，撥動一次是運行，在撥動一次是停止，即是基數(shù)次運行，偶數(shù)次停止（一般不會撥動N次，為了看到現(xiàn)象，就撥動少數(shù)幾次）開始延時有外部中斷?奇數(shù)次運行偶數(shù)次停止等待5.3 撥碼開關(guān)輸入程序框圖用于判斷P3.1、P3.2、P3.3、P3.4， 調(diào)用按鍵子程序P3.1？運行或停止電機加速電機減速電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)P3.1？P3.1？P3.1？6 總結(jié)6.1心得這次課程設(shè)計，歷時多天，失敗多次，不斷總結(jié)失敗的經(jīng)驗，從中取得進步。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我明白了具體怎么來實現(xiàn)一個單片機