基于单片机控制的步进电机课程设计.doc

基于单片机控制的步进电机课程设计
目录
一、概述 2
2
2
2
2
3
3
3
3
二、系统的总体设计 3
4
4
5
5
5
5
5
、反转子程序 8
、减速子程序 12
16
三、调试与仿真 18
18
19
四、实物制作 19
19
五、课程设计小结 20
六、参考文献 21
七、附录 22
22
27
28
单片机控制步进电机
一、概述


步进电机是一种感应电机(如左图1所示),它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电
( 图1)
的,多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

步进电机实际上是一个数字\角度转换器,也是一个串行的数\模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4 个方面。从结构上看,步进电机分为三相、四相、五相等类型,常用的则以三相为主。三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3 种。

步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即振动感。为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机的转轴不能自由转动。

如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为二六拍,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相,即则电机就反转。其他方式情况类似。

如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它会再转一步。2 个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。

步进电机换向时,一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围之内再换向,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1 个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度(一般不小于5μs)、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速→换向→加速3 个过程。

此次我们所设计的是一个步进电机控制系统,可以通过按键来控制系统的启/停工作,当系统运转时,用按键来控制方向,同样由按键来选择工作模式。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。详细的设计步骤将在下面说明。
二、系统的总体设计
主要由单片机AT89C51,步进电机驱动芯片ULN2003A,2相6线步进电机,按键及一些其他相关元件设计而成。总体框图如下图2
步进电机
AT89C51
驱动芯片ULN2003A
控制信号
( 图2)


单片机(如图3):本次设计使用单片机芯片AT89C51
AT89C51的工作特性:
·内含4KB的FLASH存储器檫写次数1000次;
·内含128字节的RAM;
·具有32根可编程I/O线;
·具有2个16位编程定时器
·具有6个中断源,5个中断矢量,2级优先权的中
断结构; (图3)
·具有1个全双工的可编程串行通信接口;
·具有1个数据指针DPTR;
·具有