四相步进电机控制系统设计.docx
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四相步进电机控制系统设计
《单片机课程设计》设计报告
设计题目：
四相步进电机控制系统设计
系
专
别：
业：
自动化工程系
测控技术与仪器
班级学号：
5091016
姓
名：
李建华
指导教师：
吕江涛
张宝健
设计时间：
2011/12/29
东北大学秦皇岛分校报告用纸
1概述……………………………………………………………………………………..12四项步进电机………………………………………………………………………2
2.1步进电机………………………………………………………………………..22.2步进电机的控制……………………………………………………..……..22.3步进电机的工作过程…………………………………………………….2
3电路图设计…………………………………………………………………….……43.1AT89S52概述………………………………………………………………4
3.2
3.3
3.4
3.5
最小系统…………………………………………………………………..…4复位电路………………………………………………………………..……5拨码电路……………………………………………………………………..5电机驱动电路………………………………………………………………6
4程序设计……………………………………………………………………………...7
4.1
4.2
4.3
主程序框图…………………………………………………………………7步进电机速度控制程序框图………………………………………8拨码开关输入程序框图……………………………………………...10
5总结……………………………………………………………………………………..115.1心得……………………………………………………………………………….115.2收获……………………………………………………………………….……..11
附录一
附录二
源程序……………………………………………………………….……….12电路原理图………………………………………………………….…….15
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1概述
本实验旨在通过控制AT89S52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。
具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。
具体工作过程是：
给试验箱上电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。
调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步进电机转速加快，速度达到最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速度减到最小速度，停止减速。
系统控制框图
实验具体用到的仪器：
AT89S52（试验箱上为89C58）芯片、拨码开关单元、四项步进电机等硬件设备。
实验具体电路单元有：
单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。
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2四项步进电机
2.1步进电机
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
2.2步进电机的共组原理
2.2步进电机的控制
1.换相顺序控制：
通电换相这一过程称为脉冲分配。
例如：
混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。
2.控制步进电机的转向控制：
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：
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。
两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。
2.3步进电机的工作过程
开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，
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由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图3.a、b、c所示：
a.单四拍
b.双四拍
步进电机工作时序波形图
c八拍
对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：
单四拍运行：
正转A-B-C-D；
反转D-C-B-A
双四拍运行：
正转AB-BC-CD-DA；反转DC-CB-BA-AD
八拍运行：
正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
本实验使用的是单双八拍循环控制
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3电路图设计
3.1AT89S52概述
AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。
关于其功能原理及其应用不再赘述。
这里只介绍本实验用到的端口和功能。
P1口：
用户使用的通用I/O口，8位准双向，编程和校验时，可做为高8位地址线；P1.0和P1.1引脚另有第二功能（此实验没用到，不再介绍）
P3口：
8位准双向I/O口
RST:
复位信号输入端，高电平有效
EA：
访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号
XTAL1,XTAL2:
芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端
3.2最小系统
单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：
单片机、复位电路、晶振电路。
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3.3
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复位电路
复位电路采用手动复位和上电自动复位。
上电自动复位：
在单片机上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以RST引脚出现高电平，RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落。
手动复位：
当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。
3.4
拨码电路
拨码开关和P3口相连，拨动开关sw1、sw2、sw3、sw4来控制电机的启停、正反转、速度的加减。
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3.5
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电机驱动电路
将步进电机的A、B、C、D分别接到P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管脚上
实物连接
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4.1
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4程序设计
主程序框图
系统分为电机转动、电机正转、电机反转、电机加速、电机减速
和电机停止这几个部分组成，其主程序框图如图下所示
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4.2
正转部分:
送P1口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别为0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。
流程图如下
有外部中断?
反转部分:
送P1口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。
流程图如下
有外部中断?
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加速部分:
当电机处于正转或反转的时候，按下K2，调用加速程序，
是电机每转动一部的延时时间变短，从而实现电机的加速。
有外部中断?
减速部分:
当电机处于正转或反转的时候，按下K3，调用加速程序，
是电机每转动一部的延时时间变长，从而实现电机的减速。
有外部中断?
运行与停止:
按下K1键，系统默认是停止，拨动一次是运行，在拨
动一次是停止，即是基数次运行，偶数次停止（一般不会拨动N次，为了看到现象，就拨动少数几次）
有外部中断?
偶数次停止
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4.3
用于判断P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，
P3.1
？
P3.1
？
P3.1
？
P3.1
？
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5
总结
5.1心得
这次课程设计，历时多天，失败多次，不断总结失败的经验，从中取得进步。
经过这次课程设计，我明白了具体怎么来实现一个单片机的项目，熟悉了流程，获取信息的途径。
彻底的了解了单片机的用途。
5.2收获
1、能够将理论知识与实践相结合，对理论的理解更透彻。
2、对单片机C语言编程，有了初步的了解，为以后的进一步学习打下了基础。
3、增强了自己的团队意识，在以后的学习和工作中能够更好的与他人合作。
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【附录一】源程序
/******************************************************************************
***********************/
//名
//功
称：
四项步进电机的控制
能：
实现电机的正反转，以及电机的转速
//指导老师：
吕江涛
张宝健
/******************************************************************************
**********************/
#include
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
sbitK1=P3^0;
sbitK2=P3^1;
sbitK3=P3^2;
sbitK4=P3^3;
ucharspeed=0;//定义转速变量,初始值为25
uchark=0;//用来记录驱动数组的位数
bitflagcon=0;//定义正反转
ucharcodeup_data[8]={0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9};//正向驱动数组
ucharcodedown_data[8]={0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8};//反向驱动数组
ucharcodemotor_h[]={0x9e,0xae,0xba,0xc3,0xc9,0xcf,0xd3,0xd7,0xda,0xdd,
0xdf,0xe1,0xe3,0xe4,0xe6,0xe7};//步进电机计数值TH1高位表
ucharcodemotor_l[]={0x58,0xa2,0x3c,0x1a,0xbe,0x2c,0xad,0x4c,0x6c,0x1e,
0x76,0x7e,0x4a,0xe4,0xc1,0x96};//步进电机计数值TL1低位表
/******************************************************************************
***************/
//名称：
延时函数
//功能：
定量延时，延时时间=x*1ms/******************************************************************************
*************/
voidDelay_ms（uintx）
{
uinti,j;
for（i=x;i>0;i--）
for（j=112;j>0;j--）;//延时约1ms毫秒
}
/******************************************************************************
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//名称：
定时器T1初始化函数/******************************************************************************
*********/
voidtimer（）
{
TMOD=0x10;//定时器T1均为工作模式1,16位定时方式
TH1=0xff;
TL1=0xff;//装定时器T1计数初值
EA=1;//开总中断
ET1=1;//开定时器T1中断
TR1=0;//暂时不启动定时器T1
}
/******************************************************************************
**************/
//按键处理/******************************************************************************
***************/
voidKeyProcess（）
{
if（K1==0）
{
Delay_ms（10）;
if（K1==0）
{
TR1=~TR1;//K1键按下后,启动定时器T1
}//再次按下关闭T1，控制步进电机启停
}
if（K2==0）
{
Delay_ms（10）;
if（（K2==0）&&（speed!
=15））
{
speed++;//转速加1
}
}
if（K3==0）
{
Delay_ms（10）;
if（（K3==0）&&（speed!
=0））
{
speed--;//转速减1
}
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}
if（K4==0）
{
Delay_ms（10）;
if（K4==0）
{
flagcon=~flagcon;//正反转
}
}
}
/******************************************************************************
*********/
//主函数
/******************************************************************************
*******/
main（）
{
timer（）;//定时器T0和T1初始化
while
（1）
{
KeyProcess（）;//按键处理函数
}
}
/******************************************************************************
***********/
//名称：
定时器T1中断函数
//功能：
用于步进电机转速控制，定时时间由查表可知/******************************************************************************
**********/
voidtimer1（）interrupt3
{
TH1=motor_h[speed];//查计数值高位值表
TL1=motor_l[speed];//查计数值低位值表
if（flagcon==0）//判断正反转
P1=up_data[k];//将驱动值送P1,驱动步进电机运转
else
P1=down_data[k];
k++;
if（k==8）k=0;
}
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【附录二】电路图
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