单片机控制电机调速实验报告.docx

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单片机控制电机调速实验报告

重庆邮电大学综合实验报告

——单片机控制步进电机调速

学生姓名：

组长：

AAAA

组员：

AAAAAAAA

学号：

XXXXX

XXXXXXXXXXXXX

所在学院：

自动化班级:

XXXXX专

业：

机械设计制造及其自指导老师：

XXXX成绩评定：

检测与控制实验中心

2

一、实验要求与目的3

1、设计要求3

2、实验目的3

二、设计思路3

三、实验原理4

1、步进电机4

2、步进电机控制系统结构4

3、速度控制算法5

四、功能概述及方案设计5

1、显示模块5

2、AD转换模块6

3、步进电机细分驱动模块6

五、实验运行程序7

六、实验心得13

参考文献13

3

一、实验要求与目的

1、设计要求

1、步进电机的给定速度由电位器通过AD转换输入

2、只有给定速度和实际速度显示功能

3、实际速度通过红外光电开关（或霍尔元件）检查

4、步进电机具有细分功能：

1/2细分1/4细分1/8细分

5、测试步进电机的响应时间及曲线

2、实验目的

1、熟悉步进电机的工作原理

2、熟悉51系列单片机的工作原理及调试方法

3、设计基于51系列单片机控制的步进电机调速原理图

4、实现51系列单片机对步进电机的速度控制

5、了解霍尔元件和步进电机细分驱动芯片tb6560的使用

二、设计思路

主控芯片采用STC89C52IL片机，显示采用1602液晶，由于步进电机速度设定由电位器

输入，使用外部ADtlc5510,AD时钟源接89C52ALE弓I脚，AD为并行，AD使用单片机

P1口，可以直接读取，根据对应数据设定速度。

步进电机速度控制采用闭环控制，由

于传统的PID控制算法波动较大，我们采用分级设定加速度的办法，并把编码器反馈回

来的速度与设定速度进行比较确定是加速还是减速，软件模拟加速减速过程，步进电机

细分由驱动芯片TB6560提供，由于驱动细分由ml、m2口电平决定，我们采取直接通过拨码开关设定电平，从而设定驱动细分值。

4

三、实验原理

1、步进电机

步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机

就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机（简称

VR）、永磁式步进电机（简称PM和混合式步进电机。

步进电机区别于其他控制电机的

最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数

决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控

制信号由单片机产生。

其基本原理作用如下：

（1）控制换相顺序

通电换相这一过程称为脉冲分配。

例如：

三相步进电机的三拍工作方式，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

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

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。

调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机

进行调速。

2、步进电机控制系统结构

单片机在适当的时刻通过对计数器0赋初值，设置好加减速过程的频率变化（即速度、

加速度变化），以防止失步。

例如，在点位控制中设置好速度曲线图，在起动和升速

时，使步进电机产生足够的转矩驱动负载，跟上规定的速度和加速度;在减速时，下降

特性使负载不产生过冲，停止在规定的位置。

启动细分驱动电路中的固化程序以产生一

定频率的脉冲，经功率放大后驱动步进电机运动。

步进电机运动方向的改变及启动和停

止均由计算机控制硬件控制电路实现。

5

图2步进电机控制系统

3、速度控制算法

单片机控制系统通过A/D电路检测设定速度值，通过编码器得到实际速度值，当实际

速度值大于设定速度值，步进电机加速，反之减速。

根据实际速度真与设定速度值的差

值大小的不同，将加速度分为三个等级，相差越大，加速度越大。

从而达到既能快速达

到设定速度值，又能让实际速度稳定在设定速度值左右的目的。

四、功能概述及方案设计

1、显示模块

显示模块采用1602液晶显示测量参数和显示所有测量数据。

程序逻动步进电编码

电源输入脉

细分指

6

2、AD转换模块

3、步进电机细分驱动模块

TB6560步进电机驱动电路主要包括3部分电路：

控制信号隔离电路、主电

路和自动半流电路，可利用简单的编程实现。

7

五、实验运行程序

#defineDataP0//数据端口

#defineLENGTH7

typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;

codecharnum[]=0123456789;charsetSd[LENGTH]=SetSpd:

;charnowSd[LENGTH]=NowSpd:

;charr_min[5]=r/min;

//液晶显示接口sbitRS=P2A4;

sbitRW=P2A5;

sbitE=P2A6;

voidDelayMs（ucharms）;voidDelayUs（ucharus）;voidInitLcd（void）;

voidWriteData（ucharc）;

voidWriteCommand（ucharc）;

voidDisPlay（uintnumber,ucharstatus）;voidDisplayStr（char*s,ucharlength）;

**/voidDisPlay（uintnumber,

ucharstatus）{chari;staticcharpre_i=0;chartemp[8]={0};

if（status==0）{WriteCommand（0x80）;DisplayStr（setSd,LENGTH）;}else{WriteCommand（0xc0）;DisplayStr（nowSd,LENGTH）;

8

}

if（number==0）{WriteData（num[temp[0]]）;}else{

i=0;while（number）{temp[i]=number;number/=10;i++;}

if（pre_i>i）{WriteCommand（0x01）;//显示清屏

}pre_i=i;while（i>0）

{i--;WriteData（num[temp[i]]）;}}DisplayStr（r_min,5）;}

/*******************************************字符串显示函数

********************************************/voidDisplayStr（char*s,ucharlength）{

ucharj=0;

while（j

/******************************************************************

写入命令函数

******************************************************************/voidWriteCommand（uchar

c）{DelayMs（5）;//操作前短暂延时，保证信号稳定

E=0;RS=0;RW=0;_nop_（）;E=1;Data=c;E=0;}/******************************************************************

9写入数据函数

******************************************************************/voidWriteData（ucharc）

{DelayMs（5）;//操作前短暂延时，保证信号稳定

E=0;RS=1;RW=0;_nop_（）;E=1;Data=c;E=0;RS=0;}/******************************************************************

******************************************************************/voidInitLcd（void）

初始化函数

{DelayMs（15）;WriteCommand（0x38）;//displaymodeWriteCommand（0x38）;//displaymode

WriteCommand（0x38）;//displaymodeWriteCommand（0x06）;//显示光标移动位置

WriteCommand（0x0c）;//显示开及光标设置

WriteCommand（0x01）;//显示清屏

}

/******************************************************************索

微妙级函数

12MHz频

******************************************************************/voidDelayUs（ucharus）

{ucharuscnt;uscnt=us>>1;

while（--uscnt）;}

/******************************************************************

毫秒延时函数

****************************************************************

{while（--ms）{DelayUs（250）;DelayUs（250）;/******************************************************Init.c******************************************************/

**/voidDelayMs（ucharms）

DelayUs（250）;DelayUs（250）;}}

文件

10

#include

typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;

sbitCW=P2A1;

sbitENABLE=P2A2;

externvoidInitLcd（void）;

/************************************************TB6560

初始化

***********************************************

CW=0;ENABLE=1;}

/************************************************功能：

周期定时50ms

定时器0初始化函数

*************************************************/voidInitTime0（void）{

ET0=1;TH0=（65536-50000）/256;TL0=（65536-50000）%6;TR0=1;}

TMOD|=0x01;EA=1;

/************************************************

定时器1初始化函数

功能：

设定为外部脉冲计数模式

*************************************************/voidInitTime1（void）{

TMOD|=0x50;EA=1;

ET1=0;TH1=0;TL1=0;TR1=1;}/************************************************

定时器1初始化函数

功能：

设定为外部脉冲计数模式

*************************************************/voidInitTime2（void）{

50000）/256;//重装载计数器赋初值

RCAP2L=（65536-50000）%6;ET2=1;

RCAP2H=（65536-

//开定时器

2中断

EA=1;

11

//开总中断

TR2=1;}

//开启定时器，并设置为自动重装载模式

/************************************************

总初始化函数

*************************************************/voidInitSystem（void）{InitTime0（）;InitTime1（）;InitTime2（）;}

/******************************************************StepMotor.c

******************************************************/

InitLcd（）;InitTB6560（）;

文件

#include#include

#includeStepMotor.h

voidmain（void）{intK;

InitSystem（）;while

（1）{if（statusFlag==0）{

preSetSpeed=setSpeed;setSpeed=SET_SPEED;

if（setSpeed>nowSpeed）{

if（setSpeed-nowSpeed>10）K=10;elseif（setSpeed-nowSpeed>5）K=20;elseK=60;if（adjustment<1）adjustment=1;adjustment=adjustment-adjustment/K;

}elseif（setSpeed

if（setSpeed-nowSpeed>10）K=10;elseif（setSpeed-nowSpeed>5）K=20;elseK=60;if（adjustment>30000）adjustment=30000;adjustment=adjustment+adjustment/K;

}DisPlay（setSpeed,0）;

DisPlay（nowSpeed,1）;statusFlag=1;}}}

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/************************************************功能：

周期定时50ms

定时器2中断函数

***********************************************

**/voidTsr_Time2（void）interrupt5

{staticvolatileucharinTimes=0;

TR1=0;if（inTimes<20）{inTimes++;

}else{

nowSpeed=TH1*256+TL1;

statusFlag=0;inTimes=0;

TH1=0;TL1=0;

}

TF2=0;//定时器2的中断标志要软件清0TR1=1;}

定时器0中断函数

***********************************************

/************************************************功能：

周期定时50ms**/voidTsr_Time0（void）interrupt1

{CLK=~CLK;TH0=（65536-adjustment）/256;//2600一转每秒TL0=（65536-adjustment）%6;

clkp2.0步进电机转速

c/cwP2.1正反转

EnableP2.2驱动使能

singalP3.5编码器信号反馈typedefunsignedcharuchar;typedefunsignedintuint;

sbitCLK=P2A0;

sbitCW=P2A1；

sbitENABLE=P2A2;

//函数声明

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externvoidInitSystem（void）;externvoidWriteData（ucharc）;

externvoidWriteCommand（ucharc）;

externvoidDisPlay（uintnumber,ucharstatus）;

//变量定义intsetSpeed;//速度设定

intpreSetSpeed;ucharcount=0;

volatileintnowSpeed;//当前速度

intstaticAdjustment=0;

volatileintadjustment=30000;//周期调整

volatileucharstatusFlag=0;

六、实验心得

经过这次的实验，我们受益匪浅，熟悉掌握了步进电机的工作原理，对51系列单片机

的工作原理及调试方法也有了更进一步的了解，对霍尔元件和步进电机细分驱动芯片

tb6560的使用也有了一定的了解，经过这次实验，锻炼了我们对知识的综合能力，在

动手能力方面也有了进一步的提高。

希望以后有更多这种机会，为毕业设计做好充分的准备。

参考文献

[1]何耀三,唐卓尧编著,电气传动的单片机控制[M].重庆:

重庆大学出版社

1996

[2]刘金琪编著.机床电器自动控制[M].哈尔滨:

哈尔滨工业出版社,1999[3]

王建,于勤著.利用单片机实现步进电机控制[J].四川工业大学学报,

2002,5722

14

题目4:

基于CAN总线的单片机温度控制系统（粕电阻）设计实验

要求：

①具有CAN总线节点，能与其他CANm点进行数据交换

2具有温度采集系统（传感器采用铂电阻）

3具有温度非线性补偿电路（或者软件补偿）

4控制温度设置通过键盘输入

5具有实时温度值和设置温度值显示功能

⑥控制算法采用PID,输出才用继电器PW昉式（温度加热箱由实验室提供）