四相步进电机控制系统设计.docx

1、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.1 2 四项步进电机22.1 步进电机.2 2.2 步进电机的控制.2 2.3 步进电机的工作过程.23 电路图设计.4 3.1 AT89S52 概述43.23.33.43.5最小系统.4 复位电路.5 拨码电路.5 电机驱动电路64 程序设计.74.14.24.3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

2、5 总结.11 5.1 心得.11 5.2 收获.11附录一附录二源程序.12 电路原理图.15第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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)

3、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。第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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，

4、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，第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸由于 C 相绕

5、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.

6、 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第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸3 电路图设计3.1 AT89S52 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

7、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。第页3.3东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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

8、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。第页3.5东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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 管脚上实物连接第页4.1东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸4 程序设计主程序框图系统分为电机转动、电机正

9、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第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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?第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸加速部分:当电机处于正转或反转的时候

10、，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?偶数次停止第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸4.3用于判断 P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，P3.1？P3.1？P3.1？P3.1？第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告

11、用 纸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。第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸【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/*/#incl

12、ude #include #define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit K1= P30;sbit K2= P31;sbit K3= P32;sbit K4= P33;uchar speed=0; /定义转速变量,初始值为 25uchar k=0; /用来记录驱动数组的位数bit flagcon= 0; /定义正反转uchar code up_data8 = 0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9;/正向驱动数组uchar code down_data8= 0xf9,0xf1,0xf3,0

13、xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8;/反向驱动数组uchar code motor_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uchar code motor_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 /*/voi

14、d Delay_ms(uint x)uint i,j;for(i=x;i0;i-)for(j=112;j0;j-); /延时约 1ms 毫秒/*第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸 */名称：定时器 T1 初始化函数 /*/void timer()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 /*/void KeyProcess()if(K1= 0)Del

15、ay_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 1if(K3= 0)Delay_ms(10);if(K3= 0)&(speed!=0)speed-; /转速减 1第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸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whi

16、le(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 /*/void timer1() interrupt 3TH1=motor_hspeed; /查计数值高位值表TL1=motor_lspeed; /查计数值低位值表if(flagcon= 0) /判断正反转P1= up_datak; /将驱动值送 P1,驱动步进电机运转elseP1= down_datak;k+;if(k=8)k=0;第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸【附录二】电路图第页东 北 大 学 秦 皇 岛 分 校 报 告 用 纸第页