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1、微机原理与接口综合实验微机原理综合性实验报告题目：步进电机控制实验学院：班级：学号：姓名：指导教师：日期：2008年5月26日4实验设计微机原理与接口综合实验步进电机控制系统设计一、实验设计的目的与要求通过步进电机控制系统实验设计，用8255扩展端口控制步进电机，编写程序输出脉冲序列到8255的PA口，控制步进电机正传，反转，加速，减速。进一步掌握微机原理与接口的理论和实际方法。培养和锻炼开发控制系统的能力。为今后单片机的学习与应用开发打下良好的基础。要求了解步进电机控制的基本原理，掌握控制步进电
2、机的转动的编程方法，进一步了解单片机控制外部设备的常用电路。二、步进电机原理1.步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。图1四相步进电机步进示意图4实验设计微机原理与接口综合实验开始时，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
3、源，SB、SA、SD断开时，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
4、。 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2.a、b、c所示：图2.步进电机工作时序波形图a.单四拍 b.双四拍 c八拍2.步进电机的驱动原理步进电动机是一种数字元件，易于数字电路接口，但一般数字电路的信号的能量远远不足以驱动步进电动机。因此，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电动机。对步进电动机驱动一般有如下要求：(1)能够提供较快的电流上升和下降速度，使电流波形尽量接近矩形。(2)具有供截止期间
5、释放电流流通的回路，以降低绕组两端的反电动势，加快电流衰减。(3)具有较高的功率及效率。步进电动机的驱动方式很多，如单极性驱动、双极性驱动、高低压驱动、斩波驱动、细分驱动、集成电路驱动等。三、步进电机的控制1.ULN2003由于集成电路集驱动和保护于一体，作为小功率步进电动机的专用驱动芯片，ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列，由七个硅NPN达林顿管组成。该电路的特点如下：ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTLCMOS电路直接相连，可以直接处理
6、原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。4实验设计微机原理与接口综合实验ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。ULN2003A在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。输出电流大，故可以用来直接驱动步进电机。项目符号数值单位最大输入电压Vi(max)30V集电极-发射极电
7、压Vo(max)50V最大基极输入电流IB(MAX)25mA输出电流Io500mA贮存温度Ts-65～150℃结温Tj175℃引线耐焊接温度TD300℃2、脉冲的形成实现对步进电机的控制,微机应能输出有一定周期的控制脉冲。步骤是:先输出一个高电平,延时一段时间后,再输入一个低电平,然后再延时。改变延时时间的长4实验设计微机原理与接口综合实验短,即可改变脉冲的周期,脉冲的周期由步进电机的工作频率确定。用软件形成环形脉冲的程序流程图3、正反转控制步进电机的旋转方向和内部绕组的通电顺序及通电方式有密切关
8、系。通过改变各相脉冲的先后顺序，就可以改变电机的旋转方向.4、转速控制控制步进电机的运行速度,实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期,即在升速过程中,使脉冲的输出频率逐渐增加;在减速过程中,使脉冲的输出频率逐渐减少。脉冲信号的频率可以用软件延时和硬件中断两种方法来确定。采用软件延时,一般是根据所需的时间常数来设计一个子程序,该程序包含一定的指令,设计者要对这些指令的执行时间进行严密的计算或者精确的测试,以便确定延时时间是否符合要求。每当延时子程序结束后,可以执行下面的操作,
