基于单片机控制步进电机控制器的设计

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1、目录1．设计任务12．设计方案13．步进电机常识与工作原理13．1步进电机常识13．2步进电机的控制原理13．3步进电机的控制方式24．步进电机的单片机控制24．1硬件设计34．2软件设计44．2.1程序流程图44．2.2程序清单45．总结88基于单片机控制步进电机控制器的设计1．设计任务　巩固所学电子技术知识，并通过设计实例，以提高解决综合实际问题的能力。2．设计方案课程设计题目是基于单片机控制步进电机控制器的PROTEUS设计与仿真。通过定时中断产生一定频率的脉冲，再改变定时的时间来调节脉冲的频率，从而达到调速的目

2、的。另外，为了直观的显示步进电机的速度，采用数码管来显示。设计方框图如图1所示。图1设计方案方框图3．步进电机常识与工作原理3．1步进电机常识常见的步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机

3、的应用最为广泛。3．2步进电机的控制原理8步进电机两个相邻磁极之间的夹角为60度，线圈绕过相对的两个磁极，构成一相。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿，转子上没有绕组，而有40个小齿均匀分布在其圆圈上，且相邻两个齿之间的夹角为9度。当某组绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子没有对齐，则在磁场的作用下转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前“走”一步。3．3步进电机的控制方式如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，

4、从而实现数字角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲树成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，与脉冲的占空比无关；而转动的方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例，电流脉冲的施加共有三种方式。1）单相三拍方式——按单相绕组施加电流脉冲　　　　　　　　　　　　　　　　2）双相三拍方式——按两相绕组施加电流脉冲　　　　　　　　　3）三相六拍方式——按单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲　　　　单相三拍方式的每一拍步进角为３度，三相六拍的步进角则为１.５度。因此三相六拍下，步进电机的运行反转平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三

5、相六拍驱动脉冲的频率需提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。4．步进电机的单片机控制步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号。因为步进电机不产生旋转量的误差积累。下面则通过8051单片机以单相三拍的方式控制步进电机的运行。84．1硬件设计利用MC-51单片控制步进电机的电路原理如图２所示。步进电机的三相驱动口分别接在单片机的P2.5～P2.7口，中间用三极管放大电路做为步进电机的驱动电路。起作用是将单片机输出口的+5V电压放大，同时也将电流放大，直接去驱动步进电机（此步进电机的驱动电压是+12Ｖ）。另外，图

6、中D1～D3三个二极管的作用是将步进电机在运行当中产生的反电动势释放出来，从而保护三极管不受损坏。按一下按钮K1，步进电机减速，按一下按钮K4，步进电机加速；当开关K1闭合时，启动步进电机，开关K1打开时，步进电机停止；当开关K2闭合时，步进电机正转，开关K2打开时，步进电机反转。七段共阳极数码管接在P0口，用来直观的显示步进电机的速度。图3基于单片机控制步进电机的电路原理图84．2软件设计4．2.1程序流程图程序流程图如图3所示，其中包括主程序流程和中断程序流程。图３　程序流程图4．2.2程序清单下述程序采用MC-5

7、1汇编语言实现对步进电机的正反转，调速与制动。程序启动后，判断启动开关是否打开，是则继续执行下面的程序，否则在原地不动。程序中定时30毫秒产生一次中断。另外还有两个调速外部中断程序JIA和JIAN。主程序为数码管扫描。程序如下：ORG0000HLJMPSTARTORG0003H8LJMPJIANORG000BHLJMP0F00HORG0013HLJMPJIAORG40HSTART:MOV31H,#6MOVR0,#0FEHMOVR1,31HMOVR2,#50MOVTMOD,#01HMOVTH0,#1CHMOVTL0,#2

8、2HMOVIP,#02HSETBIT0SETBIT1LP0:MOV32H,#0DFHLP4:JBP3.6,LP1MOVIE,#87HSETBTR0LJMPLP2LP1:CLREACLRTR0MOVP1,#00HLJMPLP4LP2:MOVDPTR,#TABMOVB,#10MOVA,R2DIVABMOVCA,@A+DPTR8CLRP