步进电机控制

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1、大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告机电信息工程学院单片机系统课程设计报告系：自动化系专业：自动化班级：093班设计题目：步进电机控制及转速显示学生姓名：白音杭盖、尚国伟指导教师：孙进生、王娟完成日期：2011年10月16日18大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告目录一、设计任务21.任务分析2二、设计方案2三、系统硬件设计33.1中央处理模块单片机芯片33.2显示模块设计43.3键盘模块53.5步进电机模块53.6ISP下载线模块6四、系统软件设计74.1主程序设计74.3显示及

2、输入程序设计8五、心得体会8参考文献9附录1系统电路原理图9附录2程序清单918大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告一、设计任务设计一个具有正转、反转、调速及制动的异步电机控制系统，具有启动键、方向控制键及提示灯、加速键、减速键及停止键，并显示转速。1.任务分析步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器，每一个脉冲信号可使步进电机旋转一个固定的角度,这个角度称为步距角。由于受脉冲的控制,其转子的角位移量和速度严格地与输入脉冲的数量和脉冲频率成正比。三相反应式步进电

3、动机结构如图8.1所示。电机定子有六个磁极，相对的磁极为同一绕组励磁，整个电机有三个绕组，按Y形接法接线。转自为软磁材料，无绕组。若绕组通电顺序为Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ-…，则电动机逆时针转动；若绕组通电顺序为Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-Ⅰ-Ⅲ-Ⅱ-…，则电动机顺时针转动。此种控制方式称为三相单三拍方式。若通电顺序为Ⅰ-ⅠⅡ-Ⅱ-ⅡⅢ-Ⅲ-ⅢⅠ-…（逆时针），称为三相六拍方式。步进电机控制装置发出运行方式、旋转方向和旋转角度（步数），前两项一般由电平表示，后一项用脉冲个数表示。脉冲分配器根据步进电机控制装置发来的命令（电平信号和脉冲

4、）使步进电机按照要求的工作方式、旋转方向及步数旋转。步进电机磁极的旋转有速率限制，如果过快，电动机会出现失步现象（转自跟不上磁极的旋转），特别是在电动机的起停阶段，要求有脉冲速率限制措施。图8.1三相反应式步进电动机结构18大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告二、设计方案1、方案选择1.1硬件方案系统可分为命令接受，控制输出和功率放大三个部分。命令接受部分接收上位机或控制装置的输出脉冲、运行方式及方向控制信号，脉冲输出部分形成分配脉冲，之后，通过功率放大装置将脉冲送给步进电动机，形成旋转磁场。图8.

5、2硬件原理框图由于本系统由单片机构成，所以，脉冲接受部分和脉冲分配部分直接由单片机完成，功率放大可由三极管或光电耦合器完成。为能够是三个输出端同时动作，脉冲分配输出应考虑同步问题。同步方法可用软件实施同步，也可用硬件控制实施同步。考虑到步进电机的失步问题，单片机在接收到脉冲后在系统内进行缓存后，通过速率限制程序进行脉冲分配。所以，脉冲的缓存可由计数器完成或者通过外部中断对脉冲个数进行计数，之后进行分配。这里需要注意一个问题，步进电机驱动电压等级可能较高，应根据电动机说明配以合适电压供电。另外，电动机功率较大，布线时应

6、将电机布线和单片机布线分开布置。为了使电机驱动电流不干扰单片机电路，最好两套电路实施电隔离，最方便的办法是使用光电耦合器进行隔离。1.2软件方案18大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告为防止输入脉冲频率过快导致电动机失步，可将输入脉冲在单片机缓存，之后在进行脉冲分配，分配时注意脉冲速率。脉冲输入模块在每个输入脉冲到来时，将缓存单元进行加1计数；脉冲分配模块时刻扫描缓存单元，当缓存单元不为零时，使步进电机旋转一步，之后缓存单元减1，减到0时停止分配脉冲。为使三相电平同时变化，程序中应予以考虑。非同步分

7、配脉冲可能导致电机错转。为使电动机以最快速度运行，脉冲分配速率应按照梯形曲线分配，如图8.3所示。图示的含义是：开始时（零转速）脉冲分配要慢，当电动机旋转起来后，脉冲速率逐渐加快，并达到最高速率；当要停止时，也不可马上停止，必须先降低脉冲速率，最后降到零，电动机停转。图8.3脉冲速率分配18大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告三、系统硬件设计3.1中央处理模块单片机芯片通过比较，选用了AT89C52单片机来作为本系统的核心，图二所示的是中央处理模块的电路部分，即单片机的电路连接。图二、中央处理模块3

8、.2显示模块设计本设计采用的是LCD1602作为显示部分，如图三所示。图三、显示模块电路18大连民族学院2009级自动化专业单片机系统课程设计报告2.3键盘模块设计四、键盘模块电路键盘模块共有5个按键，开始键、反转、正转、加速及减速键。分别对应接到8255PB口的0、1、2、3和PA口的2、3引脚上。3.48355IO口扩展电路18大连民族学院