资源描述：
《步进马达的单片机控制系统的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、步进马达的单片机控制系统的设计 摘要:采用8051单片机来控制步进电机,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制。采用的H-桥驱动器使步进电机在开环状态下达到较高的变速转速,同时断电相不产生负的转矩分量,其能量被输入到电源,即将接通的下一相中去,增大了电流容量,提高了其工作的可靠性。1 引言 本文主要研究基于8051单片机的步进电机的驱动器,驱动采用H-桥驱动电路,使步进电机可在智能化程序控制下完成正转、反转、加减速及细分等各种操作。文中所设计的H-桥驱动电路可使步进电机具有更高的性能,同时把数字电路与驱动电路隔离开
2、,避免了步进电机运行时所产生的冲击电压和电流干扰单片机。2 控制系统的硬件设计 步进电机的单片机控制系统硬件原理图如图1所示图1 步进电机的单片机控制系统硬件原理图 系统中采用并行控制,用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。键盘作为一个外部中断源,设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能,采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序,完成对步进电机的最佳控制,显示器及时显示正转、反转速度等状态。由于篇幅有限,在此仅给出H-桥驱动电路和DPA转换接口电路的设计。(1)H-桥驱动电路的设计 H-桥驱动电路如图2所示。其主电路的功率三
3、级管使用4个VMOS-FET分为Q1和Q4及Q2和Q3两组。其中,Q1和Q3为低电平导通高电平关断;Q2和Q4为高电平导通,低电平关断。采用LM339比较器作为电流检测元件,改变其输入参考电压,即可改变流过电机绕组的最大电流。比较器用一个DPA转换器来控制其参考电压,使其为一阶梯变化的电压值,可以实现对步进电机的细分控制。图2 H-桥驱动电路 采用耦合变压器驱动VMOS功率管Q1和Q3,使其不存在静态导通条件。同时用7406反向器和74LS00组成逻辑电路提供VMOS功率管栅极电压,其输出电压为10～15V,可以保证VMOS功率管可靠截止和导通。 当电机
4、某相绕组通电时,输入控制脉冲使Q1和Q4导通,Q2和Q3截止,电流从电源经Q1和Q4,右侧比较器以及电机绕组通过,当绕组电流达到额定值时,右侧比较器发生翻转控制Q1关断,而电流一下降,Q1再次接通。这种断续作用使相电流维持一个平均值。当电机绕组断开时,Q1和Q4截止,Q2和Q3接通,电流迅速从Q2,Q3和左侧比较器自行调整关闭功率管Q3,使电机绕组与高压电源断开,避免了绕组在电流衰减到零时再接着反向充电。(2)DPA转换接口电路的设计 DPA转换接口电路如图3所示。图中用DAC0832作为DPA转换器芯片,其输入为电流信号,可用UA741集成运放将输出的电流信号
5、转换成电压信号。DAC0832的寄存器选择信号CS及数据传送信号XFER都与地址线相连,当地址线选择好DAC0832后,只要输出WR控制信号,DAC0832就能一步完成数字量的输入锁存和DPA转换输出,并由UA741集成运放将电流转换为电压信号输出控制比较器的参考电压。图3 四路单缓冲DPA转换电路3 控制系统的软件设计 在软件设计中仅给出系统的正、反转控制程序和系统加减速程序流程,其他程序在此不再给出。(1)系统的正、反转控制程序 系统全部用软件来实现相序的分配,直接输出各相导通或截止的信号。现以四相步进电机运行为例,用一个输出口的八位数据线来控制
6、四相混合式步进电动机,A、B、C、D各相驱动线路的输入端分别用输出口四位来控制,规定低电平有效,则四相八拍工作时可用表1中的数据控制。表1 四相步进电动机运行控制数据表观察表1,要使步进电动机换相,只需对字节内容进行循环移位就可以了,左移时电动机正转,右移时电动机反转。用8051P1口输出,在初始化程序中对P1装载表1中的任一数据编程,则正转换相程序如下:CW:MOVA,R0;将输入口状态送累加器RLA;左移循环移位MOVP1,A;送回输出口RET;返回使用上述软件方法时,一般是用8051内存的一个位地址存储电动机运行的方向标志。当执行程序时,首先判断方向标志,若为0,则调
7、用正转子程序;若为1,则调用反转子程序,从而实现方向控制。(2)系统加减速程序 用定时器中断方式来控制电动机变速时,实际上是不断改变定时器装载值的大小。在控制过程中,采用离散办法来逼近理想的升降速曲线。为了减少每步计算装载值的时间,系统设计时就把各离散点的速度所需的装载值固化在系统的ROM中,系统在运行中用查表法查出所需的装载值,这样可大幅度减少占用CPU的时间,提高系统的响应速度。系统加减速流程图如图4所示。图4 加减速控制流程图4 结语1. 本设计中介绍了步进电机接口电路,配合以单片机软件编程可以
