单片机同时控制多种电机.doc

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1、基于单片机的多种电机的同时控制引言步进电动机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线位移的执行机构其特点是电动机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电动机的转速由脉冲信号的频率决定。由于步进电动机具有开环控制无累计误差的优点，且非常适合于数字控制，得到了广泛的应用。人们对基于各种微处理器的步进电动机控制系统作了大量的设计和开发丁作，在文献[1]中，设计出一种基于数字信号处理器(DSP)的步进电动机控制器，文献[2]介绍了一种以基于RISC微处理器(ARM)单片机为核心的步进电动机控制系统，文献[3]采用可编程控制器(PLC)和大功率晶体管来

2、实现对步进电动机的驱动和控制。已有的步进电动机控制系统大多存在以下不足：系统的彬硬件结构只针对控制一台电动机来设计；同一驱动系统，只具有一种电动机驱动方式。本设计开发了一种基于AT89C52单片机的步进电动机控制系统，该系统在杉硬件上能满足多电动机控制要求，并在控制上，能选择不同的驱动方式。1系统总体结构控制系统主要由六个部分组成：上位机、串口通信、单片机控制器、译码与片选、驱动电路以及步进电动机，其结构原理如图1所示。对指定步进电动机进行控制的过程是：通过上位机(PC机)的控制界面，下达控制指令，由串行口输出后，经过通信接口电路

3、发送到单片机；单片机作为下位机，主要用来接收和解释上位机发来的指令，并按照上位机的指令要求，产生脉冲控制信号，驱动步进电动机运转，完成后发回指令数据以反馈指令执行情况。2硬件电路设计依该系统的功能要求，设计出该控制系统的电路原理如图2所示，由于各执行电动机的驱动电路相同，为了简化，图2中只给出了电动机l的驱动电路。系统中，下位机与上位机通过串口进行通信，上位机与下位机的电平定义不同，加入MAX232芯片(图2中略去)，主要用来负责AT89C52芯片的TTL电平与微机串口RS-232电平之间的相互转换，保证通信的顺利进行。74LSl

4、38芯片为一3-8译码器，其输入引脚A、B、C分别同单片机的P2旬、P2—1、P2-2相连接，其输出端Y1、Y2、Y3、Y4分别同各指定锁存器74HC573的使能引脚相连，这样，通过控制P2口低三位的输出，可最终选定P0口输出的脉冲信号作用于任何电动机，实现对特定电动机的控制。在电动机驱动上，用到NPN型场效应管IRF540，为了防止驱动电路的高压对单片机控制电路的干扰和破坏，在控制电路与驱动电路之间加入光电耦合隔离器TLP521-4；当某一控制输出端(如Po旬)输出为高电平时，且第一个锁存器使能，高电平流经反相器7406变为低电

5、平，使光电隔离器通电并导通，于是，场效应管的控制栅极G为高电平，IRF540导通，使A相通电；反之P0旬为低电平，A相无电流通过。同理，通过P0—1和Po-2对B相和C相进行控制。3软件设计3．1上位机软件设计上位机的软件设计主要是开发出友好的人机控制界面，通过操作该界面，完成对各执行电动机的控制，并能通过该界面，观察电动机的运行结果。利用VB开发平台，开发出的人机控制界面如图3所示。上位机采用查询方式发送指令于下位机，用户输入指令后，由计算机查询单片机是否可以接收指令，如果可以接收，则发送用户指令，如果此时单片机忙碌，则计时等待

6、一段时间，在等待期间，不断询问单片机是否可以接收命令，如果计时满，单片机还不能接收指令，则报告出错；下位机执行完指定命令，向上位机发送执行完成信号，点亮控制界面中标签“完成”前面的指示灯，提示用户进行下一步操作。3．2下位机软件设计下位机控制程序的主要功能包括参数的初始化、串口初始化、中断指令、指令解释和电动机驱动等，负责从上位机接收指令，并解释指令，然后将其转换成控制信号，从P0口和P2口的指定引脚输出，使电动机按指令要求运转。本系统对步进电动机的驱动有三种方式：单拍、双拍和单双拍；采用单拍驱动，电动机各相的通电顺序为“A．B．

7、C”，控制字为{0x01；0x02；0x04}；采用双拍驱动，电动机各相的通电顺序为“AB—BC-CA”，控制字为{0x03；0x06；0x05}；采用单双拍驱动，电动机各相的通电顺序为“A—AB—B—BC—C—CA”，控制字为{0x01；0x03；0x020x06；0x04；0x05}；颠倒以上的通电顺序，可实现电动机的反方向运转。把以上各控制字制成表格存于单片机的程序存储器中，依控制指令，再逐一取出，输出即可。下位机软件程序主要包括三部分：主程序、串口中断子程序和定时器中断子程序。其中，串口中断子程序完成对上位机指令的接收，主

8、程序解释存储接收的数据，并按接收的数据进行初始化和动作，电动机的运行速度、方向、位移以及驱动方式，是通过定时器中断子程序来完成的。主程序和定时器中断子程序流程如图4和图5所示。4结语本文所设计开发的步进电动机控制系统，其创新点在于彬硬件上能满足多电