课程设计-基于单片机的步进电机控制系统设计

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1、电气工程及其自动化专业方向课程设计课题：步进电机控制系统设计班级学号姓名专业电气工程及其自动化系别电子与电气工程学院指导教师淮阴工学院电气工程及其自动化教研室2010年12月19目录1.系统概述1.1步进电机控制工作原理31.2系统设计思路32.系统硬件设计2.1总体设计42.2步进电机控制电路52.3显示电路63.系统软件设计3.1总体设计83.2关键模块设计104.设计感想5.参考文献附录1319一.系统概述1.1步进电机控制工作原理步进电机实际上是一个数字角度转换器，也是一个串行的数模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面

2、。从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，常用的则以三相为主。三相步进电机的工作方式有三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，下面具体加以阐述。1.1.1步进电机的启停控制步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感，即振动感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波，可以减小步进电机的步进角，提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时，为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采用合适的锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，使步进电机的转轴不能自由转动。1.1.2步进电机的转向控制如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转。

3、若步进电机的励磁方式为三相六拍，即A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相，即则电机就反转。其他方式情况类似。1.1.3步进电机的速度控制如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。2个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。1.1.4步进电机的换向控制步进电机换向时，一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围之内再换向，以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度(一般不小于5μs)、

4、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速→换向→加速3个过程。1.2系统设计思路19此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，主要由单片机80C51，并行输入/输出接口8255A，3相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式，这次设计并不是使用键盘来输入运转步数，而是由8个开关置0/1设步数。运转时，用3位7段数码管来输出剩余步数。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。详细的设计步骤将在下面说明。二.系统硬件

5、设计2.1总体设计设计一个单片机三相步进电机控制系统要求系统具有如下功能：1.用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；2.K3、K4分别为启动和方向控制；3.正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮；4.用K5-K12作为步数的给定值；5.用3位LED显示剩余工作步数；根据设计要求用PROTIU所做的硬件连线19图12.2步进电机控制电路2.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析1.K3为启/停控制开关，控制整个系统的开启和关闭。2.K4为正/反转控制开关，控制步进电机的转向。3.K0-K3为工作模式控

6、制开关，KO接电时，为步进电机单三拍工作模式；K1接电时，为步进电机双三拍工作模式；K2接电时，步进电机工作模式为三相六拍。2.2.2步数给定值控制电路用8255A的PA8个口来作为步数的输入口，用开关K5-K12来控制8位2进制数的数值，开关接电则为1，接地为0，控制步数范围0—255。19图22.2.3步进电机控制电路将80C51的P1.0-P1.3作为步进电机的输出控制口。图32.3显示电路2.3.1发光二极管显示电路用3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示，将PC7接红灯，PC6接黄灯，PC5接绿灯，19正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯

7、亮。图42.3.2八段数码管显示电路由8255A的PB口取出显示码，从80c51的P1.5-1.7输出位选码，设计中我们主要用到3位显示步数既可。19图5三.系统软件设计3.1总体设计3.1.1步进电机的工作方式1.三相单三拍工作方式   在这种工作方式下,A、B、C三相轮流通电,电流切换三次，磁场旋转一周，转子向前转过一个齿距角。因此这种通电方式叫做三相单三拍工作方式。这时步距角θb(度)为θb=360/mz　　(1)式中:m──定子相数;z──转子齿数单三拍的数学模型：步序控制位工作状态控制模型P1.7P1.6P1.5P1.4P1.3