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1、 MCS-51单片机与步进电机接口 特点：步进电机能接受步进脉冲的控 制一步一步地旋转。 用途：步进电机成了计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其在精确定位场合中得到了广泛的应用； 内容：简述步进电机的工作原理，讨论它与单片机接口的电路以及应用的方法。 。1991 步进电机简述一、步进电机原理步进电机的转子上均匀地分布着40个齿，齿间（齿距）夹角为9（360/40）,定子上有6个大齿，相差180的两个大齿组成一相，共有A、三相。每个大齿上有若干个与转子上一样的小齿。定子的每一相都有励磁绕组。29二、步进电机的运行方式1三相三拍运行方式(1）当A相通电时，B相、相不通电：A相定子上的齿与转子上
2、的齿对齐（通电后磁场力作用的结果），迫使电机旋转3B相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿3C相定子上的齿顺时针超前转子上相应的齿639(2）当B相接通电时，A相、C相不通电：B相齿对齐，电机旋转3；C相超前3相超前(3）当C相通电时，B相、A相不通电。C相齿对齐，电机旋转3；A相超前3；相超前649因此，如果定子A、B、C三相按ABCA的顺序依次通电，则步进电机将不断地按顺时针方向转动。每一次通电转，每三次通电才走完一个齿距，因此叫三相三拍。每一次通电转动的固定角叫步距角。显然，三相三拍运行时，步距角。59假如某次通电后，控制脉冲不再来，则电机转子齿和某相对齐后就停止转动，叫做位状态。如果把顺
3、时针叫正转，那么当通电顺序按ACBA进行时，则电机反时针旋转，叫反转。可见控制步进电机正转反转只是三相绕组通电顺序不同而已。692三相六拍运行方式当A相通电时电时 ，A相定子齿齿与转转子齿对齿对齐齐，此后，如果让让A、B两相同时时通电电，可以发现转发现转 子转动转动 15。再让让A相断电电、B相通电电，又可发现转发现转 子再转转1.5。所以按照AABBBCCCAA的顺顺序控制，电电机将按顺时针顺时针 方向旋转转，每步转动转动 15，即步距角=15，由于要经过经过 6步才走完一个齿齿距（615=9），所以叫三相六拍。79如果要使步进电进电 机反转转，只要按AACCCBBBA顺顺序通电电就行了。结
4、论：从上面两种运行方式可看出，错齿是促使步进电机旋转的根本原因，当某相通电，相应的齿对齐，迫使电机旋转一个步距角，未通电的各相的齿出现了新的错位。改变通电的顺序和通电的相数，可组合出其它的运行方式。讨论：三项三拍和三项六拍运行方式，哪种定位更精确？ 89三、步进电进电 机有如下特点：v给给步进进脉冲电电机就转转，不给给步进进脉冲电电机就不转转；v步进进脉冲频频率高，步进电进电 机转转得快；步进进脉冲频频率低，步进电进电 机转转得就慢；v改变变各相的通电电方式（叫脉冲分配）可以改变变步进电进电 机的运行方式；v改变变通电顺电顺 序，可以控制步进电进电 机的正、反转转。9992 步进电机与MCS-
5、51单片机的接口 步进电机与单片机的连接一般有两种形式 一、由硬件完成脉冲分配的功能在这种形式里，脉冲分配器（CH250）、驱动电路由硬件完成。单片机只提供步进脉冲和正、反转控制信号，步进 脉冲的产生与停止、步进脉冲的频率和个数都可用软件控制 。 109讨论： v单单片机输输出步进进脉冲后，再由脉冲分配电路按事先确定的顺序控制各相的通断。v一般来说，硬件一旦确定下来，不易更改，这种方案，硬设 备成本高，它的应用受到了限制。 v怎样用软件产生步进脉冲呢？所谓软件产生就是用软件控制P30为1 或为0的次序和长短。如果先令P30=1，延时一段时间，再令P3.00，再延时一段时间后，又令P30=1，如
6、此循环，就可构成脉冲序列。延时时间的长短决定了脉冲序列的周期，而脉冲序列的周期又与步进电机的步矩有关。下面提供了一个产生步进脉冲的子程序。119SUB： SETB P30SETB P30 ；保证输出高电平的时间5sSETB P30CLR P30 ；变为低电平MOV R7，30HLOOP： NOP ；软件延时程序：NOP ；基本延时（10s时间常数 ）NOP DJNZ R7,LOOPRET时间常数事先可装入30H单元，改变30H单元的内容就可改 变延时长短 P3.0输出脉冲波形1292由软件完成脉冲分配工作特点：由软件完成脉冲分配工作，不仅使线路简化，成本下降，而且可根据应用系统的需要，灵活地改
7、变步进电机的控制方案。硬件的主要任务是完成驱动功能。如图单片机直接带动步进电机的一种接口方案，接口并不复杂，单片机P1的低三位被设成输出位，P10控制A相绕组通断，P11控制B相，P12控制C相。 139以A相控制为例：当P10输出为1，发光管不发光，因此光敏二极管截止，使担负驱动任务的达林顿管导通。A相绕组通电。相反，当P100发光管发光光敏管导通达林顿管截止A相绕组不通电。 149v为什么步进电机功率驱动电路采用光电隔离？步进电机功率驱动电路工作在较大脉冲电流状态，采用光电耦合器将单片机与步机电机隔离可以避免单片机与步进电机功率回路的共地干扰，此外，万一驱动电路发生故障。也不致让功放中较高
8、的电压串入单片机而使其损坏。v怎样用软件完成脉冲分配呢？所谓脉冲分配就是用软件改变P1口低三位的输出值，进而达到控制三相绕组的通电顺序和通电方式之目的。 1591、软软件选择单选择单 三拍的工作方式单单三拍的通电电方式为为ABCA，要想达到这这个目的，只需依次向P1口输输出如下控制字：P1.2 P11 P10 编码（C相）（B相） （A相）0 0 1 （01H）A相通，B、C相断0 1 0 （02H） B相通，A、C相断1 0 0 （04H） C相通，A、B相断169在控制字间也应加入软件延时来保证一定的时间间隔。假定要求时间间隔为1ms，控制电机按三相三拍正转的程序是：ZHEN：MOV P1
9、， 01H ；A相通电ACALL D1MSMOV P1， 02H ；B相通电ACALL D1MSMOV P1， 40H ；C相通电ACALL D1MS RETD1MS： MOV R7， 64H ；延时1ms子程序D1MS1: NOP ；2sNOP ；2s NOP ；2s DJNZ R7，D1MSl ；4s RET179要想控制步进电机反转，只需把输出的控制字的次序按：01H（A）04H（C）02H（B）01H（A）组组合即可。反转转程序如下：FAN：MOV P1， 01H ；A相通电电ACALL D1MSMOV P1， 04H ；C相通电电ACALL D1MSMOV P1， 02H ；B相通电
10、电ACALL D1MS1892、软软件选择选择 三相六拍的工作方式不难难推出与三相六拍相对应对应 的控制字为为P12 P11 P10（C相） （B相） （A相）控制编码 导通情况0 0 1 （01H） A相通电电0 1 1 （03H） AB相通电电0 1 0 （02H） B相通电电1 1 0 （06H） BC相通电电1 0 0 （04H） C相通电电1 0 1 （05H） CA相通电电 199如果按： 001101100110010011001A CA C CB B BA A的次序输输出，就可达到反转转的目的。练习1仿照三相三拍的办法编出反转转控制子程序。 209FAN： MOV P1， 01
11、H ；A相通电ACALL D1MSMOV P1，05H ；CA相通电ACALL D1MSMOV P1，04H ；C相通电ACALL D1MSMOV P1，06H ；CB相通电ACALL D1MSMOV P1，02H ；B相通电ACALL D1MSMOV P1，03H ；BA相通电ACALL D1MSRET2199.3 应用举例 机械手的微机控制 随着科学技术的进步、工业自动化的进程，机械手 将进一步取代简单而笨重的 人工操作，逐步把在恶劣环 境下工作的人们解放出来，这对于改善人们的工作条件 、提高工作效率，具有一定 的现实意义。本例系存取邮件机 械手的控制，在邮政部门和 立体仓库中作自动存职包
12、裹 和货物之用。 229一、工作原理通过键盘过键盘 ，将货货位（或包位）代码输码输 入微机，启动动存（或取） 命令键键，机械手即可在微机的控制下，作X、Y、Z三个方向的运动动， 完成存（或取）包操作。控制原理如图图所示。系统统主要包括微机控制、步进电进电 机控制、机械传动传动 系统统、光控 音乐电乐电 路、工作电电源、货货架和柜台等七部分组组成。微机根据键键入的 货货物代码码，产产生相应应的脉冲信号，经经CH250脉冲分配器和驱动电驱动电 路 ，输输出具有一定功率的脉冲，驱动驱动 有关电电机正转转或反转转及其步数， 从而实现货实现货 物的存取。机械手行进进中，光控音乐电乐电 路驱动驱动 蜂呜呜
13、器发发 出乐乐曲，从而增强了工作的节节奏、控制的旋律。239二、系统组成1、硬件设计如图是机械手微机控制系统硬件电路。本系统选用MCS-51系列中的8031芯片，扩展了一片2732，以存放用户程序。由于随机存储 的数据不多，只利用片内RAM。采用两位LED显示器和28键盘， P35、P36和P37分别输出X、Y、和Z方向的控制脉冲，P1 6和P1.7分别用来控制步进电机的正/反转和产生复位信号。 2492、机械传动传动 部分机械传动传动 部分包括导轨导轨 、小车车、升降盘盘和机械手等部分。水平方向位移步进电进电 机MX调调通过过滑轮轮和传传送带带，使小车车在导轨导轨 上运动动，实现实现 X方向
14、上的位移。垂直方向升降作调调方向运动动的小车车上装有一竖竖直的六棱金属杆，升降盘盘套于杆上，杆的顶顶部装有一定滑轮轮并配有平衡锤锤。固定于小车车上的步进电进电 机MY带带动动升降盘盘，实现实现 Y方向上的位移。 259机械手动作机械手装升降盘上，如图所示。图中A点固 定，步进电机MZ带动B点，改变A、B间的较小 距离，使得机械手移动较大距离。货架货架分三层，每层有4个包位，共计12个包 位。 图中数字为包位编码，编码的个位数表示X 位置，十位数表示Y位置（层数），以供计算 机查讯、判断之用。269本例采用SB-2A型步进电进电 机，它工作于三相六拍的工作方式。电电机按顺时针顺时针 方向旋转转（即正转转）时时，各相脉冲顺顺序为为：A=1A=1，B=1B=1B，C=1C=1C=1，A=1电电机按
