《基于瑞萨M16C的步进电机精确控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于瑞萨M16C的步进电机精确控制（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、本科生毕业设计（论文）正文基于瑞萨M16C的步进电机精确控制摘 要本论文题目是在WINDOWS XP为操作系统的开发平台下，使用瑞萨的HEW编辑器，瑞萨的NC30编译器和瑞萨的KD30调试器，编写好控制系统代码，使用瑞萨的M16C系列单片机芯片，来实现SIHONGMOTOR16H38-0806A二相六线步进电机的基本驱动，键盘的基本控制，LCD显示器的基本显示。并运用L298N驱动电路作为接受M16C系列单片机的电脉冲输出信号从而满足二相六线步进电机的基本驱动要求并通过LCD显示器准确的描述其基本转动内容。通过M16C系列单片机的芯片自带定时器的PWM输出来构成对二相六线步进电机所需要的时序脉
2、冲的输入,进而实现对二相六线步进电机的精确和细分的控制。本文主要论述的是二相六线步进电机应用的背景知识和背景技术外，另外，还对二相六线步进电机的工作原理进行描述，然后以瑞萨的M16C系列单片机的芯片为主的控制器提出了整个系统的硬件设计方案及如何利用瑞萨的M16C系列单片机的芯片来控制二相六线步进电机的运行。关键词：步进电机，M16C单片机，PWM，细分，精确控制PRECISE CONTROL FOR STEPPER MOTOR BASED ON RENESAS M16CABSTRACTThe topic of this paper is in the WINDOWS XP operating
3、system development platform, the use of Renesas HEW editor, Renesas NC30 compiler and KD30 debugger, to write a good control system code, the use of Renesas M16C series single chip, to achieve SIHONGMOTOR16H38-0806A phase six wire stepper motor basic drive, keyboard control, LCD basic display displa
4、y. And the use of L298N drive circuit as to accept the M16C Series MCU electrical pulse output signal to meet two phase six wire stepper motor basic drive requirements and through the LCD display accurate description of its basic contents of rotation. Through the M16C Series MCU chip built-in timer
5、PWM output of two phase six wire stepper motor need timing pulse input, and then the two phase six wire stepper motor subdivision control precision and.This article main elaboration is phase six wire stepper motor application background and technical background, in addition, also on two phase six wi
6、re stepper motor principle are described, and then to Renesas M16C series single chip based controller is presented. The system hardware design and how to use Renesas M16C Series MCU the chip to control the phase six wire stepper motor running.Key Words：Stepper motor，Renesas single-chip M16C,PWM,Sub
7、division,Precise Control目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 步进电机的分类11.3 步进电机应用背景21.4 国内外研究情况2第二章 技术概述32.1 单片机控制步进电机驱动原理32.1.1 步进电机驱动原理32.1.2 步进电机的细分原理42.2 瑞萨M16C芯片及其开发板的介绍52.3 NC30编译器及KD30调试器使用技术说明62.3.1 NC30的编译过程62.3.2 KD30软件调试器的使用方法6第三章 步进电机控制系统的硬件设计83.1 控制系统总体构成83.2 控制系统的电路图93.2.1 瑞萨M16C芯片平面图93.2.2 LCD电路图103.2.
8、3 按键的电路图103.2.4 细分控制按键电路图113.2.5 瑞萨M16C单片机+二相六线步进电机+L298N的电路设计图113.3 系统实现平台及工具12第四章 步进电机控制系统的软件设计134.1 步进电机控制系统的程序流程图134.2 系统功能模块层次划分图144.3 步进电机控制系统的操作序列图和状态迁移图及示意图154.4 步进电机的主要文件构成表194.5 控制系统的功能检测20第五章 结论21参考文献22致谢23附 录24第一章 绪论1.1 引言 历史证明了，一个发展国家的制造业水平在相当大的程度上决定了该国家的综合实力，国家的发展也在相当大的程度上依考于其先进的制造业水平，
9、所以，绝大多数的发展国家都相当重视并发展制造业，在二战之后，计算机控制技术、微电子技术、信息和自动化技术有了疾快的发展，并在制造业中得到了越来越广泛的应用，拥有很多特点的步进电机就是一个极其重要角色。 步进电机又称脉冲电机或称阶跃电机，是将电脉冲信号转变为线位移或角位移的开环控制元件，它不能直接接到交流电源上。在不超载的情况下，步进电机的转速，停止的位置只取决与电脉冲信号的脉冲数和频率，而不会受其负载变化而变化， 其应用发展己有八十多年的历史。可以说步进电机是纯粹的数字在控制的，步进电机驱动器通过控制电脉冲，控制步进电机各相绕组的导通或者是截止，从而使步进电机产生步进转动。步进电机可以在很宽广
10、的频率范围内通过改变电脉冲频率来实现其调速、快速起停、正反转控制等，这也是步进电机最突出的特点。正是由于步进电机具有这么突出的特点，所以才能成为了机电一体化的关键产品之一，在广泛应用的各种自动化控制系统中。随着微电子及其计算机技术的快速发展，步进电机的需求量与日俱增，与昔日不能相提并论，在各个国家的国民经济领域都有很广泛的应用，所以本课题的研究是非常有必要的。1.2 步进电机的分类步进电机种类很多，但，主要可以分为机械式，电磁式，组合式3种类。如果按其结构分，可以分为反应式（VR）,永磁式（PM）和混合式（HB）3种类。（1）Variable Reluctant (反应式步进电机)一般为三相的
11、步进电机，步进角为1.5度。其步进电机的转子中没有绕组，是由软磁材料构成的。成本低，结构简单，步距角也可以很小。但只有单段式的步进电机和多段式的步进电机，动态性能比较差。（2）Permanent Magnet (永磁式步进电机) 一般为两相的步进电机，体积小，步进角一般为7.5度或者15度。其步进电机的转子本身就是个磁源，是永磁材料构成的。并定子极数和它的极数相等，所以一般的步距角相对的比较大。但，它的动态性能也相对的较好，消耗的功率也相对的比反应式的要低。（3）Hybri(混合式步进电机)其结构上的转子加有永磁体，这是提供软磁材料的工作点。它是综合了反应式和永磁式两种的特点。因此这种步进电机
12、的工作效率高，使用电流小，并具有较强的反电势，在其转动的过程中，比其他的平稳且低噪声。它一般分为两相或者无相：两相步进电机一般为1.8度，无相步进电机一般为0.72度。1.3 步进电机应用背景步进电机是将其电脉冲信号转变为线位移或角位移的开环控制元件。在其不超载的情况下，步进电机的转速，停止的位置只取决于电脉冲信号的脉冲数和频率，而不会受其负载变化而随之变化的，这也使得其在速度、位置等方面更加让人感觉到很简单。步进电机的输入脉冲数与输出轴的角位移量成正比，不受其环境温度及电压的影响，没有累积的定位误差，所以控制输入的数字脉冲数就可以实现步进电机的精确定位；而步进电机的输入的脉冲频率与输出轴的转
13、速成正比，所以控制输入的脉冲频率就能够准确的控制着步进电机的转速，就可以实现在很宽广的范围内精确调其转速。并且由于它的体积小，控制方便等的特点，所以在自动生产线，自动化仪表，打印机，数控系统，绘图机，机器人及计算机外围设备中得到非常广泛应用1。1.4 国内外研究情况国内外研究现状与发展趋势：电机产业经过多年的发展，取得了长足进步。并且以每年一定的速度递增，已成为国民经济和国防建设中不可缺少的基础性工业。国民经济与科学技术的发展，世界电机制造基地正在快速地向中国转移，为电机产业提供了无限的发展空间。国内：过去在浙江，江苏，北京，四川等地都在生产且使用大力距步步进电机进行机床控制，资金雄厚的公司采
14、用了交流电动机进行机床控制。设施还是比较的落后。国外：基本不再使用大力距步步进电机，因为成本比较高，多数用直流电动机或者是空心转杯电机。第二章 技术概述2.1 单片机控制步进电机驱动原理2.1.1 步进电机驱动原理如图2-1-1和图2-1-2所示，这是一个二相六线的步进电机，其在结构上也是由转子和定子组成的，当脉冲电流流过其定子绕组时，在其磁拉力的作用下，带动转子旋转了一个角度，使其磁极方向改变，且，又带动转子旋转了一个角度。本论文以二相六线步进电机为例,若按ABCDA规律循环顺序通电，这种控制方式称为二相四拍。若按AABBBCCCDDDAA规律循环顺序通电，这种控制方式称为二相八拍。无论采取
15、哪一种方式，步进电机的转角恒为一个齿距角。电机转子的角位移用a表示，则a=360度，四拍的控制方式的步距角为a=360度/（50*4）=1.8度，俗称为整步（图2-1-3）。八拍的控制方式的步距角为a=360度/（50*8）=0.9度，俗称为半步（图2-1-4）。运用单片机的输出功能，通过编程实现输出四个信号分别给步进电机的四个端口A+（blk）、A-（grn）、B+（red）、B-（blu），通过改变步进电机的通电循环顺序来改变电机的转动方向5。图2-1-1 两相步进电机结构的示意图图2-1-2 两相步进电机绕线的示意图图2-1-3 整步状态的电流方波和磁场矢量的示意图图2-1-4 半步状态的电流方波和磁场矢量的示意图2.1.2 步进电机的细分原理电机的细分方法有诸多种，其中，PWM细分技术是目前较为常用的细分方式，其实质是通过在其电机线圈中产生阶梯型的电流，改善其电机性能并达到细分的目的3。也就是通过对步进电机励磁绕组中的电流控制，使其内部形成均匀的圆形旋转磁场，并让其电流范围能在零到最大值之间有多个稳定的电流值，磁场矢量值和方向也就会存在多个稳定的值，从而实现步进电机步距角的细分。在正常的情况下，合成
