《步进电机课程方案设计书[1]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机课程方案设计书[1]（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章摘要单片机的应用正在不断深入和创新，作为一门我们专业相当重要的专业课 程，同时带动 着传统控制检测日新月异的更新。此次设计利用单片机芯片作为 核心部件进行调试与创 新，其中对步进电机背景于现状，系统硬件设计，软件 设计及其仿真调试过程都做了介 绍，是我对步进电机的院里有咯深入的了解， 也对单片机的设计研发过程以及知识的学习 都有咯很深的体会和提高。本控制系统的设计采用单片机芯片控制，通过人为按动各开关实现步进电 机的开 关，另外还增加了正反转的功能，彩灯产生正反向循环运转。第一章概述1.1 关于步进电机步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机 件。在非超载的情况下，
2、电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和 脉冲数，而 不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱 动步进电机按设定的方 向转动一个固定的角度，称为 步距角”，它的旋转是以 固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达 到准确定位 的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速 度，从而达到调速的目 的。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流 电机在常规 下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统 方可使用。因此用好步 进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机 等许多专业知识。由此可见：
3、电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成对应关 系。而方向由导电顺序决定。不难推出：电机定子上有 m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移 l/m,2/m .（m-1） /m,l。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制一-这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步 进电机，出 于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相拍运行方式即AB-BC-CD-DAAB,四相八拍运动方式即 AABBBCCCDDDAA.注：2相励磁通过的电流是
4、1相励磁时通过电流的2倍，转矩也是1相 励磁的2倍。此时电机的振动较小且应答频率升咼， 目前仍广泛使用此种方 式。四相拍如下（1相激磁）：步数ABCD107H011120BH101130DH110140EH1图11.110四相拍如下（2相激磁）：步数ABCD103H0011209H10013OCH1100406H0110图1.2四相八拍如下（1-2相激磁）：步数ABCD10F7H011120F3H001130FBH101140F9H100150FDH110160FCH110070FEH111080F6H0110图 1.312 设计目的1）了解单片机软件编程和调试能力，为以后的学习和开发工作打下
5、强劲基 础；2）掌握步进电机的工作原理和工作方式；3）在 1）、2）基础上，使用按钮控制步进电机进行正转、反转。1.3.设计要求1）在 protues 软件中实现用按钮控制步进电机进行正转、反转。 2）绘制 完整的步进电机与单片机系统的硬件电路图。3）撰写课程设计说明书。说明书中要求有主程序流程图、关键程序流程第二早系统总体方案设计2.1、步进电机设计方框图L驱动电机步进电机图2.1本系统是用单片机软件程序来产生脉冲分配信号，即把数字控制计数的高精度等方面的优 势有效地应用于步进电机控制系统，同时本系统设计的步进电机控制器硬件电路十分简 单，成本低，使用方便。本电路包括开关控制电路，时钟电路，
6、功率放大电路等的选择。 2.2、驱动控制系统组成使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图2.1如下：图2. 2控制系统组成图B-冲信号信号分配功率放大1步进电机负载2.3、 脉冲信号的产生。脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2.4、信号分配四相电机工作方式有二种，四相四拍为ABBCCDDAAB,步距角为 1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角为09度，这里我们用的正反转 都是四3。ACD0F7H10110F3H1001相八拍的，即1 -2激磁）. 1 -2激磁正反转如图1
7、 . 3、2。B步数30FBH101140F9H100150FDH110160FCH110070FEH111080F6H0110图2.3步进电机1-2激磁反转步数（1 8表示脉冲周期；ABCD表示电机的各相，1表示此时有一个脉冲，0表示 没有脉 冲）2.5、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态 平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大， 要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的 的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、 恒流、细分数等。为
8、尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则 要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。2.6、控制步进电机的速度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。两 个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电 机进行调速。具体实现用延时时间的长短来决定，程序如下。DELAY: MOV R6,#125。延时 50msL1: MOV R5,#200L2: DJNZ R5,L2DJNZ R6,L1 RET第三章硬件设计步进电机接线原理图如下:C2卄
9、X13ftPFcrystaXTAL1rstP5ENALJE 母P1H 卩 1 1 P1 2P1J3F1.4P1.5P1 6P1 7FD.D/M9PD.V/il他刘她阿砂皿PD.S/JmFD.WMB 帥 厲側吃阿P2 1ZAIP2.27A10Pi.WAllPJ.4ZA12P临如P?.盼個F2.7XA15FS.DitRP3.1/TXDP3 2丽币P3 SifiMTIP3.4m)R3.5JT1P3.M8EFSJfflDCOMIB1C2B2C甜3C4B4Csb6Csb6CTB7C5UILN2D03A曰E1IDhJ :textsIR2IDk : TEKR1R3IHc13图1.1 步进电机与单片机连接原理
10、图第4章软件设计及调试4.1、程序流程图按键结束第 5 章 系统联调及操作说明第 6 章 总结总结这次课程设计是我最喜欢的一次，因为这次课程设计需要动脑动手，把自己课 堂上 学到的软件和硬件知识全部应用进来。要想完成好这次课程设计，首先要弄懂步 进电机的 工作原理，与外部电路的连接，单片机原理，汇编语言等。这其中有以前课 堂上学过的也 有需要我们自学研究的，这不仅考察了自己原来的知识程度还加强了我 们独立获取知识并 加以运用的能力。这次课程设计我收获很多，因为我学到了很多的东西，还制作了自己的东西，使 自 己很有成就感。在这么多次课程设计中这次是我最难忘的一次，因为是三人一组团 队完 成，使我
11、体会到了分工合作的力量与重要性。虽然电机部分我没有花太多的精 力，但通过 合理分工，我们仍然按时完成了指定任务，并且通过相互帮助相互指点， 使我们对彼此负 责的那部分任务都有了更好的了解和掌握。我想通过这次实验，我对电机的了解扩宽了，对单片机和外围电路的认识也更 为清 晰了，这为我以后工作提供了坚实的基础。两个星期很快过去了，看着自己的劳动成果，心里满是欣慰。最后感谢老师和同学们 的悉 心指导和帮助。汇编程序如下：K1 EQU P3.2K2 EQU P3.3K3 EQU P3.4STOP: MOV P1,0FFHLOOP: JNB K1,ZJNB K2,FJNB K3,STOP1JMP LOO
12、PSTOP1: ACALL DELAYJNB K3,$MOV P0,0FFHACALL DELAYJMP STOPZ: ACALL DELAYJNB K1,$MOV A,#0FFHCLR CMOV R7,#8LOOP1: RLC AMOV P0,AACALL DELDJNZ R7,LOOP1JNB K1,LOOP1ACALL DELAYJMP Z1F: ACALL DELAYJNB K2,$MOV A,#0FFHCLR CMOV R7,#8LOOP2: RRC AMOV P0,AACALL DELDJNZ R7,LOOP2JNB K2,LOOP2ACALL DELAYJMP F1Z1: MOV
13、 P0,0FFHMOV R0,#00HZ2: MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRJZ Z1MOV P1,AJNB K3,STOP1JNB K2,FACALL DELAYINC R0JMP Z2RETF1: MOV P0,0FFHMOV R0,#09HF2: MOV A,R0MOV DPTR,#TABMOVC A,A+DPTRJZ F1MOV P1,AJNB K3,STOP1JNB K1,ZACALL DELAYINC R0JMP F2RETDELAY: MOV R6,#125。延时 50msL1: MOV R5,#200L2: DJNZ R5,L2DJNZ R6,L1RETDEL:MOV R2,#4。延时 1sL3:MOV R3,#251L4:MOV R4,#248L5:NOPNOPTAB:DJNZ R4,L5DJNZ R3,L4DJNZ R2,L3RETDB 0FEH,0FCH,0FDH,0
