基于51单片机的步进电机的控制设计.docVIP

课 程 设 计 报 告 课程名称 单片机原理及应用 课题名称 基于51单片机的步进电机的控制设计 专 业 电子信息科学与技术 年 班 级 07级电科一班 学 号 姓 名 谭成 指导教师 朱高峰 2010年6月25 日  目 录 1、设计任务 1.1步进电机工作原理 1.2步进电机的主要特性 设计思路与总体框图 2.1 建立相序表 2.2硬件框图 3、系统主程序 3.1运行方式与方向的控制——循环查表法 3.2步进电机运行速度的控制——软件延时法 3.3源程序流程图 系统硬件电路的设计 4.1控制器芯片的选择 4.2步进电机驱动器构成与特点 4.3硬件电路的设计 5、系统的设计仿真 5.1仿真原理图 5.2 源程序代码 5、总结与体会 6、 参考文献 1、设计任务 本次课程设计要求按键控制二相四线步机电机的工作状态，包括：正转、反转、加速、减速。步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。 1. 1 步进电机工作原理 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件。在非超载的情况下，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，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。 1．2 步进电机的主要特性 1、步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。 2 、型号20BY20L010步进电机的步进角度为18度，一圈360度，需要20个脉冲完成。 3、步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。 4、改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。 2、设计思路与总体框图 电机的运转一般由脉冲和方向信号来控制的，脉冲的频率控制电机的转速，脉冲的个数控制电机的转角；方向信号的高、低电平控制着电机的正、反转。用单片机控制步进电机，可以用一个输出口发送脉冲：高电平-延时-低电平-延时……延时的长短控制脉冲的频率，电平的转换次数就是脉冲个数；另外用AT89C51的输出作为方向信号。 2．1建立相序表 实现步进电机运行方式、方向和速度以及启/停的控制，是接口软件设计的 主要任务。为此，在编写程序之前，要建立一个相序表，相序表的建立应根据步进电机运行方式的要求。 表1：正转环形脉冲分配表 步数 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 A B /A /B 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 表2：反转环形脉冲分配表 步数 P0.0 P0.1 P0.2 P0.3 A B /A /B 1 1 1 0 0 2 1 0 0 1 3 0 0 1 1 4 0 1 1 0 2．2 硬件框图 单 片 机 按 键 驱 动 步 进 电 机 3、系统主程序 3.1运行方式与方向的控制——循环查表法 步进电机的运行方式是指各相绕组循环轮流通电的方式。为了实现对各绕组按一定方式轮流加电，需要一个脉冲循环分配器。循环分配器可用硬件电路来实 现，也可用软件来实现。采用软件来设计脉冲循环分配器，又有两种方法：控制字法和循环查表法。而本课程设计用到的是循环查表法。 循环查表法是将各相绕组加电顺序的控制代码制成一张表——步进电机相序表，存放在内存区，再设置一个地址指针。当地址指针依次加1（或减1）时，即可从表中取出加电的代码，然后输出到步进电机，产生按一定运行方式的走步操作。若改变相序表内的加电代码和地址指针的指向，则可改变步进电机的运行方式和方向。 步进电机的运行方向是采用设置相序表的指针进行控制的。如果把指针设在指向正相序表的第一个元素，依次加1，取出加电代码去控制步进电机的运行方向叫做正方向，那么，再把指针改设在指向反相序表的第一个元素，依次加1的方向就是反方向。 3.2步进电机运行速度的控制——软件延时法 控制步进电机速度有两个途径