单片机控制步进电机课程设计.docVIP

第一章 系统分析 概述 步进电机是用电脉冲信号控制，以实现对生产过程或设备的数字控制，它是过程控制中一种十分重要和常用的功率执行器件，它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器或角位移发生器等，近年来由于计算机应用技术的迅速发展，步进电机常常和计算机一起组成高精度的数字控制系统。 由于它是由数字脉冲控制，因此非常适合于用单片机控制，本设计便是在此基础上，以MCS51型单片机为核心，并结合外围电路以步进电机为控制对象的控制系统。 1.1 功能简介 本设计系统有单片机最小系统、8个按键输入控制、四个数码管显示和步进电机驱动电路一共四大部分组成，通过按键输入数值来控制步进电机转速，并且在数码管上显示数值 （1）8个按键包括：数字键1～5；3个功能键：设置SET、清零 CLR、 开始START； 显示器上第一位显示次数，后三位显示每次行走的角度； 通过键盘的按键，设置步进电机各次的角度值；第一位设置次数，后三位设置角度值。 按START键启动步进电机开始转动，按SET键停止；按CLR键清零。 1.2 方案选择 1.2.1 步进电机驱动电路方案 本设计的重点在于对步进电机的控制和驱动，设计中受控电机为四相六线制的步进电机（内阻33欧，步进1.8度，额定电压12V） 方案一：使用多个功率放大器件驱动电机 通过使用不同的放大电路和不同参数的器件，可以达到不同的放大的要求，放大后能够得到较大的功率但是由于使用的是四相的步进电机，就需要对四路信号分别进行放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机的功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。方案二：使用芯片驱动电机 芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 图芯片驱动通过比较，使用芯片充分发挥了它的功能，能稳定地驱动步进电机，且价格不高，故选用驱动电机。由于控制并不复杂直接用单片机模拟出时序信号。 方案一：串行接法 设计中要显示4位数字，用74LS164作为显示驱动，其中带锁存，使用串行接法可以节约IO口资源，但要使用SIO，发送数据时容易控制。方案二：并行接法 使用并行接法时要对每个数码管用IO口单独输入数据，占用资源较多由于设计中用一块单片机进行控制，资源有限，选择了方案一。另外，使用锁存也起到节约资源的作用。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。步进电机可分为反应式步进电机、永磁式步进电机和混合式步进电机。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。(1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：相步进电机的拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)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有个按键,位数码管显示。而且还不包括其它的外围器件。这时整个系统的I/O资源就很吃紧了。系统的扩展性也不好。这时我们就需要考虑对单片机的I/O进行扩展。虽然专门的I/O扩展芯片市场上也有不少，但对于我们一般的应用，没有必要的那么复杂。用一些简单的移位寄存器芯片一样可以实现我们的目标。下面我们来认识一下74HC164这款芯片。这款芯片的作用是把串行输入的数据并行输出。在允许输出的情况下，每一个时钟的上升沿，数据依次从最低位移向最高位。因此，在做数码管的输出显示的时候会出现拖影的想象，在设计此电路时要注意考虑此情况74HC164芯片管脚图。 图2-3-2-1 74HC164芯片管脚图 74HC164是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（A 或 ）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起下面我们再看看它的真值表，有了真值表我们才知道如何正确的去编写程序去驱动它 表2-3-2 74HC164真值表 由真值表可知，当Reset为低电