步进电机控制器设计报告.docVIP

步进电机控制器设计报告 1.绪言 在本次EDA课程设计中，我们组选择了做一个步进电机驱动程序的课题。对于步进电机我们以前并未接触过，它的工作原理是什么，它是如何工作的，我们应该如何控制它的转停，这都是我们迫切需要了解的。 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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。1所示。变频信号源产生频率可调的脉冲信号，调节步进电机的速度。脉冲分配器则根据要求把脉冲信号按一定的逻辑关系加到脉冲放大器上，使步进电机按确定的运行方式工作。 感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG 为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG 、110BYG 、（国际标准）， 而像70BYG 、90BYG 、130BYG 等均为国内标准。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1.1.1 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03-0.4 左右，电机转速越高，占空比则越大。2 信号分配感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为步距角为1.8 度；二相八拍为步距角为0.9 度。四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB步距角为1.8 度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB(步距角为0.9 度）。2.1 步进电机控制器设计 要求: (1) start为”1”时，步进电机转动。 start为”0”时，步进电机停转。 (2) 预设step_in为常数，当clk为上升沿，load和start为”1’加载时，电机开始转动，转动step_in次后，停止转动。当下次符合此要求时将再次转动。 (3) 通过load,，step_in同步或异步载入steps值。 示意图如下： 图2 如图2所示,为步进电机控制器的输入输出示意图。 其中： load为加载信号 start为步进电机启动信号 en为使能信号 reset为置位清零信号 clk为时钟信号 step_in[15..0]表示输入的十六位二进制数,其数值范围用十进制数表示为0-65535。 Coil_out[3..0]表示输出,共有A,B,A′,B′四种状态。 A,B,A′,B′四种转动状态可用图3表示,电机按下图A- B- A′- B′- A循环转动,每转过一次变换90度。当Coil_out[3..0]=“1000”，指针指向A；当Coil_out[3..0]=“0100”，指针指向B；当Coil_out[3..0]=“0010”，指针指向A′；当Coil_out[3..0]=“0001”，指针指向B′；当Coil_out[3..0]=“0000”，电机不工作。 图3 2.2 通过网络上收集资料，图书馆查阅书本，我们逐步了解了步进电机，了解它的基本工作原理后我们我们逐渐形成了一些驱动程序的基本构思，我们决定利用状态机的工作方式去编写步进电机的驱动。 3.方案设计与论证 3.1 状态机 关于状态机的一个极度确切的描述是它是一个有向图形，由一组节点和一组相应的转移函数组成。状态机通过响应一系列事件而运行。每个事件都在属于当前 节点的转移函数的控制范围内，其中函数的范围是节点的一个子集。函数返回下一个（也许是同一个）节点。这些节点中至少有一个必须是终态。当到达终态状态机停止。 ?????包含一组状态集（states）、一个起始状态（start state）、一组输入符号集（alphabet）、一个映射输入符号和当前状态到下一状态的转换函数（transition function）的计算模型。当输入符号串，模型随即进入起始状态。它要改变到新的状态，依赖于转换函数。在有限状态机中，会有有许多变量，例如，状态 机有很多与动作（actions）转换(Mealy机)或状态（摩尔机）关联的动作，多重起始状态，基于没有输入符号的转换，或者指定符号和状态（非定有 限状态机）的多个转换，指派给接收状态（识别者）的一个或多个状态等等?传统应用程序的控制流程基本是顺序的：遵循事先设定的逻辑，从头到尾地执行。很少有事件能改变标准执行流程；而且这些事件主要涉及异常情况。命令行实用程序是这