【2017年整理】步进电机控制实验1.doc

步进电机控制实验 班级:电气1303 姓名:王雪娜、张涛、李雪莹、张磊 摘要: 本设计基于ATS80C51单片机对步进电机进行控制，通过使用I/O口输出具有一定时序的方波作为步进电机的控制信号，控制信号通过控制全双桥芯片L298驱动步进电机，在单片机的P1口用四个LED来作为正反转，加速，减速的标志。用独立连接式非编码键盘码键盘来对电机的状态进行控制。 关键词:步进电机 单片机AT89S51 发光二极管 1.引言: 步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。控制步进电机的输入脉冲数量、频率及电机各项绕组的接通顺序，可以得到各种需要的特性。尤其与数字设备配套时，体现了更大的优越性，因此广泛应用于数字控制系统中。 本文介绍已实现的单片机对步进电机的数字控制系统，控制器担负着生产脉冲及发送，接受控制命令的任务。本设计对步进电机的驱动电路，显示电路以及键盘控制电路做了详细的介绍。 2.总体设计方案 2.1设计思路 2.1.1：使用按钮开关控制步进电机的正反转以及加速 减速 因要求实现用单片机控制四相步进机的正反转以及加速 减速，有很多的方法能完成这样的任务，但为了能更加方便的控制步进电机正反转以及加速 减速，因此在单片机的管脚上分别接了正反转按钮，正转加速 减速按钮，反转加速 减速按钮以及复位按钮，当给电路通电后，就可以通过按这些按钮来实现要求的各种要求以及所要表达的信息。 2.1.2：使用L298芯片来驱动步进电机。 L298是一种高电压、大电流电机驱动芯片。采用标准逻辑电平信号控制具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作，可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298芯片驱动电机，该芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，可以直接通过电源来调节输出电压，并可以直接用单片机的I/O口提供信号，而且电路简单，使用比较方便。 2.2设计方框图 总体设计方框图如图1所示 图1 总体设计方案框图 3.设计原理分析 3.1 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，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。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： （1）控制换相序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，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，步进电机就会正向转动，如果按反序通电换相，则电机就会反向转动。 （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，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转的越快。调整单片机发出的脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。 3.2 按键电路设计 本设计采用的独立式非编码键盘控制步进电机。共有6个按钮，其中S2为电机正转按钮、S3为电机反转按钮，S4为正转加速按钮，S5为电机正转减速按钮，S6为电机反转加速按钮，S7为电机反转减速按钮。当按下各个按钮时，会执行各个键的功能，当按下复位按钮时，电路会恢复到初始状态。其原理图如图2所示 图2 按键控制电路 3.3时钟震荡电路和复位电路设计 时钟震荡电路由一个12M的晶震和两个30PF的电容组成。复位电路有一个复位按钮，两个电阻，一个带有极性的电容做成，复位方式为手动复位。当按下复位按钮的时间超过两个机器周期，才起到复位作用。其原理理理如图3所示 图3时钟震荡电路和复位电路 3.4正反转，加速，减速标志电路设计 本电路采用的是四个发光二极管来显示，分别为D1，D2，D3,D4。当电机正转时D1发光；当电机反转时D2发光；正转加速时D1，D3发光；正转减速时D1，D4；反转加速时D2，D3发光；反转减速时D2，D4发光。其原理图如图4所示 图4正反转，加减速显示电路 3.5 步进电机驱动电路设计 本设计采用的是L298对步进电机进行驱动L298N为双全桥步进电机专用驱动芯片，内部包含4信道逻辑驱动电路，是一种二相?和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动2个二相或1个四相步进电机，内含二个H-Bridg