三相步进电机控制系统的设计课程设计说明.docVIP

课程设计任务书 学生姓名： 专业班级： 自动化0902班 指导教师： 工作单位： 自动化学院 题 目: 三相 初始条件： 设计一个三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；K3为启动K4方向控制；用位LED显示工作步数。正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮 要求完成的主要任务: 硬件设计图 软件设计系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等 编写程序能够完成上述任务 设计说明书 时间安排： 2012年6月25日~2010年7月4日 指导教师签名： 年 月 日 系主任（或责任教师）签名： 年 月 日 目录 摘要 3 1 设计任务和要求 4 1.1设计任务 4 1.2任务要求 4 2 设计方案的比较及选择 5 2.1 电机驱动选择方案 5 2.2 LED显示选择方案 5 2.3 按键状态的读取 5 3 控制系统的工作原理 5 3.1 步进电机控制工作原理 5 3.2 系统设计思路 7 3.3 系统的整体框图 7 4 系统的硬件设计 8 4.1 总体设计 8 4.2 步进电机控制电路 9 4.3 显示电路 10 5系统软件设计 11 5.1 总体设计 11 5.2 关键模块设计 14 6 系统仿真结果 17 6.1 相步进电机三种工作方式 17 6.2 相步进电机启动和停止 19 6.3 三相步进电机的正转和反转 20 6.4 三相步进电机速度控制 21 心得体会 22 参考文献 23 附录1：总电路图 24 附录1：源程序 25 摘要 本次计算机控制技术课程设计的题目是：三相步进电机控制系统的设计。本次课程设计使用80c51单片机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路作为三相步进电机的驱动电路，采用单极性驱动方式，使三相步进电机能在（1）三相单三拍，（2）三相双三拍，（3）三相六拍三种工作方式下正常工作；能实现的功能有:启动/停止控制、方向控制；速度控制（快慢两档）；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。本次课程设计采用80C51单片机作为主控芯片，程序采用C语言来编写，驱动电路采用ULN2003A集成电路，显示器采用7SEG-MPX4-CC,即四个共阴二极管显示器，P0接段码，并用8 只500欧左右电阻上拉。P的4 位IO口接位选 1．硬件设计图 2．软件设计系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等 编写程序能够完成上述任务 设计说明书） 图1 步进电机三相接线图 如图1所示，U1、V1、W1接电源，分别有三个开关控制，U2、V2、W2分别接地。 如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将向磁导率最大（即最小磁阻位置）位置转动，即向趋于对齿的状态转动。 3.1.2 步进电机的工作方式 三相步进电机可以在三相单拍，三相双拍和三相六拍三种工作过方式下工作。在三相单三拍工作方式运行时，通电顺序为：A-B-C-A;三相双三拍工作方式运行时，通电顺序为：AB-BC-CA-AB;三相六拍工作方式运行时，通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CA-A,因此要输出相应的控制字进行控制。 3.1.3步进电机的转向控制 如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍 ,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。其他方式情况类似。 3.1.4步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产 生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。 3.1.5步进电机的速度控制 步进电动机运转的速度是由输入到A、B、C三相绕组的频率所决定的。脉冲的频率越高，电动机运转的速度越快，否则，速度就越慢。因而通过延时程序控制输出脉冲的频率，就可以实现对步进电机速度的控制。 3.2 系统设计思路 此次我所设计的是一个三相步进电机控制系统，主要由单片机80C51，3相步进电机，7段数码管，及一些其他相关元件设计而成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用开关来控制方向，并使相应的指示灯亮起，同样由开关来