步进机控制课程设计.doc

清华大学单片机课程设计 步进机控制 姓名： 学号： 院系： 指导老师：  课程设计的目的和要求 1.1课程设计的目的和要求 《单片机应用基础》课程设计是学好本门课程的又一重要实践性教学环节，课程设计的目的就是配合本课程的教学和平时实验，以达到巩固消化课程的内容，进一步加强综合应用科研的基本技能，是以培养学生综合运用所学知识的过程，是知识转化为能力和能力转化为工程素质的重要阶段。 步进电机的原理介绍 2.1 步进电机的工作原理 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：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（及步进角）。可以通过控制脉冲个来控制角位移量，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。 本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V—DC12V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。） 其相序分配表如下： 2.2 步进电机24BYJ48的主要参数 1.额定电压：12VDC(另有电压：5V、6V、24V) 2.相数：4 3.减速比：1/64(另有减速比：1/16、1/32) 4.步距角：5.625°/64 5.驱动方式：4相8拍 6.空载牵入频率：≥600Hz 7.空载牵出频率：≥1000Hz 8.牵入转矩：≥34.3mN.m(120Hz) 2.3 步进电机的基本概念 2.3.1 相数 产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。 2.3.2 拍数 完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，比如说本次设计中使用的24BYJ48有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。） 2.3.3 步距角 对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。 2.3.4 信号分配 四相步进电机按照其通电方式的不同，可以分为单四拍，双四拍和双八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，均为11.25度，而八拍的步距角则是单四拍与双四拍的一半，5.625度。单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。。。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。。。），八拍 （A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）。这里选取的是双相八拍的工作方式。 第3章 总体设计思路 3.1 方案与设计思路 因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。 用单片机来产生这个脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是四相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了电机的转速，单片机上P0.0~P0.4连的是按键，这里键盘上的K1键为启动，K2键为正转键，K3键为反转键，K4键为减速键，K5为加速键。P0口接LED，可以显示当前的电机的各种状态。具体结构见3-1框图。 3.2 总框图 第四章 硬件的设计与选取 4.1 步进电机的驱动 步进电机的驱动采用ULN2003A，接到单片机的P1.0~P1.3，uln2003的作用：ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。?????? ULN20