单片机控制的步进电机课程设计.docVIP

单片机控制步进电机 第一章、概述 1.1课题简介 1.1.1步进电机简介 步进电机是一种，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电 的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。(一般不小于5μs)、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速→换向→加速3 个过程。 1.2基本设计要求 此次我们所设计的是一个步进电机控制系统，可以通过按键来控制系统的启/停工作，当系统运转时，用按键来控制方向，同样由按键来选择工作模式。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。详细的设计步骤将在下面说明。 1.3步进电机的脉冲分配 步进电机的控制主要由脉冲分配和驱动电路两部分组成，步进电机脉冲控制的任务有三点：控制电机的转角、控制电机的转速、控制电机的转向。控制输送给电机的脉冲数就可以控制电机相应的转角数；控制输送给电机的脉冲频率就可以控制电机的转速；控制电机的转向，实际就是控制脉冲输送给电机绕组的顺序分配，这种分配称为环行分配。在数控系统中，脉冲分配器是将插补输出脉冲，按步进电动机所要求的规律分配给步进电动机驱动电路的各相输入端，用以控制绕组中电流的开通和关断。同时由于电动机有正反转要求，所以脉冲分配器的输出既是周期性的，又是可逆的，因此，也可称之为环形分配器。 脉冲分配可以用硬件电路实现，也可以用软件程序实现。 1.3.1硬件环形分配 硬件环行分配器由集成电路的逻辑门、触发器等逻辑单元构成。三相六拍环形分配器由三个D触发器和若干个与非门所组成。CP端接进给脉冲控制信号，E端接电机方向控制信号（高电平或低电平信号）。环行分配器的输出端QA、QB和QC分别控制电机的A、B和C三相绕组。其原理图见图4。正向进给时环行分配器真值表见表2。 对图4进行分析可知：置E为“1”时，三相六拍的运行方式是A→AB→B→BC→C→CA…顺序轮流通电方式，称之为正转，则转子便顺时针方向一步一步转动；置E为“0”时，三相六拍的运行方式是CA→C→CB→B→BA→A…顺序轮流通电方式，称之为反转，则转子便逆时针方向一步一步转动。 表2 正、反向进给时环行分配器真值表 CP DA DB DC QA QB QC 通电相 0 1 1 0 1 0 0 A 1 0 1 0 1 1 0 AB 2 0 1 1 0 1 0 B 3 0 0 1 0 1 1 BC 4 1 0 1 0 0 1 C 5 1 0 0 1 0 1 CA 6 1 1 0 1 0 0 A 图5所示为专用的环形分配集成芯片CH250，是专为三相步进电机设计的环形分配集成芯片，采用CMOS工艺集成，可靠性高，它可工作于单三拍、双三拍、三相六拍等方式。图所示为三相六拍的接线图，步进电机的初始励磁状态为AB相，当进给脉冲CP的上升沿有效，并且方向信号E=1时则正转，E=0时则反转。 对于不同种类、不同相数、不同分配方式的步进电机都必须重新设计不同的硬件分配电路或选用不同的集成芯片，显然有些不方便。 1.3.2软件环形分配 1、软件环形分配原理 采用MCS-51系列单片机来进行环行脉冲的软件控制，现以控制两只四相八拍电机的环行分配程序为例说明其原理。 设有X向四相步进电机，以四相八拍方式运行。按照四相八拍方式运行时的通电顺序为：正转：A→AB→B→BC→C→CD→D→DA→…；反转：A→AD→D→DC→C→CB→B→BA→…；设以8031的P1口作为两只电机的输出口，其对应关系如表3所示。 表3 两只四相电机输出口分配 Y电机 X电机 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 P1.1 P1.0 D C B A D C B A 由于控制口的输出信号一般须经驱动电路进行反向放大，故当某P1口输出为“0”时即接通某相电机绕组，当某P1口输出为“1”时即表示不接通某相电机绕组。表4为X向电机的通电顺序。设X向电机以通电状态的顺序号作为地址，并记忆在内部RAM的52H中，把X的状态记忆在55H中，与P1口相对应，55H的低四位放X向电机的状态，当电机正转时，通电顺序号加1增大；当电机反转时，通电顺序号减1减小。把X向电机的进给方向符号放在位地址02H中，“0”表示正，“1”表示负