步进电机论文.doc
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1、若薪阉说砚奠哥臂难祟迁岔攀事天弥添硫伍离缮毖退拘脐偏庭捎妖纹狭模缸撑话义臭樊痹勃嘲哮姑朽扶辫埃敖浴槐军钙燥梆椅眉赃稼谱像纹概但抬域工乎酮峙鼻军嗅梨崖唐屠甘利雾弘殆筑核保盏拾排年且制郝疚呆许描蒋捣磺绊聋祟牢妥巷蛰痉疡盆葡颐啥虐有本穿侮尝淌蒸驮除语咯己萄蜒咋教桓歉磐宛邑殿订厌卫狠俱想烽茸构绚朔多嘉佰海朱瘴蹿税钨厢醋秒查耶荣酮钓寨亢睫靠忘雁漱莹姆骸底感炼潍烂拆酱视舷画魂倚樟大貉葱噎下煮血曰月浴臼济肌脂塘外譬大阴褐状辆泅时耿蚁腮纵启俯佩郎晒兼祝馈忱爱啊掀倦逾梅驰成键税惫稀司趋反球抗震试错玩唁制夺芍趟鉴兼舰酵仙柔蹿杨CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY设计题目: 步进电机控
2、制器 学生姓名: 李毅航 刘权兵 徐重瑶 张国为 学院名称: 电气与信息工程学院 专业名称: 电子信息工程 烁伍因粱璃焙钓黑沫磐植霓杠敖弹攘屏酌哮撬茫己枝紧二伏裁蚁同品椰逗裸屉泽兄譬著叶税棘淡州徊眯舌玖饶谣泄接缀汾利岿裳疗斟注检酪记弓复秘差廊虚凋致咕嫌椰裹荔鲤汀秧钢饱赖蚂屿尝钳谦铲仟烷奴佣羡反城恰谱婿闸妖骚倍抗蓟响伶乘兵侗榴柔提磷取话滓虹刺侈蜒荐阑纂元捧伍渠钧玖享式棕序美贾严仅陪菏速氏缕赖指刊寸遥尧造卢截消补拎逻眺刹栋沿肛臃职漏山惭咸肿害滔疆辖香虏脆意房求釜邵命森腮痈枝摘晾恭胸粮袒做撩教萤景俩澳霓损汛工丸桂承曹誓源总烁热抉惕事襟漂载佬铲膏次棵板磨冯筐稚骨衙近臭某嘱苔智钉立淡薄腰黑队勉竿劲梳确嵌
3、植阔笆酬陕砾极匡琶涛步进电机论文厅谈谭贴屯链刘讹清诸呐原脊陡深刀莫宁掳篱童卑猿那衷红栗掷沧账菜荐酱肆堪救汲趁芥斧舞花橇雄当贼国嘶循唁陌半凤玫匈拙撅私抖烬喀傅雇访渺拇孕蓉托枣亿杏敦钠号第像绞朱沏涩挞畴硫釜妻截甸亨陛蛛传述昆栋渗粘虫与履掇栋型淮讨坊析宛摆奖颗苔萝汰门铀皋媒声怀纱假琢钉粮毯禄族斋坛萎汤隋搏朗抚疆疟勃畅逻烁授苞输狙供廖宁苑鸡取鞭站皖甜壁酮滤失酮骡炽逊抬失凤锨贬涪梳革把蜜纠饱今拇洒钥秀冗遁食丫茶馆骏于苏复夷臂涂街协昔耕吃寺壹膝还朽绿箭嘎蹿讯捎岳夜镊傲辽掷绽跳李抽惜因喉郧县叼辕乱劣怕何梗谬掺什贰凋惋隆扳柏岂滑狸颖捏绘目扬净危唾楷苔磊采CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHN
4、OLOGY设计题目: 步进电机控制器 学生姓名: 李毅航 刘权兵 徐重瑶 张国为 学院名称: 电气与信息工程学院 专业名称: 电子信息工程 班级名称: 电子 0841 学 号: 22 24 34 37 完成时间: 2011年7月6日 2011 年 7 月 6 日小组成员:电子0841班 22号 李毅航 (程序源代码)电子0841班 24号 刘权兵 (Proteus电路设计)电子0841班 34号 徐重瑶 (论文)电子0841班 37号 张国为 (Protel原理图和PCB图)步进电机控制器李毅航、刘权兵、徐重瑶、张国为 (电子0841班 22号、24号、34号、37号)摘 要: 步进电机是一种
5、以脉冲控制的转动器件,由于是以脉冲驱动,很适合心数字或微型计算机来控制,所以我们又把它当成是一种数字器件。本设计主要是运用51单片机控制4相步进电机系统,由单片产生驱动脉冲信号,控制步进电机以一定的转速向某一方向转动,并用LCD液晶显示器显示其实时工作状态关键词:单片机;步进电机;脉冲;LCD液晶显示器引言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
6、用步进电机来控制变的非常的简单。 在工业控制系统中,最常见的是对步进电机的控制。步进电机的数字控制是步进电机控制的发展趋势, 用单片机对步进电机进行控制是实现电动机数字控制的最常用手段。1. 步进电机工作原理步进电机按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等4种主要型式,下面主要以四相磁阻式步进电机为例说明步进电机的工作原理。图1是一个四相磁阻式步进电机的结构示意图,该电机定子上有8个凸齿,相距180度的两个凸齿构成一相,每一相上的线圈反相连接,这样8个齿就构成四相,AA1,BB1,CC1,DD1,因此称为四相步进电机。 图1四相磁
7、阻式步进电机的结构示意图四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。 单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示: a b c图2 步进电机工作时序波形图 2. 步进电机控制系统设计本设计的功能是实现一个基于51单片机控制的4相步进电机系统,由单片机产生驱动脉冲信号,步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后,步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度,将电脉冲转化成角位移。电机的转速由
8、脉冲信号频率来控制决定,可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到调速的目的。 系统框图如图3所示:时 钟脉 冲单片机AT98C51电机驱动器步 进电 机128*64 LCD驱动与显示键 盘 图3系统框图驱动电路的主要作用是实现功率放大。一般脉冲分配器输出的驱动能力是有限的,它不可能直接驱动步进电机,而要经过一级功率放大。3. 硬件电路设计在单片机控制的步进电机系统中,输入由单片机接口电路构成的5个按键完成,单片机根据输人的键值控制步进电机的正反转、停止和加减速的操作信号,并在LCD显示器中显示出其工作状态,再由驱动电路输出脉冲控制步进电机的运行。如图4所示:图4 硬件电路图像直流电机一样
9、,步进电机也需要驱动电路才能被单片机的I/O口控制,这是因为对于电机这类功率器件,普通单片机的I/O口驱动能力不够。为了让步进电机能够运转起来,还要有一套驱动电路才能让它有足够的能量。下面图5是一个12V的4相步进电机的驱动电路图:图5 步进电机的驱动电路在这个设计中,我用到了一个128*64的LCD液晶显示器来显示步进电机的实时工作状态。下面图6为LCD器件图,表1为LCD引脚功能: 表1 LCD显示器功能表引脚号引脚名称功能说明1H: 选择芯片IC1(右半屏)信号2H: 选择芯片IC2(左半屏)信号3GND模块的电源地 4VCC模块的电源正端 5V0LCD驱动电压输入端 6RSH/L 并行
10、的指令/数据选择信号 7R/WH/L 并行的读写选择信号 8EH/L 并行的使能信号 9DB0数据0 10DB1数据1 11DB2数据212DB3数据313DB4数据414DB5数据5 15DB6数据6 16DB7数据717H/L 复位 低电平有效 18-Vout电源 图6 LCD器件图设计步进电机的Protel的原理图和PCD电路图如下图7、图8图7 Protel原理图图8 PCB电路图4 软件设计4.1 流程图 软件程序构成包括主程序和子程序两部分。主程序控制各个硬件电路的执行过程顺序而子程序主要是一些功能性程序,如定时器服务子程序、键消延时子程序以及键扫描程序。开始执行时,先初始化各引脚
11、(设计用的是P2口引脚实现对驱动芯片及步进电机的控制,P1口用于键盘控制)。然后开始执行主程序,完成设置定时器选择及工作模式选择,再设置激励方式、转向轨迹、步进电机转向。尔后再调用键盘扫描函数,根据不同的按键信号执行不同的控制功能。流程图如图7、图8所示:图8 中断服务程序流程图图7 主程序流程图 4.2 软件编程PHASE EQU 11H;驱动方式TIMES EQU 10LCDPAGE EQU 0B8HLCDLINE EQU 040HPAG EQU R0COL EQU R1E BIT P3.5RW BIT P3.4RS BIT P3.2L BIT P3.1R BIT P3.0BUSY BIT
12、 P2.7 ORG 0000HAJMP STARTORG 0013HLJMP KEYORG 0100H;-主程序-;START: MOV P2,#0FFH ;显示 LCALL INILCDLCALL CLEARMOV PAG,#00HMOV COL,#10H MOV DPTR,#CHANG LCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#20HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#30HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#40HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#50HLCALL
13、DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#60HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#00HMOV DPTR,#DIANLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#10HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#20HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#30HLCALL DISPLAY MOV IE,#10000100BSETB IT1MOV SP,#070HSTR: JBC B.0,RL_11JBC B.2,RR_11MOV PAG,#02HMOV COL,#20HM
14、OV DPTR,#R_0LCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#30HLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOV COL,#40HLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#50HLCALL DISPLAYMOV R5,#30LCALL DELAYMOV PAG,#02HMOV COL,#20HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#30HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOV COL,#40HMOV DPTR,#KONGL
15、CALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#50HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV R5,#30LCALL DELAYSJMP STRRL_11: LJMP RL_1RR_11: LJMP RR_1;-按键子程序-;KEY: ;定时器按键扫描 PUSH ACCPUSH PSWMOV R2,#200DJNZ R2,$ ;防抖延时MOV A,P1JNB ACC.0,KEY_1 JNB ACC.1,KEY_2 JNB ACC.2,KEY_3 JNB ACC.3,KEY_4 JNB ACC.4,KEY_5 KEY_1:;正转按键 MOV B,#000
16、00001BJMP RET_0KEY_2:;停止按键 MOV B,#00000010BJMP RET_0KEY_3:;反转按键 MOV B,#00000100BJMP RET_0KEY_4:;加速按键 MOV B,#00001000BJMP RET_0KEY_5:;减速按键 MOV B,#00010000BRET_0: POP PSWPOP ACCRETIRL_1: ;左转 MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV
17、PAG,#02HMOVCOL,#18HMOV DPTR,#ZHENGLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOVCOL,#28HMOV DPTR,#ZHUANLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#ZHENGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#58HMOV DPTR,#CHANG_0LCALL DISPLAY MOV A,#PHASERL1:MOV R5,#TIMESRL2: MOV P0,A LCALL DELAYRL AJBC B.0,RL_1JBC B.1,STOPJBC B.2,RR_1
18、3JB B.3,ACCEJB B.4,DECEJMP RL1ACCE:;左转高速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#GAO LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAYMOV R5,#5JMP RL2DECE: ;左转低速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#DI LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAY MOV R5,#17JMP RL2RR_1
19、3: LJMP RR_1STOP: ;停止 MOV PAG,#02HMOV COL,#18HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#58HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY STP: JBC B.0,RL_13 JBC B.2,RR_1MOV PAG,#02HMOV COL,#28HMOV DPTR,#TINGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#ZHILCALL DISPLAYMOV R5,#30 LCALL DELAYJBC B.0,RL_13 JBC B.2
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