微机控制技术课程设计报告-步进电机控制系统设计.doc
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1、成绩课 程 设 计 报 告设计题目步进电机控制系统设计课程名称计算机控制技术B姓名学号班级自动化0803教师设计日期 2011年 7 月 8 日计算机控制技术课程设计报告步进电机控制系统设计摘 要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、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用,为步进电动机的应用开辟了广阔前景,使
2、得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现,既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性,可靠性及多功能性。在当今社会的各个领域步进电机无处不在,应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。本设计采用8088CPU对步进电机进行控制,通过8255I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过驱动芯片驱动步进电机;实现步进电机正反运转以及变速运转。关键词:步进电机;脉冲信号;8088CPU;- I -Design for Stepper Motor Control System AbstractStepper mot
3、or is the electric pulse signal into angular displacement or linear displacement of the open-loop control components. In the case of non-overloaded, the motor speed, stopping only depends on the location of pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor,
4、the motor is turned a step angle. The existence of this linear relationship, with only periodic error of the stepper motor without the accumulation of errors and so on. Makes the speed, position and other control areas to control the stepper motor becomes very simple. The rapid development of microe
5、lectronics and micro-computer popularization and application, the application for the stepper motor opens up broad prospects for making the past with large and complex hardware circuits of the controller can be implemented in software, not only reduces the hardware cost and improve the control flexi
6、bility, reliability and versatility. In todays society, everywhere in all areas of the stepper motor, the application fields of robotics, automation equipment, industrial electronics, medical devices, advertising equipment, stage lighting equipment, printing equipment, computer equipment and so the
7、external application. This design uses 8088CPU the stepper motor control through 8255I / O port output with the timing of the square wave as a stepper motor control signal, the signal through the driver chip to drive a stepper motor; to achieve positive and negative stepper motor and variable speed
8、operation .Key Words:Stepper motor;pulse signal;8088CPU- 15 -目 录摘 要 IAbstract II第1章步进电机基本简介11.1 步进电机发展现状11.2 步进电机工作原理11.3 步进电机的特点11.4 步进电机换相、转向及加/减速控制方案21.5 步进电机工作方式2第2章系统硬件设计32.1 设计思路32.2 芯片介绍32.2.1 8088CPU32.2.2 8255A72.2.3 ULN280392.3 模块连接图92.4 硬件原理图(见附录A)9第3章软件设计103.1 软件算法103.2 程序流程图113.3 源程序12总
9、 结15参 考 文 献16附录A 硬件原理图17第1章 步进电机简介1.1 步进电机发展现状步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一,是一种性能良好的数字执行元件,随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入,步进电机的需求量越练越大。随着工业技术的不断发展,以及同类产品的不断出现,步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来,数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展,推动步进电机的发展,为步进电机的应用开辟了广阔的前景,近几年来,步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度,其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对
10、步进电机的需求增长最强。此外由于USB2.0的日益流行促进了高分辨率扫描仪的销售,步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。1.2 步进电机工作原理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、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。1.3 步进电机的特点(1) 输出转角大小与输入脉冲数严格成比例,即来一个脉冲,转一个步距角,且在 时间上与输入脉冲同步。(2
11、) 电机转子转速随输入信号的脉冲频率而变化。即控制脉冲频率,可控制电机转速。(3) 借助控制线路,易于获得正反转、间歇运动等特殊功能。即改变脉冲顺序,改变方向。(4) 转子的转动惯量小,启动、停止时间短。一般在信号输入几毫秒或几十毫秒后,即能使电机转动或达到同步转速。信号切断后,电机立即停止转动。(5) 输出转角精度高,无累积误差。(6) 步进电机的工作状态对各种干扰因素不敏感。(7) 控制特性好。(8) 步距值不受各种干扰因素的影响。(9) 总位移量取决于总的脉冲数 1.4 步进电机换相、转向及加/减速控制方案(1) 控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。四相步进电机的八拍工作方式,其
12、各相通电顺序为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. ,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通电,步进电机正转,如果按反序通电换相,则电机就反转。 (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,再发一个脉冲,它会再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。 1.5 步进电机工作方式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
13、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5-2-2.a、b、c所示:a. 单四拍b. 双四拍c. 八拍图1-1 步进电机工作时序波形图第2章 系统硬件设计2.1 设计思路以8088CPU为基础设计计算机控制系统硬件电路,包括支持计算机工作的外围电路(EPROM、RAM、键盘、显示、通信端口等)。选用8255扩展I/O接口,选取ULN2803芯片作为驱动单元,通过编程实现步进电机调速控制和正反转控制。2.2 芯片介绍2.2.1 8088CPU图2-1 8088CPU结构图AH:累加器的高八位,可以参加算术
14、或逻辑运算BH:基址寄存器的高八位字节,可以参加算术或逻辑运算CH:计数寄存器的高八位,可以参加算术或逻辑运算DH:为数据寄存器的高八位,可以参加算术或逻辑运算AL:累加的低八位,可以参加算术或逻辑运算。BL:基址寄存器的低八位,可以参加算术或逻辑运算。CL:计数寄存器的低八位,可以参加算术或逻辑运算。DL:为数据寄存器的低八位,可以参加算术或逻辑运算。SP:称为堆栈指针。它用来指出当前堆栈的栈顶位置,在堆栈指令操作时。 由它给出入栈或出栈的数据在栈中的地址。但是SP必与SS(堆栈段寄存器) 相结合才能确定堆栈的物理地址。堆栈是由高地址向低地址端扩展。 既入栈时SP进行减操作。随着入栈数据的增
15、多,堆栈扩展,SP值减。BP:称为基址指针,它也用来对堆栈中的数据进行操作,但是它用来指向堆栈中的一个数据区 的基址,可以用它对堆栈中任意位置的数据进行操作。然而它不具有SP始终指向堆栈栈顶的。 含义。同样BP的使用也必须与SS相结合才能确定在堆栈中的实际物理地址。DI:称为目的变址寄存器,有一般通用寄存器的特性它在数据串操作指令中通常用来存放目的数据串的守 首地址。CS:为代码段寄存器,给出当前代码段的基址,CPU执行指令是从CS段中取得的。DS:为数据段寄存器,给出当前数据段的首址,程序变量和数据存放在这个段中。SS:为堆栈寄存器,给出当前堆栈段的基址,堆栈进行的操作在这个段中。ES:附加
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