四相步进电机控制系统设计.docx

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四相步进电机控制系统设计

《单片机课程设计》设计报告

设计题目：

四相步进电机控制系统设计

系别：

自动化工程系

专业：

测控技术与仪器

班级学号：

*******

******

指导教师：

吕江涛张宝健

设计时间：

2011/12/29

1概述……………………………………………………………………………………..1

2四项步进电机………………………………………………………………………2

2.1步进电机………………………………………………………………………..2

2.2步进电机的控制……………………………………………………..……..2

2.3步进电机的工作过程…………………………………………………….2

3电路图设计…………………………………………………………………….……4

3.1AT89S52概述………………………………………………………………4

3.2最小系统…………………………………………………………………..…4

3.3复位电路………………………………………………………………..……5

3.4拨码电路……………………………………………………………………..5

3.5电机驱动电路………………………………………………………………6

4程序设计……………………………………………………………………………...7

4.1主程序框图…………………………………………………………………7

4.2步进电机速度控制程序框图………………………………………8

4.3拨码开关输入程序框图……………………………………………...10

5总结……………………………………………………………………………………..11

5.1心得……………………………………………………………………………….11

5.2收获……………………………………………………………………….……..11

附录一源程序……………………………………………………………….……….12

附录二电路原理图………………………………………………………….…….15

1概述

本实验旨在通过控制AT89S52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。

具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。

具体工作过程是：

给试验箱上电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。

调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步进电机转速加快，速度达到最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速度减到最小速度，停止减速。

实验具体用到的仪器：

AT89S52（试验箱上为89C58）芯片、拨码开关单元、四项步进电机等硬件设备。

实验具体电路单元有：

单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。

2四项步进电机

2.1步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

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。

2.2步进电机的共组原理

2.2步进电机的控制

1.换相顺序控制：

通电换相这一过程称为脉冲分配。

例如：

混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,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控制：

如果给定工作方式正序换相通电，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控制：

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。

2.3步进电机的工作过程

开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。

　　当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。

而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。

依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。

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3.a、b、c所示：

a.单四拍b.双四拍c八拍　

步进电机工作时序波形图

对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：

单四拍运行：

正转A-B-C-D；反转D-C-B-A

双四拍运行：

正转AB-BC-CD-DA；反转DC-CB-BA-AD

八拍运行：

正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA

本实验使用的是单双八拍循环控制

3电路图设计

3.1AT89S52概述

AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。

关于其功能原理及其应用不再赘述。

这里只介绍本实验用到的端口和功能。

P1口：

用户使用的通用I/O口，8位准双向，编程和校验时，可做为高8位地址线；P1.0和P1.1引脚另有第二功能（此实验没用到，不再介绍）

P3口：

8位准双向I/O口

RST:

复位信号输入端，高电平有效

EA：

访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号

XTAL1,XTAL2:

芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端

3.2最小系统

单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：

单片机、复位电路、晶振电路。

3.3复位电路

复位电路采用手动复位和上电自动复位。

上电自动复位：

在单片机上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以RST引脚出现高电平，RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落。

手动复位：

当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。

3.4拨码电路

拨码开关和P3口相连，拨动开关sw1、sw2、sw3、sw4来控制电机的启停、正反转、速度的加减。

3.5电机驱动电路

将步进电机的A、B、C、D分别接到P1.0、P1.1、P1.2、P1.3管脚上

实物连接

4程序设计

4.1主程序框图

系统分为电机转动、电机正转、电机反转、电机加速、电机减速和电机停止这几个部分组成，其主程序框图如图下所示

4.2步进电机速度控制程序框图

正转部分:

送P1口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别为0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。

流程图如下

反转部分:

送P1口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。

流程图如下

加速部分:

当电机处于正转或反转的时候，按下K2，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变短，从而实现电机的加速。

减速部分:

当电机处于正转或反转的时候，按下K3，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变长，从而实现电机的减速。

运行与停止:

按下K1键，系统默认是停止，拨动一次是运行，在拨动一次是停止，即是基数次运行，偶数次停止（一般不会拨动N次，为了看到现象，就拨动少数几次）

4.3拨码开关输入程序框图

用于判断P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，

5总结

5.1心得

这次课程设计，历时多天，失败多次，不断总结失败的经验，从中取得进步。

经过这次课程设计，我明白了具体怎么来实现一个单片机的项目，熟悉了流程，获取信息的途径。

彻底的了解了单片机的用途。

5.2收获

1、能够将理论知识与实践相结合，对理论的理解更透彻。

2、对单片机C语言编程，有了初步的了解，为以后的进一步学习打下了基础。

3、增强了自己的团队意识，在以后的学习和工作中能够更好的与他人合作。

【附录一】源程序

/*****************************************************************************************************/

//名称：

四项步进电机的控制

//功能：

实现电机的正反转，以及电机的转速

//指导老师：

吕江涛张宝健

/****************************************************************************************************/

#include

#include

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitK1=P3^0;

sbitK2=P3^1;

sbitK3=P3^2;

sbitK4=P3^3;

ucharspeed=0;//定义转速变量,初始值为25

uchark=0;//用来记录驱动数组的位数

bitflagcon=0;//定义正反转

ucharcodeup_data[8]={0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9};//正向驱动数组

ucharcodedown_data[8]={0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8};//反向驱动数组

ucharcodemotor_h[]={0x9e,0xae,0xba,0xc3,0xc9,0xcf,0xd3,0xd7,0xda,0xdd,

0xdf,0xe1,0xe3,0xe4,0xe6,0xe7};//步进电机计数值TH1高位表

ucharcodemotor_l[]={0x58,0xa2,0x3c,0x1a,0xbe,0x2c,0xad,0x4c,0x6c,0x1e,

0x76,0x7e,0x4a,0xe4,0xc1,0x96};//步进电机计数值TL1低位表

/*********************************************************************************************/

//名称：

延时函数

//功能：

定量延时，延时时间=x*1ms

/*******************************************************************************************/

voidDelay_ms（uintx）

{

uinti,j;

for（i=x;i>0;i--）

for（j=112;j>0;j--）;//延时约1ms毫秒

}

/*****************************************************************************************/

//名称：

定时器T1初始化函数

/***************************************************************************************/

voidtimer（）

{

TMOD=0x10;//定时器T1均为工作模式1,16位定时方式

TH1=0xff;

TL1=0xff;//装定时器T1计数初值

EA=1;//开总中断

ET1=1;//开定时器T1中断

TR1=0;//暂时不启动定时器T1

}

/********************************************************************************************/

//按键处理

/*********************************************************************************************/

voidKeyProcess（）

{

if（K1==0）

{

Delay_ms（10）;

if（K1==0）

{

TR1=~TR1;//K1键按下后,启动定时器T1

}//再次按下关闭T1，控制步进电机启停

}

if（K2==0）

{

Delay_ms（10）;

if（（K2==0）&&（speed!

=15））

{

speed++;//转速加1

}

}

if（K3==0）

{

Delay_ms（10）;

if（（K3==0）&&（speed!

=0））

{

speed--;//转速减1

}

}

if（K4==0）

{

Delay_ms（10）;

if（K4==0）

{

flagcon=~flagcon;//正反转

}

}

}

/***************************************************************************************/

//主函数

/*************************************************************************************/

main（）

{

timer（）;//定时器T0和T1初始化

while

（1）

{

KeyProcess（）;//按键处理函数

}

}

/*****************************************************************************************/

//名称：

定时器T1中断函数

//功能：

用于步进电机转速控制，定时时间由查表可知

/****************************************************************************************/

voidtimer1（）interrupt3

{

TH1=motor_h[speed];//查计数值高位值表

TL1=motor_l[speed];//查计数值低位值表

if（flagcon==0）//判断正反转

P1=up_data[k];//将驱动值送P1,驱动步进电机运转

else

P1=down_data[k];

k++;

if（k==8）k=0;

}

【附录二】电路图