精品用单片机控制步进电机.docx
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精品用单片机控制步进电机
用单片机控制步进电机
步进电机是机电控制中一种常用的执行机构,它的用途是将电脉冲转化为角位移,通俗地说:
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)。
通过控制脉冲个数即可以控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时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。
一、步进电机常识
常见的步进电机分三种:
永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB),永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。
在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相:
两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
二、永磁式步进电机的控制
下面以电子爱好者业余制作中常用的永磁式步进电机为例,来介绍如何用单片机控制步进电机。
图1是35BY型永磁步进电机的外形图,图2是该电机的接线图,从图中可以看出,电机共有四组线圈,四组线圈的一个端点连在一起引出,这样一共有5根引出线。
要使用步进电机转动,只要轮流给各引出端通电即可。
将COM端标识为C,只要AC、C、BC、C,轮流加电就能驱动步进电机运转,加电的方式可以有多种,如果将COM端接正电源,那么只要用开关元件(如三极管),将A、、B、轮流接地。
下表列出了该电机的一些典型参数:
表1 35BY48S03型步机电机参数
型号步距角相数电压电流电阻最大静转距定位转距转动惯量
35BY48S037.54120.2647180652.5
有了这些参数,不难设计出控制电路,因其工作电压为12V,最大电流为0.26A,因此用一块开路输出达林顿驱动器(ULN2003)来作为驱动,通过P1.4~P1.7来控制各线圈的接通与切断,电路如图3所示。
开机时,P1.4~P1.7均为高电平,依次将P1.4~P1.7切换为低电平即可驱动步进电机运行,注意在切换之前将前一个输出引脚变为高电平。
如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间,而要改变电机的转动方向,只要改变各线圈接通的顺序。
图1 35BY48S03型步进电机外形图
图2 35BY48S03型步进电机的接线图
图3 单片机控制35BY48S03型步进电机的电路原理图
三、步进电机的驱动实例
要求:
控制电路如图3所示,开机后,电机不转,按下启动键,电机旋转,速度为25转/分,按下加1键,速度增加,按下减1键,速度降低,最高速度为100转/分,最低转带为25转/分,按下停止键,电机停转。
速度值要求在数码管上显示出来。
1.要求分析
按上面的分析,改变转速,只要改变P1.0~P1.3轮流变低电平的时间即可达到要求,这个时间不应采用延时来实现,因为会影响到其他功能的实现。
这里以定时的方式来实现。
下面首先计算一下定时时间。
按要求,最低转速为25转/分,而上述步进电机的步距角为7.5,即每48个脉冲为1周,即在最低转速时,要求为1200脉冲/分,相当于50ms/脉冲。
而在最高转速时,要求为100转/分,即48000脉冲/分,相当于12.5ms/脉冲。
可以列出下表
表1 步进电机转速与定时器定时常数关系
速度单步时间(us)TH1TL1实际定时(us)
2556.8
264874.18
2746296898646292.61
2844643957344640.155
……………
112499.2
表中不仅计算出了TH1和TL1,而且还计算出了在这个定时常数下,真实的定时时间,可以根据这个计算值来估算真实速度与理论速度的误差值。
表中TH1和TL1是根据定时时间算出来的定时初值,这里用到的晶振是11.0592M。
有了上述表格,程序就不难实现了,使用定时/计数器T1为定时器,定时时间到后切换输出脚即可。
2.程序实现
定义DSB-1A实验板的S1为启动键,S2为停止键,S3为加1键,S4为减1键,程序如下:
StartEndbit 01H;起动及停止标志
MinSpd EQU25 ;起始转动速度
MaxSpd EQU100;最高转动速度
Speed DATA23H;流动速度计数
DjCount DATA24H;控制电机输出的一个值,初始为11110111
HiddenEQU10H;消隐码
CounterDATA57H;显示计数器
DISPBUFDATA58H;显示缓冲区
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG000BH
JMPDISP
ORG001BH
JMPDJZD
ORG 30H
MAIN:
MOV SP,#5FH
MOV P1,#0FFH
MOVA,#Hidden
MOVDispBuf,A
MOVDispBuf+1,A
MOVDispBuf+2,A
MOVDjCount,#11110111B
MOV SPEED,#MinSpd;起始转动速度送入计数器
CLR StartEnd;停转状态
MOVTMOD,#00010001B;
MOVTH0,#HIGH(65536-3000)
MOVTL0,#LOW(65536-3000)
MOVTH1,#0FFH;
MOVTL1,#0FFH
SETBTR0
SETBEA
SETBET0
SETBET1
LOOP:
ACALL KEY ;键盘程序
JNB F0,m_NEXT1;无键继续
ACALL KEYPROC ;否则调用键盘处理程序
m_NEXT1:
MOVA,Speed
MOVB,#10
DIVAB
MOVDispBuf+5,B;最低位
MOVB,#10
DIVAB
MOVDispBuf+4,B
MOVDispBuf+3,A
JBStartEnd,m_Next2
CLRTR1;关闭电机
JMPLOOP
ORLP1,#11110000B
m_Next2:
SETBTR1;启动电机
AJMP LOOP ;主程序结束
;---------------------------------------
D10ms:
……
;---------延时程序,键盘处理中调用
KEYPROC:
MOV A,B ;获取键值
JB ACC.2,StartStop ;分析键的代码,某位被按下,则该位为1
JB ACC.3,KeySty
JB ACC.4,UpSpd
JB ACC.5,DowSpd
AJMP KEY_RET
StartStop:
SETBStartEnd ;启动
AJMP KEY_RET
KeySty:
CLRStartEnd;;停止
AJMP KEY_RET
UpSpd:
INC SPEED;
MOV A,SPEED
CJNE A,#MaxSpd,K1;到了最多的次数?
DEC SPEED;是则减去1,保证下次仍为该值
K1:
AJMP KEY_RET
DowSpd:
DEC SPEED
MOV A,SPEED
CJNE A,#MAXSPD,KEY_RET;不等(未到最大值),返回
MOVSPEED,#MinSpd;
KEY_RET:
RET
KEY:
……获取键值的程序
RET
DjZd:
;定时器T1用于电机转速控制
PUSHACC
PUSHPSW
MOVA,Speed
SUBBA,#MinSpd;减基准数
MOVDPTR,#DjH
MOVCA,@A+DPTR
MOVTH1,A
MOVA,Speed
SUBBA,#MinSpd
MOVDPTR,#DjL
MOVCA,@A+DPTR
MOVTL1,A
MOVA,DjCount
CPLA
ORLP1,A
MOVA,DjCount
JNBACC.7,d_Next1
JMPd_Next2
d_Next1:
MOVDjCount,#11110111B
d_Next2:
MOVA,DjCount
RLA
MOVDjCount,A;回存
ANLP1,A
POPPSW
POPACC
RETI
DjH:
DB76,82,89,95,100,106,110,115,119,123,12……
DjL:
DB0,236,86,73,212,0,214,96,163,165
……
DISP:
;显示程序
POPPSW
POPACC
……
RETI
BitTab:
DB7Fh,0BFH,0DFH,0EFH,0F7H,0FBH
DISPTAB:
DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EH,0FFH
END
3.程序分析
本程序主要由键盘程序、显示器程序、步进电机驱动程序三部份组成,主程序首先初始化各变量,将显示器的高3位消隐,步进电机驱动的各引脚均输出高电平,然后调用键盘程序,并作判断,如果有键按下,则调用键盘处理程序,否则直接转下一步。
下一步是将当前的转速值转换为BCD码,送入显示缓冲区;接着判断StartEnd这个位变量,是“1”还是“0”,如果是“1”,则开启定时器T1,否则关闭定时器T1,为防止关闭时某一相线圈长期通电,因此,在关闭定时器T1时,将P1.0~P1.3均置高。
至此,主程序的工作即结束。
这里为简便起见,这里没有做高位“0”消隐的工作,即如果速度为10转/分,则显示值“010”,读者可以自行加入相关的代码来处理这一工作。
步进电机的驱动工作是在定时器T1的中断服务程序中实现的,由前述分析,每次的定时时间到达以后,需要将P1.0~P1.3依次接通,程度中用了一个变量DjCntr来实现这一功能,在主程序初始化时,该变量被赋予初值11110111B,进入到定时中断以后,将该变量取出送ACC累加器,并在累加器中进行左移,这样,该数值就变为11101111,然后将该数与P1相“与”,此时,P1.4即输出低电平,第二次进入中断时,先将该数取反,成为0001 0000,然后将该数与P1相“或”,这样,P1.4即输出高电平,关断了相应的线圈,然后将该数重新取出,并作左移,即 1110,1111右移成为1101 1111,将该数与P1相“与”,这样P1.5即输出低电平,依次类推,P1.7~P1.4即循环输出低电平。
当这一数据变为0111
1111后,需要作适当的改动,将数据重新变回 1111 0111,进行第二次循环,相关代码,请读者自行分析。
定时时间又是如何确定的呢?
这里用的是查表的方法,首先用Excel计算得出在每一种转速下的TH值和TL值,然后,分别放入DjH和DjL表中,在进入T1中断程序之后,将速度值变量Speed送入累加器ACC,然后减去基数25,使其基数从0开始计数,然后分别查表,送入TH1和TL1,实现重置定时初值的目的。
看完这一部份内容以后,请读者自行完成以下工作:
1.更改程序,将S1定义为“启动/停止”,而S2定义为“方向”,按下S2,切换电机旋转方向。
2.更改程序,要求转速从1到100。
3.更改程序,实现首位无效零消隐。
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