步进电机调速.docx
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步进电机调速
课程设计报告
系(部):
自动化 专业班级:
学生姓名:
学号:
设计题目:
步进电机调速
完成日期 年 月 日
指导教师评语:
_____________________________________
_______________________________________________________ _______________________________________________________
成绩(五级记分制):
指导教师(签字):
_____________________
摘要
本次课程设计是借助DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象,用ULN2803作为步进电动机驱动电路主芯片,以8255A作为8088为核心的并行输出接口,8088对步进单机的控制信号则通过8255A送到ULN2803,并以此来实现步进电机的转速调节和实现步进电机正反转改切换:
正转-停止-反转。
通过8255APB端口的通和断产生脉冲序列,步进电机旋转方向由给定脉冲决定,步进电机的速率由延时时间决定;通过调整发送脉冲之间的时间间隔达到控制步进电机的速率,时间间隔越长,步进电机旋转越慢,时间间隔越短,步进电机旋转越快。
试验中实现了步进电机的正转、停止、反转。
通过程序改变步进电机的转速与转序,实现了对步进电机的可靠操控。
关键词:
四相八拍步进电机;正反转;速率;转速
Abstract
ThiscourseisdesignedbymeansofcomputerDICE-AT2controltechnologyexperimentboxof35byj46fourphaseandeightbeatstepmotorastheobject,useULN2803asastepintothemotordrivingcircuitofthemainchip,8255Aas8088isacoreoftheparalleloutputinterface,8088singlecontrolsignalofstepisthroughthe8255sentULN2803.Andinordertoachievethesteppermotorspeedregulationandachievethesteppermotorpositiveinversionchange:
forward-stop-reversal.By8255APBportoftheandoffpulsesequence,steppermotorrotationdirectiongivenbythepulsedecide,steppermotorspeedisdeterminedbythedelaytime;byadjustingthetransmitpulsebetweentheintervaltoachievethesteppermotorcontroloftherate,longertimeintervals,steppermotorrotationslower,shortertimeinterval,steppermotorfasterrotation.Intheexperiment,thepositiverotation,stopandreverseofthesteppermotorarerealized.Throughtheprogramtochangethesteppermotorspeedandturnorder,toachieveareliablecontrolofthesteppermotor.
Keywords:
fourphaseeightbeatsteppermotor;positiveandnegative;speed;RotationlSpeed
一绪论1
二系统分析2
三设计方案2
3.1硬件设计2
3.2软件设计2
四硬件调试3
4.1操作说明3
4.2系统调试3
五结果分析及心得体会4
参考文献5
附录6
程序清单6
一绪论
步进电机是一种感应电机,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。
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步进电机件。
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,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,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以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。
因此本次实验将采用DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象来实现步进电机转速的调节与步进电机正反转改切换:
正转—停止—反转。
步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置,是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件,具有快速启动和停止的能力。
当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时,它就可能在一瞬间实现启动和停止。
它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响,也不受环境条件(如温度、气压、冲击和振动等)的影响,仅与脉冲频率有关。
它每转l周都有固定的步数,在不丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累。
正是因为步进电机具备上述优点,它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件。
但大多数设计人员常常习惯于用逻辑电路实现复杂的步进电机的控制,虽然已经取得很大成效,但实现起来成本高、费时多,而且一旦组成了电路,就很难再改动,因此不得不完全重新设计控制器。
因此本次实验将采用DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象来实现步进电机转速的调节与步进电机正反转改切换:
正转—停止—反转。
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。
步进电动机多用于数控车床和机器人系统中.在现代工业,特别是航空、航天、电子等领域中,要求完成的工作量大,任务复杂,精度高,利用人工操作不仅劳动强度大,生产效率低,且难以达到所要求的精度,还有一些工作环境是对人体健康有害的或人类无法到达的,这就需要数控机床和机器人来完成这些工作.另外,在计算机外设和办公室自动化设备中也大量运用步进电机,如磁盘驱动、打印机、绘图仪和复印机等。
步进电动机在微机控制的中小型机床和其它自动化装置 方面取得了广泛的应用.步进电动机与一般交、直 流电动机不一样,后者的电源常常是一个标准的交、 直电源,只要电压等级和容量与电动机给定参数相 等,电机基本上就有确定的性能.步进电动机的电 源,在许多情况下是一个直流开关电源.步进电动 机的性能很大程度上依赖于驱动电源的性能.目前 的研究热点有斩波恒流控制、SPWM(正弦脉宽调 制)等,驱动电路普遍采用单片机加上外围电路, 或专用 SPWM 芯片甚至 DSP 来产生 SPWM 波来控 制功放电路开关管的通断.用于步进电机驱动电路 的功率有GTRVDMOS和IGBT等。
步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。
1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。
往后经过不断改良,使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。
在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中,我们很容易发现步进电机的踪迹,尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。
二系统分析
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。
步进电机驱动原理是通过对每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。
驱动 电路由脉冲信号来控制,所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。
以8255A作为8088为核心的并行输出接口,8088对步进单机的控制信号则通过8255A送到ULN2803,并以此来实现步进电机的转速调节和实现步进电机正反转改切换:
正转-停止-反转。
电动机的负载转矩与速度成反比,速度愈快负载转矩愈小,当速度快至其极限时,步进电动机即不再运转。
所以在每走一步后,程序必须延时一段时间。
三设计方案
本设计采用DICE-AT2计算机来控制四相八拍步进电机35BYJ46,用ULN2003作为步进电动机驱动电路主芯片,以8255A作为8086并行输出接口,8086对步进电机的控制信号则通过8255A送到ULN2003。
电路由8255A芯片、驱动和步进电机等组成,具体的电路原理框图如下图所示:
3.1硬件设计
本电路的设计是利用8255A的A口作为输入口,B口作为输出,C口没有用到。
PA0~~PA2分别用来控制步进电机的开启/停止、正反向、快慢转。
PB0~~PB3作为输出口,分别接步进电机的ABCD端口,输出相序表中的加电编码,从而使步进电机可以开始运转。
3.2软件设计
实现步进电机运行方式、方向和速度以及启/停的控制,是接口软件设计的主要任务。
为此,在编写程序之前,要建立一个相序表。
相序表的建立应根据步进电机运行方式的要求及各绕组与8255A端口连接情况来确定加电代码。
通过输出预先设定好的转速状态对应值,即可控制电机的转速状态。
转向和转速,通过查表的方式实现,以逐次递增方向查表,依次输出表中数据,则步进电机正转;以逐次递减方向查表,则电机反转,即通过一个表实现步进电机的正转与反转。
转速则通过调用延时子程序,当调用延时较长的子程序时,则步进电机转速慢,当调用延时较短的子程序时,步进电机转速加快。
根据设计流程图,软件设计部分将本系统分为7个子程序,分别是正向快转子程序、正向慢转子程序、反向慢转子程序、反向快转子程序、运转停止子程序、运转反向子程序、转速调节子程序。
四硬件调试
4.1操作说明
首先打开DICE-AT2计算机控制技术实验箱,按照微机步进电机控制系统连线图连接电路图。
然后在PC机上输入程序,将宏汇编程序经过汇编,连接后形成.EXE文件装入系统,也可直接从安装目录中调用EXP3.EXE文件。
运行将源代码导入,观察电机转速,改变步间延时,再观察电机转速变化。
各个开关控制步行电机的状态如下表所示:
4.2系统调试
按照下图连接好线路:
图7实验线路
(1)软件操作:
输入程序—编译链接—打开调试窗口—载入程序—运行程序(输入G=0000:
2000)
(2)观察步进电机的变化。
(3)根据课程设计要求修改汇编程序。
①调速的实现:
通过调用延时程序,使得步间延时变长,达到调速的效果。
延时程序如下:
DALLY:
PUSHCX
MOVCX,50H;转速
A3:
PUSHAX
POPAX
LOOPA3
POPCX
RET
②停止的实现:
通过调用几个延时程序,实际上此时步进电机还在运动,只是太过缓慢,肉眼无法识别。
A1_r1:
;停
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLA1_r
五结果分析及心得体会
这课程设计,花了差不多5天的时间,在这些天时间里不仅巩固了以前所学过的知识,而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固,比如说8255A的具体作用等,通过这次课程设计之后,一定把以前所学过的知识重新温故。
除了以上所说的以外,我觉得其实去设计以及实现一个程序所花费的时间远不如测试时用的多,在测试的过程中,我懂得了一些调试的基本步骤,概括的说就是从小到大,从局部到整体,在实现了局部的功能后,应该学会怎么样去将它用最简洁的方法与整体融合起来。
而纠正错误的过程中,也要逐步的去排除,而不应当自己觉得哪里错了就去修改哪里,这样的后果只会事倍功半。
我觉得这些东西对于我以后的工作将有很大的帮助。
参考文献
[1]王宗培.步进电动机及其控制系统[M].哈尔滨:
哈尔滨工业大学出版社,2009
[2]陈理壁.步进电机及其应用[M].上海:
上海科学技术出版社,2009
[3]刘宝延、程树康,步进电动机及其驱动控制系统[M].2007
[4]周佩玲,彭虎,傅忠谦,微机原理与接口技术[M].电子工业出版社2005
[5]沈美明,温东婵,BM-PC汇编语言程序设计[M].清华大学出版社1993
[6]陈炳和.计算机控制原理与应用[M].北京航空航天工业大学出版社2005
[7]罗广文.计算机控制技术[M].机械工业出版社2010
附录
程序清单
STACKSEGMENTSTACK
DW256DUP(?
)
STACKENDS
DATASEGMENT
TABLEDB01H,03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H;Stepofmotor
TABLE2DB09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03H,01H;Stepofmotor
DATAENDS
CODESEGMENT
ASSUMECS:
CODE,DS:
DATA
START:
MOVAX,DATA
MOVDS,AX
MAIN:
MOVAL,80H;Initiate8255B(OUT)
OUT63H,AL
MOVDX,0
A1:
;正快
MOVBX,OFFSETTABLE
MOVCX,0008H;Numberofstep
JMPA2
A2:
MOVAL,[BX];8255out
OUT61H,AL
CALLDALLY;Dallytime
INCBX
INCDX
CMPDX,500H
JEA1_s
LOOPA2
JMPA1
A1_s:
;正慢
MOVBX,OFFSETTABLE
MOVCX,0008H;Numberofstep
JMPA2_s
A2_s:
MOVAL,[BX];8255out
OUT61H,AL
CALLDALLY_s;Dallytime
INCBX
INCDX
CMPDX,1000H
JEA1_sr
LOOPA2_s
JMPA1_s
A1_sr:
;反慢
MOVBX,OFFSETTABLE2
MOVCX,0008H;Numberofstep
JMPA2_sr
A2_sr:
MOVAL,[BX];8255out
OUT61H,AL
CALLDALLY_s;Dallytime
INCBX
INCDX
CMPDX,1500H
JEA1_f
LOOPA2_sr
JMPA1_sr
A1_f:
;正快
MOVBX,OFFSETTABLE
MOVCX,0008H;Numberofstep
JMPA2_f
A2_f:
MOVAL,[BX];8255out
OUT61H,AL
CALLDALLY;Dallytime
INCBX
INCDX
CMPDX,2000H
JEA1_r1
LOOPA2_f
JMPA1_f
A1_r1:
;停
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLDALLY2
CALLA1_r
A1_r:
;反
MOVBX,OFFSETTABLE2
MOVCX,0008H;Numberofstep
JMPA2_r
A2_r:
MOVAL,[BX];8255out
OUT61H,AL
CALLDALLY;Dallytime
INCBX
INCDX
;CMPDX,500H
;JEA1
LOOPA2_r
JMPA1_r
DALLY:
PUSHCX
MOVCX,50H;转速
A3:
PUSHAX
POPAX
LOOPA3
POPCX
RET
DALLY_s:
PUSHCX
MOVCX,250H;转速
A3_s:
PUSHAX
POPAX
LOOPA3_s
POPCX
RET
DALLY2:
PUSHCX
MOVCX,9999H
A32:
PUSHAX
POPAX
LOOPA32
POPCX
RET
CODEENDS
ENDSTART
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- 步进 电机 调速