1、四相步进电机控制系统设计t-iofthedstern L ntversity at Qin hLdngJfla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 另【J： 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 2 四项步进电机 22.1步进电机 2.2步进电机的控制 :2 .-22.3步进电机的工作过程 .23电路图设计 3.1AT89S52概述 432 最小系统 433 复位电路 53.4拨码电路 3 5 电机驱动电路 64程序设计 4.1主程序框图 74.2步进电机速度控 制程序框图
2、 8 4.3拨码开关输入程 序框图 .105 总结 5.1心得 .115.2收获 .11附录一源程序 附录二 电路原理图 .151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。系统控制框图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
3、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
4、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
5、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：脉沖 jinrcnjifuirLTLimn卅冃n_n一nmb _n n ncm _n一n一TL d 相 i n n na.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
6、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3.1 AT89S52 概述AT89S52单片机是ATME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E
7、A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拨码开关和P3 口相连，拨动开关swl、s
8、w2、sw3 sw4来控制电机 的启停、正反转、速度的加减。VCC3.5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东北大学秦皇岛分校报告用纸 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 。流程图如下等待反转部分:送P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转
9、,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。开始延时减速部分：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
10、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/*/#inelude #inelude #define uehar unsigned cha
11、r#define uint unsigned int sbit K1= P3A0; sbit K2= P3A1; sbit K3= P3A2;sbit K4= P3A3;uehar speed=0;uehar k=0;bit flageon= 0;uehar eode up_data8=/定义转速变量，初始值为25用来记录驱动数组的位数/定义正反转 0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9; 正向驱动数组uehar code down_data8= 0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8; 反向驱动数组uehar e
12、ode motor_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uehar eode motor_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/*/void Delay_ms(uint x)uint i,j;for(i=x;i0
13、;i-)for(j=112;j0;j-); 延时约 1ms 毫秒/*/名称：定时器T1初始化函数*/*void timer() TMOD = 0x10;方式II定时器T1均为工作模式1, 16位定时TH1 = Oxff;TL1 = 0xff;EA=1;ET仁 1;TR1 = 0;装定时器T1计数初值开总中断开定时器T1中断暂时不启动定时器T1*II按键处理*void KeyProcess()if(K1= 0)Delay_ms(10);if(K1= 0)TR仁TR1; IIK1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
14、) &( speed!=15)speed+; II 转速加 1if(K3= 0)Delay_ms(10);if(K3= 0)&(speed!=0)speed-; II 转速减 1if(K4= 0)Delay_ms(10);if(K4= 0)flagc on= flagc on;/正反转/*/主函数/*/main ()timer(); /定时器TO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/*/void timer1() interrupt 3 /查计数值高位值表/查计数值低位值表/判断正反转将驱动值送P1,驱动步进电机运转TH1=motor_hspeed; TL1=motor_lspeed; if(flagc on= 0) P1= up_datak;elseP1= dow n_datak;k+; if(k=8)k=0;【附录二】电路图eQ吉TDCIHS耳;亍-二二* 二 f，5 2-4fl-iDcl二事g ssi 4 m9fl50TitTT沁
