PAGEPAGEI濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計題目單片機對步進電機的控制系別機電系專業(yè)班級姓名學號指導教師日期2007年12月本中心為大學生提供免費機械畢業(yè)設(shè)計參考資料QQ：249796576設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目：單片機對步進電機的控制設(shè)計要求：1.初步了解步進電機的分類、工作原理，重點掌握反應(yīng)式步進電機的工作特點，矩頻特性以及常見的驅(qū)動電路。2.以8051為主控制器實現(xiàn)對步進電機的簡單控制：電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、制動三種狀態(tài)的任意切換；電機的加減速控制。3.以自動門的設(shè)計為實例，講解了步進電機在實際生產(chǎn)生活中的運用設(shè)計進度要求：第一周：搜集資料，研究步進電機的種類，工作原理以及運用場合。第二周：掌握步進電機的機械運行特性。第三周：查找步進電機驅(qū)動電路的種類，掌握一種最常用的驅(qū)動電路。第四周：溫習單片機有關(guān)知識：常用程序語句、定時器的使用。第五周：研究步進電機的簡單控制，寫出正反轉(zhuǎn)程序、調(diào)速程序。第六周：簡單介紹一實際運用。指導教師（簽名）：前言步進電動機是數(shù)字控制系統(tǒng)的一種執(zhí)行元件。它是用電脈沖信號進行控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的電動機，因此又被稱為脈沖電動機。給一個電脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)過一個角度或前進一步，其角位移量θ（或位移S）與脈沖數(shù)k成正比，如圖0.0（a）所示。它的轉(zhuǎn)速n（或線速度v）與脈沖頻率f成正比，如圖0.0（b）所示。這些關(guān)系在負載能力范圍內(nèi)不因電壓與負載大小以及環(huán)境條件的波動而變化。步進電動機可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，如快速、起-停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，這是步進電動機的突出優(yōu)點。圖0.0步進電機脈沖數(shù)、頻率與步距角轉(zhuǎn)速關(guān)系近年來，電子技術(shù)及衛(wèi)星計算機的迅發(fā)展為步進電動機的應(yīng)用開辟了廣闊的前景。在自控系統(tǒng)中，常常要有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為角位移或心位移的電磁裝置，步進電動機是工作特點恰好符合此要求。步進電動機既可以在某一固定頻率脈沖電源作用下作為驅(qū)動電動機恒速運行，也可以在某一受控脈沖作用下作為伺服電動機運行。當它作為自控系統(tǒng)中的執(zhí)行元件時，系統(tǒng)對它的基本要求是：（1）步進電動機在脈沖信號下要能快速起動、停轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)及在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速。（2）要求步進電動機步距精度高，不得丟步或越步。（3）快速響應(yīng)，即起動、停轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)要迅速。（4）能直接帶負載，輸出一定的轉(zhuǎn)距。在該設(shè)計中我們選用單片機8051做為步進電機的控制器,用它來實現(xiàn)步進電機的空載時的正反轉(zhuǎn)\帶負荷時的正反轉(zhuǎn)以及各自速度的控制,在設(shè)計的最后我們研究了在自動門中單片機對步進電機的控制.摘要步進電動機是用脈沖信號控制的，步距角和轉(zhuǎn)速大小不受電壓波動和負載變化的影響，也不受各種環(huán)境條件諸如溫度、壓力、振動、沖擊等影響，而僅僅與脈沖頻率成正比，通過改變脈沖頻率的高低可以大范圍地調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速，并能實現(xiàn)快速起動、制動、反轉(zhuǎn)，而且有自鎖的能力，不需要機械制動裝置，不經(jīng)減速器也可獲得低速運行。它每轉(zhuǎn)過一周的步數(shù)是固定的，只要不丟步，角位移誤差不存在長期積累的情況，主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。圖0.1步進電機在數(shù)控機床中的運用在機電一體化中，步進電機是最常用的一種執(zhí)行電機，它實現(xiàn)了機械中的角度、位移的數(shù)字化控制，從而使機械控制的精度大大提高?，F(xiàn)代控制技術(shù)中普遍采用的方式為開環(huán)控制和閉環(huán)控制，開環(huán)控制結(jié)構(gòu)簡單成本低但其精度不是太高；閉環(huán)控制可以實現(xiàn)高精度的控制，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜投入成本高。步進電機的出現(xiàn)解決了這一技術(shù)難題，它使得開環(huán)控制的精度和速度大大提高，由它組成的步進式伺服控制系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)字化機械生產(chǎn)過程。數(shù)控機床便是這一技術(shù)的成功體現(xiàn)，伺服系統(tǒng)的性能是決定數(shù)控機床加工精度和生產(chǎn)效率的主要因素之一。由步進電機執(zhí)行的機床結(jié)構(gòu)見圖1-1所示.除數(shù)控機床廣泛采用步進電機外，在數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、計算機外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。本設(shè)計的主要研究對象就是開環(huán)伺服系統(tǒng)中最常用的執(zhí)行器件——步進機。關(guān)鍵詞:步進電機，脈沖信號，步距角，開環(huán)控制，閉環(huán)控制，伺服控制目錄TOC\o"1-3"\u前言 I摘要 III目錄 IV1步進電機的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理 11.1步進電機的分類和結(jié)構(gòu) 11.2工作原理 22步進電機的機械運行特性 52.1靜態(tài)運行狀態(tài) 52.2步進運行狀態(tài) 62.3連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài) 83步進電機的驅(qū)動 103.1步進電機對驅(qū)動電源的要求 103.2常見提高驅(qū)動電源的措施 103.3步進電機電源的分類 114實現(xiàn)輕負載時步進電機的正反轉(zhuǎn) 124.1控制要求 124.2所需器材 124.3設(shè)計原理 124.4正反轉(zhuǎn)控制程序流程 134.5步進電機正反轉(zhuǎn)程序 145步進電機轉(zhuǎn)速控制 175.1轉(zhuǎn)速控制原理 175.2轉(zhuǎn)速控制程序流程 185.3轉(zhuǎn)速控制程序 186自動門的設(shè)計 236.1自動門設(shè)計功能與要求 236.2自動門設(shè)計的思路： 236.3硬件電路的設(shè)計與器件選擇 236.4軟件程序設(shè)計 277設(shè)計小結(jié) 33致謝 34參考文獻 351步進電機的分類、結(jié)構(gòu)、工作原理1.1步進電機的分類和結(jié)構(gòu)步進電機的形式很多,其分類方式也很多,常見的分類方式是按產(chǎn)生力矩的原理,按輸出力矩的大小以及定子和轉(zhuǎn)子的數(shù)量分類等.根據(jù)不同的分類方式,可將步進電機分為多種類型.見表1.1所示.表1.1步進電機的分類分類型式具體類型按力矩產(chǎn)生的原理反應(yīng)式:轉(zhuǎn)子無繞組,由被勵磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實現(xiàn)步進運行.勵磁式:定,轉(zhuǎn)子均有勵磁繞組(或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼制成)由電磁力矩實現(xiàn)步進運行.按輸出力矩的大小伺服式:輸出力矩在幾百~幾KN.cm,只能驅(qū)動較小的負載,要與液壓扭矩放大器配用,才能驅(qū)動大負載.功率式:輸出力矩在5~50N.m以上,可以直接驅(qū)動大負載.按定轉(zhuǎn)子數(shù)(1)單定子式;(2)雙定子式;(3)三定子式;(4)多定子式.按各相繞組分布徑向分相式:電機各相按圓周依次排列軸向分相式:電機各相按軸向依次排列目前,我國使用的步進電機主要是反應(yīng)式步進電機.如下圖1-2所示,這是一臺典型的三相反應(yīng)式步進電機.圖1.1三相反應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)它的定子和轉(zhuǎn)子是用硅鋼片和其他軟磁材料制成的.定子上共有六個磁極,每個磁極上都有許多小齒.在徑向相對的兩個磁極上的線圈串聯(lián)起來組成一相繞組,沿周圍也有許多小齒.根據(jù)工作要求,定子磁極上的小齒的齒距與轉(zhuǎn)子磁極上的小齒必須相等,而且轉(zhuǎn)子上齒數(shù)有一定的限制.1.2工作原理反應(yīng)式步進電機是利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸阻與直軸不同所產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動。為便于討論,先以一臺最簡單的三相反應(yīng)式步進電動機為例。圖1-3所示為一臺三相反應(yīng)式步進電動機,定子有六個磁極,不帶小齒,相對的兩個磁極繞有一相繞組,三相繞組接成星形。轉(zhuǎn)子上沒有繞組,只有四個齒,定子與轉(zhuǎn)子齒寬相同.當A相繞組通電而B,C相繞組不通電時,由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點,因而轉(zhuǎn)子1齒和3齒的軸線與定子A相磁極軸線對齊,如圖1-4所示.當A相繞組斷電,B相繞組通電時,在B相繞組建立的磁場作用下,轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)過300,使轉(zhuǎn)子2齒和4齒軸線與B相磁極軸線對齊,如圖1-5所示.同理,當B相繞組斷電,C相繞組通電時,轉(zhuǎn)子又逆時針方向轉(zhuǎn)過300,使轉(zhuǎn)子1齒和3齒的軸線與C相磁極軸線對齊.按此順序不斷地使各相繞組輪流通電和斷電,轉(zhuǎn)子就會逆時針方向一步一步地轉(zhuǎn)下去.每一步轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角,用θb表示.轉(zhuǎn)子相鄰兩齒軸線間的夾角稱為齒距角,用θt表示.若用Zr表示轉(zhuǎn)子齒數(shù),則θt=3600/Zr.圖1.2三相反應(yīng)式步進電機的三相單三拍運行方式上述過程中,如果A相斷電時,不是給B相通電而是給C相通電,則在C相繞組建立的磁場作用下,轉(zhuǎn)子將順時針轉(zhuǎn)過300,使轉(zhuǎn)子2齒和4齒的軸線與C相磁極軸線對齊.當C相繞組斷電,B相繞組通電時,轉(zhuǎn)子又順時針方向轉(zhuǎn)過300,使轉(zhuǎn)子1齒和3齒的軸線與B相軸線對齊.顯然,按A-C-B-A的順序通電,則轉(zhuǎn)子將按順時針方向旋轉(zhuǎn).可見,步進電機的旋轉(zhuǎn)方向由三相繞組輪流通電的順序決定.步進電機按上述A-B-C-A(或A-C-B-A)的方式運行,稱為三相單三拍運行方式.”三相”是指步進電機具有三相定子繞組;”單”是指每個通電狀態(tài)只有一相繞組通電;”三拍”是指經(jīng)過三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán),第四次通電時又重復(fù)第一拍的通電狀態(tài).在這種運行方式中,步距角θb=300.三相反應(yīng)式步進電機除三相單三拍運行方式外,還有三相雙三拍與三相單雙六拍運行方式.當采用三相雙三拍運行方式時,每次有兩相繞組同時通電,其通電順序為AB-BC-CA-AB或AC-CB-BA-AC.當AB兩相繞組同時通電時,轉(zhuǎn)子的齒既不與A相磁極軸線對齊,也不與B相磁極軸線對齊,其步距角θb=300,與單三拍時相同.把上述兩種運行方式結(jié)合起來,有A-AB-B-BC-C-CA-A或A-AC-C-CB-B-BA-A運行方式,即一相與兩相間隔輪流通電,完成一個循環(huán)有六個通電狀態(tài).經(jīng)過六個通電狀態(tài)完成一個循環(huán),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距角,步距角θb=900/6=150（見下圖1-5所示）.可見三相單雙六拍運行時步距角比三相三拍(無論是單三拍還是雙三拍)小一半.因此,同一臺步進電機采用不同的通電方式,步距角有兩個不同的值.如上所述的簡單結(jié)構(gòu)的步進電機,三拍運行時,θb=300;六拍運行時,θb=150.圖1.3三相反應(yīng)式步進電機的三相單雙六拍運行方式綜上所述，我們可以得到步進電機步距角和轉(zhuǎn)速關(guān)系式如下：θb=3600/NZr式（1.1）n=60fθb/3600=60f/NZr式（1.2）（1.1）式中：Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；N為運行拍數(shù)。（1.2）式中：f為脈沖頻率；Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；N為運行拍數(shù)。2步進電機的機械運行特性反應(yīng)式步進電機的運行特性根據(jù)各種運行狀態(tài)分別闡述。2.1靜態(tài)運行狀態(tài)步進電動機不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。電機定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角，用電角度表示。步進電動機靜態(tài)運行時轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩叫做靜轉(zhuǎn)矩，通常以使增加的方向為正。步進電機的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的關(guān)系叫做矩角特性。當步進電機的控制繞組通電狀態(tài)變化一個循環(huán)，轉(zhuǎn)子正好轉(zhuǎn)過一齒，故轉(zhuǎn)子一個齒對應(yīng)電角度為，在步進電機某一相控制繞組通電時，如果該相磁極下的定子齒與轉(zhuǎn)子齒對齊，那么失調(diào)角，靜轉(zhuǎn)矩，如圖7.14a所示；如果定子齒與轉(zhuǎn)子齒未對齊，即，出現(xiàn)切向磁力，其作用是使轉(zhuǎn)子齒與定子齒盡量對齊，即使失調(diào)角減小，故為負值，如圖7.14b所示。如果為空載，那么反應(yīng)轉(zhuǎn)矩作用的結(jié)果是使轉(zhuǎn)子齒與定子齒完全對齊；如果某相控制繞組通電時轉(zhuǎn)子齒與定子齒剛好錯開，即，轉(zhuǎn)子齒左右兩個方向所受的磁拉力相等，步進電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為0，如圖1-6所示。(a)

(b)

(c)圖2.1

步進電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角步進電機的靜轉(zhuǎn)矩隨失調(diào)角呈周期性變化，變化的周期為轉(zhuǎn)子的齒距，也就是電角度。實踐表明，反應(yīng)式步進電機的靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系近似為式（2.1）式中為常數(shù)，與控制繞組、控制電流、磁阻等有關(guān)。步進電機某相繞組通電時矩角特性如圖1-7所示。圖2.2步進電機的矩角特性步進電機在靜轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子必然有一個穩(wěn)定平衡位置，如果步進電機為空載即，那么轉(zhuǎn)子在失調(diào)角處穩(wěn)定，即在通電相，定子齒與轉(zhuǎn)子齒對齊的位置穩(wěn)定。在靜態(tài)運行情況下，如有外力使轉(zhuǎn)子齒偏離定子齒，，則在外力消除后，轉(zhuǎn)子在靜轉(zhuǎn)矩的作用下仍能回到原來的穩(wěn)定平衡位置。當時，轉(zhuǎn)子齒左右兩邊所受的磁拉力相等而相互抵消，靜轉(zhuǎn)矩，但只要轉(zhuǎn)子向左或向右稍有一點偏離，轉(zhuǎn)子所受的左右兩個方向的磁拉力不再相等而失去平衡，故是不穩(wěn)定平衡點。在兩個不穩(wěn)定平衡點之間的區(qū)域構(gòu)成靜穩(wěn)定區(qū)，即，如圖1-7所示。矩角特性上靜轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。2.2步進運行狀態(tài)當接入控制繞組的脈沖頻率較低，電機轉(zhuǎn)子完成一步之后，下一個脈沖才到來，電機呈現(xiàn)出一轉(zhuǎn)一停的狀態(tài)，故稱之為步進運行狀態(tài)。當負載（即空載）時步進電動機的運行狀態(tài)如圖1-8所示，通電順序為，當相通電時，在靜轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)子穩(wěn)定在相的穩(wěn)定平衡點，顯然圖2.3步進電動機空載運行狀態(tài)失調(diào)角，靜轉(zhuǎn)矩。當相斷電，相通電時，矩角特性轉(zhuǎn)為曲線，曲線落后曲線一個步距角，轉(zhuǎn)子處在相的靜穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，為矩角特性曲線上的點，此處，轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，停在穩(wěn)定平衡點處，此處又為0。同理，當相通電時，又由轉(zhuǎn)到點，然后停在曲線的穩(wěn)定平衡點處，接下來相通電，又由轉(zhuǎn)到并停在處，一個循環(huán)過程即為。相通電時，為靜穩(wěn)定區(qū)，當相繞組斷電轉(zhuǎn)到相（圖中）,在換接的瞬間，轉(zhuǎn)子的位置只要停留在此區(qū)域內(nèi)，就能趨向新的穩(wěn)定平衡點，所以區(qū)域（，）稱為動穩(wěn)定區(qū)，顯而易見，相數(shù)增加或極數(shù)增加，步距角愈小，動穩(wěn)定區(qū)愈接近靜穩(wěn)定區(qū),即靜、動穩(wěn)定區(qū)重疊愈多，步進電機的穩(wěn)定性愈好。上面是步進電機空載步進運行的情況，當步進電機帶上負載運行時情況有所不同。帶上負載后，轉(zhuǎn)子每走一步不再停留在穩(wěn)定平衡點，而是停留在靜轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩的點上，如圖1-9中、、、處，，轉(zhuǎn)子停止不動。具體分析如下：當相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到時電機靜轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)距，兩轉(zhuǎn)矩平衡，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動，相斷電相通電，改變通電狀態(tài)的瞬間，因為慣性轉(zhuǎn)子位置來不及變化，于是轉(zhuǎn)到曲線上的點，由于點的靜轉(zhuǎn)矩，故轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)到點，在點轉(zhuǎn)子停止，接下來相通電的運轉(zhuǎn)情況類似。一個循環(huán)的過程為。圖2.4步進電動機負載運行狀態(tài)如果負載較大，轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)到曲線、的交點就有，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)，當相斷電相通電，轉(zhuǎn)到曲線后，電機不能作步進運動。顯而易見，步進電機能夠帶負載作步進運行的最大值即是兩相矩角曲線交點處的電機靜轉(zhuǎn)矩。若增加相數(shù)或拍數(shù)，那么靜動穩(wěn)定區(qū)重疊增加，兩相曲線交點升高，最大電機靜轉(zhuǎn)矩增加。2.3連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)當脈沖頻率較高時，電機轉(zhuǎn)子未停止而下一個脈沖已經(jīng)到來，步進電動機已經(jīng)不是一步一步地轉(zhuǎn)動，而是呈連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)。脈沖頻率升高，電機轉(zhuǎn)速增加，步進電動機所能帶動的負載轉(zhuǎn)矩將減小。主要是因為頻率升高時，脈沖間隔時間小，由于定子繞組電感有延緩電流變化的作用，控制繞組的電流來不及上升到穩(wěn)態(tài)值。頻率越高，電流上升到達的數(shù)值也就越小，因而電機的電磁轉(zhuǎn)矩也越小。另外，隨著頻率的提高，步進電動機鐵芯中的渦流增加很快，也使電機的輸出轉(zhuǎn)矩下降?？傊竭M電機的輸出轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而減小，步進電機的平均轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動電源脈沖頻率的關(guān)系叫做矩頻特性，如圖1-10所示。圖2.5

步進電機的運行矩頻特性3步進電機的驅(qū)動3.1步進電機對驅(qū)動電源的要求A能夠提供幅值足夠,前后沿較好的勵磁電流.步進電機的控制繞組是一個鐵心電感線圈,在接通或短開時,電流不能突變.由于過度過程的存在,使得一個通電周期中,實際電流的平均值比理想的矩形波小,從而使電機運行時的輸出力矩較低.另外隨著電機運行頻率提高,每組繞組通電時間將減少,而過渡過程的時間常數(shù)不變,常使得繞組電流還沒有來得及達到穩(wěn)態(tài)值,就又被切斷,更使電流平均值變小,輸出力矩下降,使得電機矩頻特性在高頻時較軟.同理,電機繞組突然短電時,電流不能立刻消失,而按指數(shù)規(guī)律下降,殘余電流較大.這樣就出現(xiàn)阻礙步進電機轉(zhuǎn)向下一步的過阻尼現(xiàn)象,也使得電機的輸出力矩和工作頻率下降.因此,除了在步進電機設(shè)計的盡量減小繞組電感外,還要求驅(qū)動電源采取措施,使得供的電流波形盡量接近矩形波,以提高電機運行性能.B本身的功耗小,效率高.為保證步進電機有一定的輸出力矩和快速性,必須使用較高的驅(qū)動電壓.此時為了減小過度時間常數(shù)并限制勵磁電流不超過額定值,往往要串聯(lián)適當?shù)碾娮?這在電機勵磁電流不大時是允許這樣做的,但對于大功率的電機時,電阻消耗的功率就太大了.這時,常采用功耗小,效率高,又能加快過度過程的高低壓供電方式.C能穩(wěn)定運行.D成本較低且便于維修.3.2常見提高驅(qū)動電源的措施圖3.1就是一個簡單的功率放大驅(qū)動電路.圖3.1步進電機驅(qū)動電路圖中L,r是步進電機一相繞組的電感和電阻,二極管VD和電阻RD組成放電回路,以防止晶體管VT關(guān)斷瞬間繞組反電勢可能造成管子的擊穿.R0為限流電阻,保證通電后電流穩(wěn)態(tài)值為額定值.電流C稱為加速電容,動態(tài)時,利用它的旁路作用,使電機繞組電流上升加快,改善電流波形的前沿.由于電機繞組存在電阻L,當晶體管VT突然接通后,繞組電流按指數(shù)規(guī)律上升,其時間常數(shù)為t1=L/R0+L.當晶體管VT突然截止時,電流同樣按指數(shù)規(guī)律下降,此時時間常數(shù)為t2=L/RD+r.3.3步進電機電源的分類A按供電方式分類(1)單電壓:一般為12V,27V,60V.(2)雙電壓(又稱高低壓切換),高壓采用30V,110V,160V,220V,300V;低壓采用12V,15V.(3)調(diào)頻調(diào)壓供電.B按功率驅(qū)動部分所用元件分類(1)大功率晶體管驅(qū)動.(2)快速晶閘管驅(qū)動.(3)可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動.(4)混合驅(qū)動.

4實現(xiàn)輕負載時步進電機的正反轉(zhuǎn)4.1控制要求A通過按鍵控制電機的正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn).B電機在正轉(zhuǎn)與制動,反轉(zhuǎn)與制動之間的切換.C電機在正轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn),制動三種狀態(tài)之間的任意切換.4.2所需器材35BY48S03型步機電機MCS8051單片機及其簡單的外圍器件電阻若干功率晶體管3個穩(wěn)壓二極管三只反相器74LS06二極管3只+12V直流電源導線若干計算機一臺(裝有編程軟件)4.3設(shè)計原理單片機的p1口控制步進電機的運行，只要在一定的時間控制p1.0,p1.1,p1.2口的輸出情況就可以實現(xiàn)對步進電機的運行控制。其波形情況如下圖4.1所示。圖4.1步進電機控制方式波形顯示驅(qū)動電路選用功率三極管作為驅(qū)動元件見圖4.2所示。P1.0,p1.1,p1.2三根線按上圖波形依次道通，它們經(jīng)過反相器74LS06提升至+12V，直接接通功率晶體管的基極。功率晶體管的集電極E1,E2,E3分別經(jīng)6Ω限流電阻接到步進電機的A,B,C三個繞組上。功率晶體管在時序脈沖的驅(qū)動下道通或截至，使步進電機的三個繞組分別加電和斷電，完成旋轉(zhuǎn)。在本電路中，二極管D1-D6對功率晶體管起保護作用。圖4.2步進電機驅(qū)動電路4.4正反轉(zhuǎn)控制程序流程圖4.3正反轉(zhuǎn)控制流程圖4.5步進電機正反轉(zhuǎn)程序ORG0000HLJMPMAINORG0030HMAIN：MOVA,#00000011BMOVP0,A;給p0口裝入初值CALLANJAN;調(diào)用按鍵子程序ANJAN：JBP1.0,ZHENGZHUAN;調(diào)用正轉(zhuǎn)子程序JBP1.1,FANZHUAN;調(diào)用反轉(zhuǎn)子程序JBP1.2,MAIN;電機停轉(zhuǎn)，返回主程序RETZHENGZHUAN:MOVA,#00000011BMOVP0,ACALLDELAYMOVA,#00000110BMOVP0,ACALLDELAYMOVA,#00000101BMOVP0,ACALLDELAYCALLANJANJNBpo,ZHENGZHUANFANZHUAN:MOVA,#0000011BMOVP0,ACALLDELAYMOVA,#00000101BMOVP0,ACALLDELAYMOVA,#00000110BMOVP0,ACALLDELAYCALLANJANJNBpo,FANZHUANDELAY:MOVR5,#1;裝入延時時間，控制轉(zhuǎn)速MOVR7,#100DJNZR7,$DJNZR6,D1DJNZR5,DELAYRET

5步進電機轉(zhuǎn)速控制以上我們實現(xiàn)了對步進電機的正反轉(zhuǎn)控制，在空載或輕載時是不會失步的，但步進電機力矩是軟特性的，這在負載較重時，就有可能會有失步現(xiàn)象的發(fā)生，這就要求我們可以實現(xiàn)其轉(zhuǎn)速的控制。5.1轉(zhuǎn)速控制原理我們只要在其正反轉(zhuǎn)控制的基礎(chǔ)上，將p1.0,p1.1,p1.2口輸出脈沖的頻率改變，就可以實現(xiàn)對它轉(zhuǎn)速的控制。本實驗中選用電機步距角為1.50，控制要求為：A按下S1鍵，電機啟動；B按下S2鍵，電機停止；C按下S3鍵，電機速度加1；D按下S4鍵，電機速度減1.E加減速在25-100轉(zhuǎn)/分分析：電機每轉(zhuǎn)動1圈需要脈沖數(shù)為：n=3600/1.50=240,則每轉(zhuǎn)一圈要240個脈沖，若要求25轉(zhuǎn)/分，則每秒要產(chǎn)生脈沖數(shù)為：n1=25/60*240=100。為此我們得出轉(zhuǎn)速與每秒產(chǎn)生的脈沖個數(shù)關(guān)系為：N=V/60*240=4V式（5.1）式中V為要控制的速度，Ｎ為所需脈沖個數(shù)。有了上述關(guān)系我們就不難推出定時時間與速度之間的關(guān)系：T=1/N=1/4V式（5.2）若定時器控制位TMOD=01H，那么定時器的計數(shù)初值與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為：X=216-1/4V*foc/12式（5.3）式中foc為晶振頻率。為此我們可以得出步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系，見下表（表1.2所示）：表1.2步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定器初值設(shè)定表步進電機轉(zhuǎn)速與定時器定時常數(shù)關(guān)系速度定時時間(us)TH1值TH2值2510000D8F0269615DA71279259DBD5288928DD1F298620DE54308333DF73318064E080……為此我們只要將定時器的初值寫入表格，利用查表程序就可以完成電機速度的控制。5.2轉(zhuǎn)速控制程序流程圖5.1轉(zhuǎn)速控制流程圖5.3轉(zhuǎn)速控制程序程序定義如下：START

bit

01H

;起動及停止標志

MinSpd

EQU25

;起始轉(zhuǎn)動速度

MaxSpd

EQU100

;最高轉(zhuǎn)動速度

Speed

DATA23H

;流動速度計數(shù)ORG0000HLJMPDJSDORG0010HLJMPMAINORG0030HMAIN:MOV

SPEED,#MinSpd

;起始轉(zhuǎn)動速度送入計數(shù)器CLR

StartEnd

;停轉(zhuǎn)狀態(tài)MOVTMOD,#00000001BSETBEASETBET1LOOP:

ACALL

KEY

;鍵盤程序

JNB

P0,m_NEXT1

;無鍵繼續(xù)

ACALL

KEYPROC

;否則調(diào)用鍵盤處理程序m_NEXT1:

MOVA,SpeedJBSTART,m_Next2CLRTR1;關(guān)閉電機

JMPLOOP

ORLP1,#11110000B

m_Next2:

SETBTR1;啟動電機

AJMP

LOOP

;主程序結(jié)束KEYPROC:

MOV

A,B

;獲取鍵值

JB

ACC.0,StartStop

;分析鍵的代碼,某位被按下,則該位為1

JB

ACC.3,KeySty

JB

ACC.1,UpSpd

JB

ACC.2,DowSpd

AJMP

KEY_RET

StartStop:

SETBStartEnd

;啟動

AJMP

KEY_RET

KeySty:

CLRStartEnd;停止

AJMP

KEY_RET

UpSpd:

INC

SPEED

MOV

A,SPEED

CJNE

A,#MaxSpd,K1;到了最多的次數(shù)？

DEC

SPEED;是則減去1，保證下次仍為該值

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:MOVA,P1MOVB,A

RETDjZS:;定時器T1用于電機轉(zhuǎn)速控制

PUSHACC

PUSHPSW

MOVA,Speed

SUBBA,#MinSpd;減基準數(shù)

MOVDPTR,#DjH

MOVCA,@A+DPTR

MOVTH1,A

MOVA,Speed

SUBBA,#MinSpd

MOVDPTR,#DjL

MOVCA,@A+D