步进电机控制系统

步进电机的控制 班级 团队 成员 指导老师 PCB版图 1 3D正面PCB版图 2 3D反面PCB版图 3 实物连接图 步进电机28BYJ 48 步数输入按键 第一部分 步进电机的相关介绍 步进电机的简单介绍 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件 它广泛应用于工业机械的数字控制 为使系统的可靠性 通用性 可维护性以及性价比最优 根据控制系统功能要求及步进电机应用环境 确定了设计系统硬件和软件的功能划分 从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统 控制系统通过单片机存储器 I O接口 中断 键盘 LED显示器的扩展 步进电机的环形分频器 驱动及保护电路 人机接口电路 中断系统及复位电路 单电压驱动电路等的设计 实现了四相步进电机的正反转 急停等功能 为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用 系统设计了两个外部中断 以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能 也即数控机床的刀架自动进给运动 随着单片机技术的不断发展 单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛 自六十年代初期以来 步进电机的应用得到很大的提高 人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器 打印机 绘图仪 磁盘光盘驱动器 各种自动控制阀 各种工具 还有机器人等机械装置 此外作为执行元件 步进电机是机电一体化的关键产品之一 被广泛应用在各种自动化控制系统中 随着微电子和计算机技术的发展 它的需要量与日俱增 在各个国民经济领域都有应用 步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件 由于其精度高 体积小 控制方便灵活 因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用 大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及 为设计功能强 价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源 步进电机的工作原理步电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构 通俗一点讲 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 可以通过控制脉冲个来控制角位移量 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 步进电机28BYJ 48介绍 步进电机28BYJ48型四相八拍电机 电压为DC5V DC12V 当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时 它可以连续不断地转动 每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次 也就对应转子转过一定的角度 一个步距角 当通电状态的改变完成一个循环时 转子转过一个齿距 四相步进电机可以在不同的通电方式下运行 常见的通电方式有单 单相绕组通电 四拍 A B C D A 双 双相绕组通电 四拍 AB BC CD DA AB 八拍 A AB B BC C CD D DA A 红线接电源5V 橙色电线接P1 3口 黄色电线接P1 2口 粉色电线接P1 1口 蓝色接P1 0口 主要技术参数 注 由于单片机接口信号不够大需要通过ULN2003放大再连接到相应的电机接口 如下 第二部分 硬件电路原理图的相关介绍 总体设计思路 硬件电路组成 本设计的硬件电路主要由控制电路 最小系统 驱动电路 显示电路四大部分组成 最小系统是为了使单片机正常工作 控制电路由开关和按键组成 由操作者根据相应的工作需要进行操作 显示电路主要是为了显示电机的工作状态和转速 驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大 从而驱动电机转动 显示电路 U2 74L373锁存器 7SEG COM CATHODE显示管 驱动部分电路 步进电机28BYJ 48 控制部分电路 X1 11 0592晶振 R1 1K电阻电容c1 c2 c3 步数控制按键k1 k9 步数输入按键Enter U1 AT89C51芯片 电路原理总图 第三部分 软件部分 软件设计 通过分析可以看出 实现系统功能可以采用多种方法 由于随时有可能输入加速 加速信号和方向信号 因而采用中断方式效率最高 这样总共要完成4个部分的工作才能满足课题要求 即主程序部分 定时器中断部分 外部中断0和外部中断1部分 其中主程序的主要功能是系统初始参数的设置及启动开关的检测 若启动开关合上则系统开始工作 反之系统停止工作 定时器部分控制脉冲频率 它决定了步进电机转速的快慢 两个外部中断程序要做的工作都是为了完成改变速度这一功能 下面分析主程序与定时器中断程序及外部中断程序 1 主程序设计 主程序中要完成的工作主要有系统初始值的设置 系统状态的显示以及各种开关状态的检测判断等 其中系统初始状态的设置内容较多 该系统中 需要初始化定时器 外部中断 对P1口送初值以决定脉冲分配方式 速度值存储区送初值决定步进电机的启动速度 对方向值存储区送初值决定步进电机旋转方向等内容 若初始化P1 11H 速度和方向初始值均设为0 就意味着步进电机按四相单四拍运行 系统上电后在没有操作的情况下 步进电机不旋转 方向值显示 0 速度值显示 0 主程序图如下所示 2 定时中断设计步进电机的转动主要是给电机各绕组按一定的时间间隔连续不断地按规律通入电流 步进电机才会旋转 时间间隔越短 速度就越快 在这个系统中 这个时间间隔是用定时器重复中断一定次数产生的 即调节时间间隔就是调节定时器的中断次数 因而在定时器中断程序中 要做的工作主要是判断电机的运行方向 发下一个脉冲 以及保存当前的各种状态 程序流程图如下图 控制程序 C语言版 include defineucharunsignedchar defineuintunsignedintuchari 0 flag 0 t uintk 0 keyvalue2 0 ucharcodetable1 5 10 8 6 4 2 ucharcodetable2 5 0 x86 0 xdB 0 xcF 0 xe6 0 xed ucharcodetable3 3 0 x3f 0 x5f 0 x6f ucharcoderun pos 4 0 x40 0 x20 0 x10 0 x08 ucharcoderun neg 4 0 x08 0 x10 0 x20 0 x40 sbitKey1 P3 2 sbitKey2 P3 3 sbitKey3 P3 4 sbitKey4 P3 1 voiddelay ucharx uchari j for i 0 i x i for j 0 j 148 j voidTime0 init TMOD 0 x01 IE 0 x82 TH0 0 x4c TL0 0 x00 TR0 1 voidTime0 int interrupt1using1 staticucharj 0 if k keyvalue2 else P2 run neg j uchargetKey uchari j temp for i 0 i 3 i temp 0 x01 P1 table3 i delay 10 for j 0 j 4 j if P1 temp temp 1 return 1 main ucharkeyvalue 0 P0 0 x86 Time0 init while 1 P1 0 x0f if Key1 delay 10 if Key1 while Key1 if TR0 i if i 5 i 0 P0 table2 i if Key2 delay 10 if Key2 while Key2 if TR0 if i 0 i 5 i P0 table2 i if Key3 delay 10 if Key3 while Key3 if TR0 1 P0 0 xbf P2 0 TR0 0 else i 0 P0 0 x86 Time0 init if Key4 delay 10 if Key4 while Key4 if TR0 if flag 0 flag 1 elseflag 0 if P1 0 x0f delay 10 if P1 0 x0f if getKey 10 while getKey 10 TR0 0 P0 0 xbf while 1 P1 0 x0f if P1 0 x0f delay 10 if P1 0 x0f if getKey 10 while getKey 10 k 0 if keyvalue2 0 t 0 Time0 init break else keyvalue getKey while P1 0 x0f if keyvalue 1 keyvalue2 keyvalue keyvalue2 10 第四部分 总结 本设计通过分析步进电机结构 工作原理 查阅步进电机控制系统的相关科技文献 遵循实用 简单 可靠和低