步进电机驱动调速显示

1、步进电机驱动控制实验目录第一章 绪论21.1 步进电机分类21.2 步进电机工作原理21.3 步进电机主要特点3第二章 硬件系统设计42.1 永磁步进电机的控制原理42.2 步进电机控制系统的组成4第三章 软件设计63.1 主程序流程图63.2 定时器中断程序流程图6第四章 调试与改进74.1 调试74.2 运行结果7附录一 源程序7第1章 绪论步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。随着

2、经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。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。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中

3、。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。1.1 步进电机分类步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15

4、6;）。混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。按定子上绕组来分：共有二相、三相和五相等系列。1.2 步进电机工作原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，

5、电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。1）控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：四相步进电机的四拍工作方式，其各相通电顺序为ABCD，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，如果按反序通电换相，则电机就反转。 3）控制步进电机的速度 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。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。1.3 步进电机主要特点1、一般步进电机的精度为步进角

6、的3-5%，且不累积。2、步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。3、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。4、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电动机以其显著

7、的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。第2章 硬件系统设计2.1 永磁步进电机的控制原理本实验以常用的永磁式步进电机为例,实验采用四相步进电机，用单片机控制步进电机。其接线图如图所示: 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、BC或/AC、/BC，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

8、或/A、/B轮流接地。2.2 步进电机控制系统的组成步进电机控制系统共分为五个模块：单片机最小系统模块、键盘控制模块、液晶显示模块、步进电机驱动模块和电源模块。1）单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。2）键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的P3.4、P3.5、P3.6和P3.7相连。实现对步进电机的控制。并且键盘上连接有发光二极管，以指示键盘状态。3）液晶显示模块采用LCD1602来动态显示步进电机的转动速度。

9、4）步进电机驱动模块选用七个NPN达林顿连接晶体管ULN2003为步进电机提供脉冲信号，驱动步进电机转动。该模块与单片机的P2.4P2.7相连。5）电源模块是通过将市电220V转变交流9V后再转变为直流5V分别供给驱动模块和单片机模块。原理图如下:第3章 软件设计步进电机控制系统的软件需要同时完成读取键盘、处理键盘、控制步进电机转动、控制数码管动态显示等任务，这就必须通过中断技术来实现。主程序采用查询方式扫描键盘端口，检测按键动作是否发生，若有按键动作则处理键盘，根据按键值修改相应参数值，实现键盘的实时处理功能。定时器0中断服务程序控制步进电机的转动。3.1 主程序流程图步进电机控制系统的主程

10、序在对整个系统初始化后主要完成读键盘和处理键盘的功能，控制液晶显示，如下图所示:3.2 定时器中断程序流程图定时器中断0服务程序的中断时间为500us。进入中断程序后，首先要重装初值，设置TH0和TL0的值。然后判断根据转速档位判断中断次数，达到计时目的。当判断为多次中断的时间满足当前档位时，判断旋转方向。每一次满足条件的中断，依次给A-AB-B-BC-C-CD-D-DA输出脉冲，实现定时步进。定时器中断0服务程序流程图如下图所示:第4章 调试与改进 4.1 调试在系统完成后测试系统，检查硬件和软件是否能够协调运行，并对系统出现的情况进行分析，看是否能够达到系统创作之初所设想的效果，如达不到则

11、重新修改系统的硬件结构或者修改软件的程序部分，直到达到实验需要为止。本系统的设计思路为：首先从整体上划分出各功能模块，然后硬件和软件同时进行依次完成各个功能模块，最后将各个模块联系起来完成整个系统。4.2 运行结果连接好硬件电路，上电复位，程序开始运行。此时电机处于待机状态，按下开始按钮，点击开始转动，然后每按下加速键一次，LCD液晶显示器显示数值加1档位，步进电机转动速度相应增加；此时每按下减速键一次，LCD液晶显示器显示数值减1档位，步进电机转动速度相应减少；此时若按下方向控制键，步进电机立即向相反方向转动，转动速度保持不变，顺时针时LCD显示为“+”，逆时针时LCD显示为“-”；此时若按

12、下启停键，步进电机停止转动，LCD液晶显示器停止显示为“OFF”。附录一 源程序#include <reg52.h>#include<intrins.h>sbit A1=P24; /定义步进电机连接端口sbit B1=P25;sbit C1=P26;sbit D1=P27;sbit RS = P20; /定义LCD1602端口 sbit RW = P21;sbit EN = P22;sbit WEI=P27; sbit DUAN=P26; sbit Plus=P34;/定义键盘 加速sbit Slow=P35;/减速sbit Switch=P36;/开关sbit Dir

13、ection=P37;/方向按键#define DataPort P1#define RS_CLR RS=0 #define RS_SET RS=1#define RW_CLR RW=0 #define RW_SET RW=1 #define EN_CLR EN=0#define EN_SET EN=1#define Coil_AB1 A1=1;B1=1;C1=0;D1=0;/AB相通电，其他相断电#define Coil_BC1 A1=0;B1=1;C1=1;D1=0;/BC相通电，其他相断电#define Coil_CD1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=1;/CD相通电，其他相断电#

14、define Coil_DA1 A1=1;B1=0;C1=0;D1=1;/D相通电，其他相断电#define Coil_A1 A1=1;B1=0;C1=0;D1=0;/A相通电，其他相断电#define Coil_B1 A1=0;B1=1;C1=0;D1=0;/B相通电，其他相断电#define Coil_C1 A1=0;B1=0;C1=1;D1=0;/C相通电，其他相断电#define Coil_D1 A1=0;B1=0;C1=0;D1=1;/D相通电，其他相断电#define Coil_OFF A1=0;B1=0;C1=0;D1=0;/全部断电char i;unsigned char te

15、mp,num,dire,ti,times;unsigned char code table="0123456789"unsigned char code Speed5=1,2,3,4,5;unsigned char code rad5=13,8,6,5,4;void delay(unsigned int z)unsigned int x,y;for(x=z;x>0;x-)for(y=120;y>0;y-);/*- uS延时函数 -*/void DelayUs2x(unsigned char t) while(-t);/*- mS延时函数-*/void Delay

16、Ms(unsigned char t) while(t-) DelayUs2x(245); DelayUs2x(245); /*- 判忙函数-*/ bit LCD_Check_Busy(void) DataPort= 0xFF; RS_CLR; RW_SET; EN_CLR; _nop_(); EN_SET; return (bit)(DataPort & 0x80); /*- 写入命令函数-*/ void LCD_Write_Com(unsigned char com) while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_CLR; RW_CLR; EN_SET; Dat

17、aPort= com; _nop_(); EN_CLR; /*- 写入数据函数-*/ void LCD_Write_Data(unsigned char Data) while(LCD_Check_Busy(); /忙则等待 RS_SET; RW_CLR; EN_SET; DataPort= Data; _nop_(); EN_CLR; /*- 清屏函数-*/ void LCD_Clear(void) LCD_Write_Com(0x01); DelayMs(5); /*- 写入字符串函数-*/ void LCD_Write_String(unsigned char x,unsigned ch

18、ar y,unsigned char *s) if (y = 0) LCD_Write_Com(0x80 + x); else LCD_Write_Com(0xC0 + x); while (*s) LCD_Write_Data( *s); s +; /*- 初始化函数-*/ void LCD_Init(void) LCD_Write_Com(0x38); /*显示模式设置*/ DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x38); LCD_Write_

19、Com(0x08); /*显示关闭*/ LCD_Write_Com(0x01); /*显示清屏*/ LCD_Write_Com(0x06); /*显示光标移动设置*/ DelayMs(5); LCD_Write_Com(0x0C); /*显示开及光标设置*/ /*- 显示变量-*/void display_var(unsigned char x)unsigned char shi,ge;shi=x%10000%1000%100/10;ge=x%10;LCD_Write_Data(tableshi);LCD_Write_Data(tablege);/*- 接后写入字符串函数-*/ void LC

20、D_Write_String_Follow(unsigned char *s) while (*s) LCD_Write_Data( *s); s +; /*- 定时器初始化子程序-*/void Init_Timer0(void) TMOD |= 0x01; /使用模式1，16位定时器 TH0=0x00; /给定初值 TL0=0x00; EA=1; /总中断打开 ET0=1; /定时器中断打开 TR0=1; /定时器开关打开 PT0=1; /优先级打开void zz() switch(ti) case 0:Coil_A1;ti+;break;case 1:Coil_AB1;ti+;break;

21、case 2:Coil_B1;ti+;break;case 3:Coil_BC1;ti+;break;case 4:Coil_C1;ti+;break;case 5:Coil_CD1;ti+;break;case 6:Coil_D1;ti+;break;case 7:Coil_DA1;ti=0;break; default:break; void fz() switch(ti) case 0:Coil_A1;ti+;break;case 1:Coil_DA1;ti+;break;case 2:Coil_D1;ti+;break;case 3:Coil_CD1;ti+;break;case 4:Coil_C1;ti+;break;case 5:Coil_BC1;ti+;break;case 6:Coil_B1;ti+;break;case 7:Coil_AB1;ti=0;break; default:break; void keyscan() if(Plus=0)delay(5);if(Plus=0)while(!Plus);if(i<4)i+;if(Slow=0)delay(5);if(Slow=0)while(!Slow);if(i>0)i-;if(Switch=0)delay(5);if(Switch=0)while(!Sw