基于单片机的三座标——步进电机控制系统方案详解

1、基于单片机的三座标步进电机控制系统内容提要系统总体设计思路 系统硬件实现 系统软件实现 1. 系统总体设计思路 本系统采用STC89C52单片机对三维平台上三个步进电机进行同步控制，实现的功能有：系统启动与停止控制，三轴联动控制，三轴的加、减速控制，三轴正、反转控制，X轴的启动与停止控制，X轴与Y轴的限位控制，三轴的转速检测与显示，最高1/128驱动电流细分等功能。 三维平台步进电机控制系统框图 2. 系统硬件实现 2.1 主控制模块的设计与实现 本设计选用STC89C52单片机作为主控制芯片。STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K可编程Flash存储器，2

2、56字节RAM，32位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，3个16位定时器/计数器，全双工串行口。 STC89C52单片机作为主控芯片，在本设计中主要实现以下几个工作： (1)接收矩阵键盘输入的控制信号； (2)输出PWM脉冲信号和方向信号控制三轴步进电机工作； (3)处理给定转速信号和测速反响转速信号； (4)在八个八段数码管上显示电机的给定转速和实时转速； (5)接收限位反响并做逻辑判断；主控制器原理图 2.2 驱动电路的设计与实现 驱动电路采用THB712步进电机驱动芯片对三位平台上的三个步进电机进行驱动。THB7128是一款专业的两相步进电机驱动芯片，它内部集成了细分、电流调节、C

3、MOS功率放大等电路，配合外围电路可实现高性能、多细分、大电流的驱动。1.单芯片两相细分步进电机驱动；2.直接采用单脉冲和方向信号译码控制模式；3.双全桥MOSFET驱动，低导通电阻；4.可实现正反转控制；5.通过3位选择8档细分控制(1,1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/128)；6.最高耐压40V DC；7.高输出电流3.3A；8.有复位和使能管脚；9.芯片内部有过热保(TSD)和过流检测电路。THB7128主要参数和性能指标 驱动电路原理图 2.3 显示电路的设计与实现 本设计采用八个八段数码管实现显示转速功能，其中高4位数码管显示给定转速，通过编程实现X、Y、Z

4、三轴转速循环显示，低4位数码管显示测速反响的转速，显示方式同高4位。 STC89C52单片机内部采用查表法对转速信号进行数值处理，通过P2.0P2.7口输出段选信号，通过P1.0P1.2输出3路位选信号到74HC138中，通过3-8译码器对八个八段数码管进行选择。 显示模块电路原理图2.4 键盘电路的设计与实现 本设计中的键盘电路采用“4*4矩阵键盘，采用键盘扫描的方式对按键信号进行捕获，并输入到STC89C52单片机的P0口中。 矩阵键盘功能表L1L2L3L4H4系统启动系统停止X轴启动X轴停止H3X轴加速X轴减速X轴减速X轴减速H2Y轴加速Y轴减速Y轴减速Y轴减速H1Z轴加速Z轴减速Z轴减

5、速Z轴减速2.5 测速模块的设计与实现 本设计采用E6B2-CWZ6C光电编码器对三轴步进电机的转速进行实时检测，并反响到单片机中用作转速的实时显示。E6B2-CWZ6C光电编码器有以下特点： 1.对应电源电压DC 524V； 2.外径40具备2000P/R的分辨率； 3.具备使Z相对简单化的原点位置显示功能； 4.实现轴负重、径向30N、推力向20N； 5.附有逆接、负荷短路保护回路，改善了可靠性。 E6B2-CWZ6C内部结构图 E6B2-CWZ6C的输出方式为NPN集电极开路输出方式，共有红、白、橙三路转速信号输出，本设计中只采用其一路测速信号输入到单片机的外部中断口或T1计数器外部脉冲

6、输入端进行转速检测。 2.6 限位反响实现 限位开关工作原理是，当三维平台没有接近限位开关时，限位开关输出为高电平；当三维平台接近限位开关时，限位开关输出为低电平；利用单片机I/O口去捕获限位开关输出电平，当限位开关输出为低电平时，控制电机方向信号，使电机反转。本设计中限位开关是采用LJ8A3-1-Z型。实物如以下图：3. 系统软件实现 3.1 单片机内部资源分配 STC89C52单片机内部共有三个定时器/计数器资源，分别是T0、T1、T2，两个外部中断输入口INT0和INT1。本设计中单片机的内部资源分配如下表所示： 内部资源工作模式功 能T016位计数器接收X轴脉冲输入T116位定时器记50ms时间作为转速计算的参考T