四相双四拍步进电机控制系统设计解读

1、计算机控制技术课程设计说明书引言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。步进电机具体工作过程是：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。独立按键AT89S52单片机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、 四项步进电机等硬件设备。实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机

2、连接电路、拨码开关 连接电路。四项步进电机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。步进电机的共组原理计算机控制技术课程设计说明书步进电机的控制换相顺序控制： 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。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，如果按反序通电换相，则电机就反转。控制步进电机的速度控制：如

3、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。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四相绕组轮流

4、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。第页 共 页计算机控制技术课程设计说明书单四拍、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：a. 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 A-B-C-D；反转 D-C-B-A双四拍运行：正转 AB-BC-CD-DA

5、；反转 DC-CB-BA-AD八拍运行：正转 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA电路图设计AT89S52 概述AT89S52单片机是 ATMEL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EA：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

6、输入端计算机控制技术课程设计说明书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。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。拨码电路拨码开关和 P3 口相连，拨动开关 sw1、 sw2、sw3、sw4来控制电机的启停、正反转、速度的加减计算机控制技术

7、课程设计说明书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、电机减速和电机计算机控制技术课程设计说明书停止这几个部分组成，其主程序框图如图下所示开始等待使用up date电机运转与停止 电机加速 电机减速 电机正转与反转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 0 xf8,0 xfc,0 xf4,0 xf6,0 xf2,0 xf3,0 xf1,0 xf9 。流程图如下第页 共 页计算机控制技术

8、课程设计说明书反转部分 : 送 P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为 0 xf9,0 xf1,0 xf3,0 xf2,0 xf6,0 xf4,0 xfc,0 xf8 。流程图如下down_date等待加速部分 :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。开始延时速度增加减速部分 : 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。计算机控制技术课程设计说明书运行与停止 : 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

9、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）奇数次运行 偶数次停止拨码开关输入程序框图用于判断 P3.1、 P3.2、 P3.3、P3.4 ，第页 共 页计算机控制技术课程设计说明书P3.1？P3.1？P3.1？P3.1？电机减速运行或停止电机加速电机正转或反转调用按键子程序源程序源程序如下：STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP(?)STACK1 ENDSDATA SEGMENTK EQU 09H ;TABSHZ DB 03H,06H,0CH,09HTABSHF DB 09H,0CH,06H,03H工作步数; 双四拍正转模型 ; 双四

10、拍反转模型TABLE1 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ; 七段数码管字模DATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK1START:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV AL,80H ;初始化 8255，工作方式 0，A, 、B、C口均为输出MOV DX,MY8255_MODEOUT DX,AL计算机控制技术课程设计说明书WAIT1:MOV AH,08H ;等待启动键“ 0”按下INT 21HCMP AL,30HJE MAINJMP WAIT1MAIN: MOV AH,0

11、8H; 判断工作方式控制键是否按下INT 21H ;若键按下转到相应的程序，否则循环等待CMP AL,33HJE SHUANGSI ;转双四拍正转CMP AL,34HJE SHUANGSI1转; 双四拍反转CMP AL,35HJE QUIT1JMP MAIN; 单四拍正转ZHENGSI:MOV AL,02H ; 点亮正转指示灯MOV DX,MY8255_COUT DX,ALMOV CL,KZHENGSI0:LEA BX,TABLE1 ; 数码管显示剩余步数MOV AL,CLXLATMOV DX,MY8255_AOUT DX,ALZHENGSI1: MOV BL,04HMOV DX,MY8255

12、_BLEA DI,TABSZ ZHENGSI2: MOV AH,0BH INT 21H;INC AL驱动电机判断是否有按键切换工作方式JZ MAINCALL XIAN MOV AL,DI OUT DX,AL CALL DLY INC DI调用显示子程序，显示工作剩余拍数调用延时子程序有按键跳回判断按键对应程序， 否则继续执行程序DECB L ; 判断是否工作完所有拍数，有则退出等待重选工作方式，否则继续循环JNZ ZHENGSI2DEC CLJNZ ZHENGSI0JMP WAIT1计算机控制技术课程设计说明书; 中间跳转SHUANGSI:JMP SHSIZH SHUANGSI1:JMP SH

13、SIF ; 双四拍正转SHSIZH:MOV AL,02HMOV DX,MY8255_COUT DX,ALMOV CL,KSHSIZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLATMOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSHSIZH1: MOV BL,08HMOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSHZ SHSIZH2: MOV AH,0BH INT 21HINC ALJZ MAIN1CALL XIANMOV AL,DIOUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIZH2DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT1; 中间跳转程序

14、WAIT00:JMP WAIT1; 双四拍反转SHSIF:MOV AL,01HMOV DX,MY8255_COUT DX,ALMOV CL,KSHSIF0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT第页 共 页计算机控制技术课程设计说明书MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSHSIF1:MOV BL,4MOV DX,MY8255_B LEA DI,TABSHF SHSIF2: MOV AH,0BH INT 21HINC ALJZ MAIN1CALL XIANMOV AL,DIOUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIF2DEC CLJNZ

15、SHSIF0JMP WAIT00 MAIN11:JMP MAIN1 ; 四相八拍正转 SIBAZH:MOV AL,02HMOV DX,MY8255_COUT DX,ALMOV CL,KSIBAZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLATMOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSIBAZH1: MOV BL,08H MOV DX,MY8255_B LEA DI,TABBZ SIBAZH2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN11CALL XIANMOV AL,DIOUT DX,ALCALL DLY计算机控制技术课程设计说明书INC DIDEC B

16、LJNZ SIBAZH2DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT00QUIT:MOV DX,MY8255_A; 结束退出程序MOV AL,00H OUT DX,AL MOV AX,4C00HINT 21H; 软件延时子程序DLY PROC NEARPUSH CXPUSH AXMOV CX,0FFFFHD1:MOV AX,5FFFHD2:DEC AXJNZ D2LOOP D1POP AXPOP CXRETDLY ENDPXIAN PROC NEAR ; 剩余拍数显示子程序PUSH DXMOV DL,BLADD DL,30HMOV AH,02HINT 21HMOV DL,20HMOV AH,02HINT 21HPOP DXRETXIAN ENDPCODE ENDSEND START计算机控制技术课程设计说明书参考文献1哈尔滨工业大学出版社 , 马家展 ;2.北京航天大学出版社 , 王晓明 ;3.机械工业出版社 ,1996, 刘福财 ;湖南大学出版社 ,2004.7, 李鸿;清华大学出版社 ,2001