步进电机调速

课程设计报告系（部）：自动化专业班级：学生姓名：学号：设计题目：步进电机调速完成日期年月日指导教师评语：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________成绩（五级记分制）：指导教师（签字）：_____________________摘要本次课程设计是借助DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象，用ULN2803作为步进电动机驱动电路主芯片，以8255A作为8088为核心的并行输出接口，8088对步进单机的控制信号则通过8255A送到ULN2803，并以此来实现步进电机的转速调节和实现步进电机正反转改切换：正转-停止-反转。通过8255APB端口的通和断产生脉冲序列，步进电机旋转方向由给定脉冲决定，步进电机的速率由延时时间决定；通过调整发送脉冲之间的时间间隔达到控制步进电机的速率，时间间隔越长，步进电机旋转越慢，时间间隔越短，步进电机旋转越快。试验中实现了步进电机的正转、停止、反转。通过程序改变步进电机的转速与转序，实现了对步进电机的可靠操控。关键词：四相八拍步进电机；正反转；速率；转速AbstractThiscourseisdesignedbymeansofcomputerDICE-AT2controltechnologyexperimentboxof35byj46fourphaseandeightbeatstepmotorastheobject,useULN2803asastepintothemotordrivingcircuitofthemainchip,8255Aas8088isacoreoftheparalleloutputinterface,8088singlecontrolsignalofstepisthroughthe8255sentULN2803.Andinordertoachievethesteppermotorspeedregulationandachievethesteppermotorpositiveinversionchange:forward-stop-reversal.By8255APBportoftheandoffpulsesequence,steppermotorrotationdirectiongivenbythepulsedecide,steppermotorspeedisdeterminedbythedelaytime;byadjustingthetransmitpulsebetweentheintervaltoachievethesteppermotorcontroloftherate,longertimeintervals,steppermotorrotationslower,shortertimeinterval,steppermotorfasterrotation.Intheexperiment,thepositiverotation,stopandreverseofthesteppermotorarerealized.Throughtheprogramtochangethesteppermotorspeedandturnorder,toachieveareliablecontrolofthesteppermotor.Keywords:fourphaseeightbeatsteppermotor;positiveandnegative;speed;RotationlSpeed一绪论.............................................................................................................................................1二系统分析.....................................................................................................................................2三设计方案.....................................................................................................................................23.1硬件设计............................................................................................................................23.2软件设计............................................................................................................................2四硬件调试.....................................................................................................................................34.1操作说明............................................................................................................................34.2系统调试............................................................................................................................3五结果分析及心得体会.................................................................................................................4参考文献...........................................................................................................................................5附录..................................................................................................................................................6程序清单...................................................................................................................................61一绪论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。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，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，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，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。因此本次实验将采用DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象来实现步进电机转速的调节与步进电机正反转改切换：正转—停止—反转。步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的电磁机械装置，是一种输出与输入数字脉冲对应的增量驱动元件，具有快速启动和停止的能力。当负荷不超过步进电机所提供的动态转矩值时，它就可能在一瞬间实现启动和停止。它的步矩角和转速不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件(如温度、气压、冲击和振动等)的影响，仅与脉冲频率有关。它每转l周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。正是因为步进电机具备上述优点，它已经被广泛地用于自动控制系统中作为执行元件。但大多数设计人员常常习惯于用逻辑电路实现复杂的步进电机的控制，虽然已经取得很大成效，但实现起来成本高、费时多，而且一旦组成了电路，就很难再改动，因此不得不完全重新设计控制器。因此本次实验将采用DICE-AT2计算机控制技术实验箱中的35BYJ46型四相八拍步进电机为对象来实现步进电机转速的调节与步进电机正反转改切换：正转—停止—反转。步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。步进电动机多用于数控车床和机器人系统中．在现代工业，特别是航空、航天、电子等领域中，要求完成的工作量大，任务复杂，精度高，利用人工操作不仅劳动强度大，生产效率低，且难以达到所要求的精度，还有一些工作环境是对人体健康有害的或人类无法到达的，这就需要数控机床和机器人来完成这些工作．另外，在计算机外设和办公室自动化设备中也大量运用步进电机，如磁盘驱动、打印机、绘图仪和复印机等。步进电动机在微机控制的中小型机床和其它自动化装置方面取得了广泛的应用．步进电动机与一般交、直流电动机不一样，后者的电源常常是一个标准的交、直电源，只要电压等级和容量与电动机给定参数相等，电机基本上就有确定的性能．步进电动机的电源，在许多情况下是一个直流开关电源．步进电动机的性能很大程度上依赖于驱动电源的性能．目前的研究热点有斩波恒流控制、SPWM（正弦脉宽调制）等，驱动电路普遍采用单片机加上外围电路，或专用SPWM芯片甚至DSP来产生SPWM波来控制功放电路开关管的通断．用于步进电机驱动电路的功率有GTRVDMOS和IGBT等。步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在2生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。二系统分析步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的