步进电机及仿真

计算机控制技术课程设计报告《基于Protues的步进电机控制系统仿真设计》姓名：柴文峰学号：1005072008专业：自动化(1)班授课老师：丁健老师日期：2013/6/20目录引言......................................................11设计电源.................................................12.四项步进电机............................................12.1步进电机................................................12.2步进电机的控制..........................................12.3步进电机的工作过程......................................13电路图设计...............................................23.1AT89c52的概述...........................................23.2最小系统................................................23.3复位电路................................................33.4控制电路................................................33.5电机驱动电路............................................34程序设计.................................................44.1主程序框图..............................................44.2步进电机速度控制程序框图...............................44.3控制开关输入程序框图...................................65结束语...................................................6[参考文献]................................................7附录A源程序..............................................8附录B....................................................10基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第1页共10页引言通过控制AT89c52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。具体工作过程是：给作品通电后，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；按下加速开关，步进电机转速加快；按下减速开关时，电机转速减慢。实现设计具体用到的仪器：AT89C52芯片、开关单元、四项步进电机等。实现设计具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路[1]。1设计电源AT89C51单片机需要的电源是5v直流电源，我们所用的电是220V50HZ，这要需要交流电源220V转换5V直流电源，利用变压器的原理220v进行降压，单片机控制系统以及外围芯片供电采用7805系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波，然后进行滤波稳压，使用电容滤去交流，电路如图1.1所示。图1.1电源设计图2四项步进电机2.1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[2]。2.2步进电机的控制(1)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。(2)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。(3)控制步进电机的速度控制: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[3]。2.3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四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动,如图2.3(a)所示。基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第2页共10页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[4]。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2.2所示：a.单四拍b.双四拍c.八拍图2.2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；反转DC-CB-BA-AD；四相八拍运行：正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。本设计使用的是四相八拍控制[5]。3电路图设计3.1AT89C52的概述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。这里只介绍本设计用到的端口和功能[6]。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。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输入端[7]。3.2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[8]。图2.1步进电机工作原理图基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第3页共10页3.3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[9]。手动复位：当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。如图3.3所示。图3.1复位电路3.4控制电路开关和P3口相连，开关1、2、3、4来控制电机的正反转，速度的加减。如图3.4所示。图3.2控制电路3.5电机驱动电路将步进电机的A、B、C、D通过L297和L298接到89C51管脚上，如图3.5所示。图3.3电机驱动电路基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第4页共10页4程序设计4.1主程序框图系统分为电机正转、电机反转、电机加速、电机减速这几个部分组成，其主程序框图如图4.1所示[10]。图4.1主程序流程图4.2步进电机速度控制程序框图正转部分:送P4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0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流程图如图4.2（a）所示[11]。开始延时有外部中断?使用update等待声明定义定时器初始化函数设置定时器工作方式启动定时器初始化所有存储单元调用按键子程序声明定义按键处理函数电机加速电机减速电机正转电机反转调用定时器函数程序等待开始中断响应基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第5页共10页图4.2(a)电机正转流程图反转部分:送P3.5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0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程图如图4.2(b)所示。图4.2(b)电机反转流程图加速部分:当电机处于正转或反转的时候，按下加速开关，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，流程图如图4.2（c）所示。图4.2(c)电机加速流程图减速部分:当电机处于正转或反转的时候，按下减速开关，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，流程图如图4.2（d）所示。开始延时有外部中断?Downdate等待开始延时有外部中断?速度增加等待开始延时有外部中断?速度减小等待基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第6页共10页图4.2（d）电机减速流程图4.3控制开关输入程序框图用于判断P3.1、P3.2、P3.3、P3.4，如图4.3所示。5结束语经过了为期两个星期的努力，我们基本完成了本次实验。期间参考了网上相关资料，上届学长们的课程设计论文，以及查阅了相关设计原理图。最大的感受就是做好课程设计，不仅要细心，更要有耐心，而且富有责任心。细心能避免自己的错误，而需要大量重新计算，浪费精力和时间。耐心就是得坚持做下去，一步一步做下去，虽然还有好些问题不大懂，理解不透，但是自己坚持下来了，就是最大的胜利而在课程设计期间，使我对Proteus和Kile这两个软件的使用更加熟悉，这也为我们以后毕业设计打下基础。在设计中，对于其中过程的步骤该如何进行的考虑，锻炼我们处理事情的能力。同时在这次设计，我也学到了做事情要一步一个脚印，细心处理每个数据，这样才可以顺利地完成设计。作为一名自动化专业的学生，希望多学点这方面的知识，或许设计方面不是很在行，但原理，设计方向有一定的认识对将来还是比较好的。总之，通过这次课程设计，自己还是有收获的，希望自己以后做任何事都要有这态度。调用按键子程序P3.1？电机正转电机加速电机减速电机反转P3.1？P3.1？P3.1？图4.3控制开关输入流程图基于Proteus的步进电机控制系统仿真设计第7页共10页参考文献[1]肖景和.555集成电路应用精粹[M].北京:人民邮电出版社,2007,9:1,3-12.[2]余孟尝.数字电路技术基础简明教程(第二版)[M].北京:高等教育出版社,1999:268-341,371-390.[3]赵负图.数字逻辑集成电路手册[M].北京:化学出版社,2004.11:268-278,550-553.[4]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.2:19-58.[5]宋卫星.计算机彩色显示器信号源[J].现代电子技术,2006,(5):122-129.[6]任典毅.最新显示器电路原理与维修技术[M].北京:电子工业出版社,2001.2:14-40.[7]MarcusNadenau.Integrationofhumancolourvisionmodelshighqualityimagecompression[D].SignalProcessingLaboratory,SwissFederalInstituteofTechnology,Switzerland,2000.[8]GuihuaCui,M.R.Luo,B.Riggeta1..Colour-differnceevaluationrusingCRTcolours.partI:dategatheringandtestingcolourdifferencformul