步进电机的单片机控制方法探讨.doc

仪器仪表用户的,因此适应度函数的选取至关重要。通常适应度函数是由设 计运算放大器的目标函数变换而来的。运放的设计是一个多 目标设计,将多个目标通过一定的权重比和在一起就构成一 个单目标适应度函数M J,染色体的适配度函数设计如下:归,姗s(i=芝:suite(achieved (1 f夏l suitek(achieved2F丁磊瓦磊寺i磊丽 (2 其中,achieved为某个染色体中的基因集合通过调用HSPICE 仿真后得到的第k种电路性能指标的量值;destination为第k 种电路性能设计要求的目的指标,suite。为某个染色体的第k 种电路性能指标的适配度;fitness为某个染色体的整体适配 度。为该日标的权值系数,通过值系数可以对某项目标的权 重进行初设定,有助于种群的收敛。suite。个采用分数形式可以 使某一染色体的适配值有效的归一化。4设计举例4.1待设计电路图2是本文将要进化的模拟电路,是无限增益多路反馈 (MFB有源滤波器,其进化的参数有C1、C2、R1、R2、R3、Ra、 Rb等。设计指标有截止频率(fc,增益(I A I。图3为程序设 计平台。圈2MFB有源滤波器 圈3程序设计平台4.2设计结果本文中的设计指标为;疋=2kHz、J A I-20dB。设计结果 为乒=2.10lkHz,I AI=19.5dB,过度带衰减为一38.9dB/十 倍频。在程序运行完毕后,系统画出进化过程中的平均适应度 函数演化曲线(图4。从这个例子的适应度函数图上可以看 出,算法具有很快的搜索能力,平均适应度迅速升高,在后期 进入参数优化调整的阶段,这时变异策略起很大作用,虽然会 产生适应度函数的振荡,但是在最佳个体保留的策略下,程序 能自动记录并输出最佳设计结果。jj 耐毋州4自.毛J=,矿言7. 围4适应度进化曲线5总结本文采用Vb编程,人机交互性能良好,运行时间少,实用 性强,通过调用HSPICE进行实时仿真,利用仿真结果进行遗 传优化,更贴近实际电路。通过对设计目标和设计结果的比 较,发现各项指标总体都满足设计目标的要求,节省了大量的 人力物力,缩短了设计周期,有效的进行r模拟电路的自进化 过程。但由于电路模型的局限性,使得设计方法存在一定程 度的缺陷,如何根据没计目标自动设计模拟电路将是今后需 要解决的问题。口参考文献1毕查德.托扎维.模拟CMOS集成电路设计M.西安:西安 交通大学出版社,2003:240243.2P.E.Allen,D.R.Holberg.CMOS Analog Circuit DesignM. Oxford University Press,2005:231236.3王小平,曹市明.遗传算法理论、应用与软件实现M. 西安:两安交通大学出版社,2002:2834.4Ben Forla,Sams Teach Yourself Regular Expression in 10mi-nuteaM.人民邮电出版社,2007.5赵曙光.利用自适应遗传算法实现模拟电路自动设计J.西 安电子科技大学学报,2003,(36章立民研究室.Visual Basic 2005程序开发与界面设计秘诀 M.北京:机械工业出版社,2006.7钟文耀.CMOS电路模拟与设计一一基于HspieeM. 科学出版社,2006.8Shin Ando;Hiteshi Iba,Analog Circuit Design with a Vailable Leng【h ChromosomeJ.IEEE2000-6375.9Chatelain;Gagnon,Muhipliedess Evolutionary Filter Design ISSCS.2007.429268010Shugnang Zhao,Evolutionary design of analog circuits with a u hiform-design based muhi-objeetive adaptive genetic algorithm, EH.2005.48.作者简介:程从俊(1984一,合肥工业大学。硕士研究生。收稿日期:2009一03一13(9071doi:10.3969/j.issn.16711041.2009.04.059步进电机的单片机控制方法探讨 杨滁光,徐德好(安徽安利合成革股份有限公司,合肥230601摘要:步进电机是一种易于精确控制的电机。由于其良好的性能而受 到广泛的应用。其控制方法也多种多样。介绍了SPCE061A单片机对 步进电机的控制方法。并且详细介绍了单片机对步进电机控制的设计 方案和软件程序设计。该系统控制精度高.可靠性和抗干扰能力强。 关键词:步进电机;单片机;硬件;软件中图分类号:TIt7文献标识码:BApplication of single chip microcomputer in control of stepmotor欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息YANG Chuguang,XU De-haol Anhui Anli Artificial Leather Co.Ltd。Hefei 230601,China lAbstmet:Step moor iS a kind of motor that easy to control。which iS used wildly for its property。There are many ways to control the step motor.A method which centrel the step motor with SPC日6I A micro-controller iS introduced.and thedesign of software and hardware is given.Thiscontrolsystem has high precisbn。high dependability and strong antiinterfarence ability.EIC V01.162009No.4 101万方数据口经验交流口脚岫:sty;啊cr:。p帕鲫a肿例m.DI unit;ha,d惦旧;m嗡旧O 引言步进电机是一种作为控制用的特种电机,它将脉冲信号 转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角 度,步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此非常适 合于单片机控制。其特点是在不丢步,不超步情况下没有积 累误差,所以广泛应用于各种开环控制系统。控制系统对步 进电机的控制通过步进电机驱动器来完成。本设计中,步进 电机用于位移测量工作台,对步进电机和整个机床的控制由 SPCE061A单片机系统来完成。1系统的构成与硬件设计控制系统的硬件原理图如图1所示,系统中16位单片机 sPcE061A单片机与锁存器8255A并行口扩展芯片,构成功能 键盘和数码管显示,完成启动、停止、显示转动的角度及角速 度等功能。键盘可用于输入加工件的长度,加工个数等参数, LED用于显示当前的加工信息。利用计数器/定时器芯片 8253控制延时时间,进一步控制步进电机的转速,并能实现步 进电机的往复运动。由于某些加工参数非常莺要,为了防止 意外掉电时数据丢失,系统中使用自带电池的RAM。每次加 工参数改变后程序自动将当前的加工参数及其他工作信息存 入RAM。这样掉电或关机后,系统当前的加工参数可以保留, 在下次开机时自动读入,无需重新输入。甲 中H机 趣竺X量l咎疆一n帆掰础t乜j!iI.一厂i卜回圈1控制系统硬件原理图步进电机驱动电路我们使用L298N芯片L298N构成步进 电机的驱动电路L298N可以驱动一个四相电机,输出电压最 高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;直接用单片 机的I/O口提供信号,通过单片机SPCE061A的I/OB8L/ OBl3对L298N的INl一IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲 信号。2系统的软件程序设计系统软件程序设计的=E要任务是控制步进电机的启动、 按顺序发出控制命令、判断步进电机是否到达极限位置、控制 步进电机的转向、运行速度的变化等。2.1用软件实现环形分配器功能传统的步进电机控制系统主要使用脉冲发生器产生频率 变化的脉冲信号;脉冲分配器根据方向控制信号将脉冲信号 转换成有一定逻辑关系的环形脉冲;功率放大器将脉冲分配 器输出的环形脉冲放大,用于控制步进电机的运转。在该控 制系统中,用微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,就 可以根据系统需要通过软件编程的方法任意设定步进电机的 转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。本系统采用查表法,根据步进电机励磁状态转换表求出 所需的环形分配器的输出状态,并以二进制码的形式依次存 人单片机内部的E-PROM中,只要按照地址的正向或反向顺 序依次取出地址的状态字,送给输出各励磁状态,经放大电路 驱动步进电机。功能查表法是一种拟合精度很高的升速曲线 拟合方法,如图2所示。在编制程序之前,需要对步进电机进 行多次试验和比较。利用多条直线对升速曲线进行精确拟 合,并且根据步进电机的最终工作频率,升降速时间长短和工 102EIC V01.162QQ旦丛Q:垒堡量堡麦旦庄 作力矩的要求编制出多条不同的升速曲线。在使用步进电机 时根据不同的工作条件由程序或者硬件控制来选择使用不同 的升速曲线。这种方法属于一种更加精确的直线拟合方法,能够 精确地拟合步进电机的升速曲线,最大程度发挥步进电机的性能。 本系统采用的是四相混合型步进电机,它通常有3种工作 方式:1四相单四拍:ABCD A ;2四相双四拍:ABBCCDDAAB一;3四相/L拍:AABBBCCCDDDAA 一o以四相单四拍为例,其状态表如表l所示。“1”代表高电 平,表示该数据为驱动的磁极绕组通电;“0”代表低电平,表示 该数据为驱动的磁极绕组不通电。由表可见,输出端数据线上 输出的是地址中的状态字,实际上也就对应着一种励磁方式, 对于不同的励磁方式,地址中的状态字亦有所不同。寰1四相步进电机环形分配叠存储状态表 地址 状卷字 控制字励磁状态 00H 0001H 0001AOlH 0002H 0010B0002H 0004H O加0C.|阚0003H 0008H 1000D图2查表法编制的升速曲线2.2转速控制控制步进电机的运行速度,实际上是控制系统发出时钟 脉冲的频率或换相的周期,即:在升速过程中,使脉冲的输出频 率逐渐增加;在减速过程中,使脉冲的输出频率逐渐减少。本 设计中,脉冲信号的频率通过硬件中断来确定。可编程的硬件 定时器直接对系统时钟脉冲或某一固定频率的时钟脉冲进行 计数,计数值则由编程决定。当计数到预定的脉冲数时,产生 中断信号,得到所需的延时时间或定时间隔。由于计数的初始 值由编程决定,因而在不改动硬件的情况下,只通过程序的变 化即可满足不同的定时和计数要求,因此使用很方便。本系统 中采用8253定时器0,工作方式0,这种工作方式,计数器在减 为零时,使输出端OUT变为高电平,向CPU发出中断申请, CPU用外部中断INTO接受中断申请后,重置定时器的初值并 进入中断服务子程序,即正向运行控制程序或反向运行控制 程序,向输出El送出状态表中的某一状态字,控制步进电机运 动。每产生一次中断,向输出口送出一次控制指令,通过不断 改变定时时间即定时器的初值,控制中断的时间,来改变状态 表中状态字的频率,即改变指针查表的移动频率,实现变速控 制。工作流程图如图3所示。2.3正向、反向控制步进电机换向时,一定要在电机降速停止或降到突跳频 率范围之内再换向,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信 号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下一 个方向的第一个cP脉冲前发出,如图4所示。对于cP脉冲 的设计主要要求其有一定的脉冲宽度(一般不小于5p,a、脉冲 序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换 实质包含,降速奂向一升速三个过程。对于四相单四拍这 种工作方式而言,正向运动只需利用指针把状态表中的内容 按照地址OOH03H的顺序依次反复送出I/O口,步进电机的 各相通电顺序为ABCD一,反复循环就实现步进电机的 正向运动。反向运动时,送出状态表中状态字的顺序与正向运 动相反,即步进电机的各相通电顺序为DCBA一,实现 步进电机的反向运动。将正向运行程序模块、反向运行程序模 块作为中断服务程序,需要实现怎样的运动,主程序便调用相 欢迎光临本刊网站万方数据丝噩堡麦用宴应的服务程序,从而实现正、反向运动的控制。图3变速控制工作流程图 圈4换向信号起作用时刻3结束语SPCE061A单片机对步进电机的控制系统,系统结构简 单,构成器件少,成本低、抗干扰能力强;控制方法简单、灵活。 不需改变硬件结构,通过改变EPROM中的状态字,可以方便 地改变步进电机的工作方式,实现不同工作方式的转变。适 当改变各位控制端,可以控制不同相数的步进电机。本控制 系统速度快,控制范围宽,准确,调整方便,具有很好的应用价口经验交流口 值和前景。口参考文献1张毅刚,彭喜源.MCS一51单片机应用设计M.哈尔滨:哈 尔滨工业大学出版社,2001:2035.2刘宝廷,程树康.步进电动机及其驱动控制系统M.哈尔 滨:哈尔滨工业大学m版社,199/:3770.3余永权.单片机应用系统的功率接口技术M.北京:北京航 空航天大学出版社,1992:2936.4胡汉才.单片机原理及接u技术M.北京:清华大学出版 社,1996:4559.5陈正宏,韩德源,崔文孝.步进电机快速启停的一种新方法 J.电脑学习,1999(2:20一51.6王晓初,何捷.步进电机自动升降速及其单片机控制J.微 特电机,1998.(3:14一16.7薛钧义,张彦斌。樊波.凌阳十六位单片机原理及应用M. 北京:北京航宅航人大学出版社,2003:1778.作者简介:杨滁光(1955一,男。高级工程师。研究方向:工业自动化。 收稿日期:2009022719034doi:10.3969/j.issn.16711041.2009.04.060基于CC2520的无线二氧化硫传感器节点设计 李浩(湖南生物机电职业技术学院。长沙410126摘要:二氧化硫气体与雨水作用将会导致其p1值降低。从而生成酸 雨。它对动植物、人体、建笳都有很强的破坏作用。本文介绍了一种以 CC2520为核心射频芯片。结合MPS430系列单片机低功耗和CC2591芯片功率放大增大通信距离的优势.提出一种无线二氧化硫传感器节 点软、硬件原理设计及方案实现。该节点稳定性好。通信距离远。可广 泛应用于废气毒气监测环境中。关键词:无线通信;CC2520;传感器;二氯化硫;zignee中图分类号:TP212.6文献标识码:BThe design of wireless sulfur dioxide sensor node based on the CC2520LI Hao(Hunan Biological and ElectromechanicalPolytechnic,Changsha 410126。China JAbstract:Gas of suffur dioxide and an action of rain cause that its pH value faIIs.and acid rain iS formed by that.There are very strang de. structions to animals and plants。also a human body and a building for that.This aflicle introduced one mind that take CC2520as the core radio frequency chip。unifies the MPs430sedes monolithic jnte-grated circuit IOW power Ioss and the CC2591chip power amplification jncreases the signal posed that one kind of wireless sul fur dioxide sensor node software and hardware pdnciDle design and the plan realize.111.瞎node stability is good。the signal distance is far. CanIvideIy applies in the waste gas posen gas monitor environment. Key WOrds:wimless communication;CC2520;sensor;sulfur diox-ide:ZigBeeO引言我国二氧化硫气体排放总量居高不下,酸雨污染总体上 未能得到有效控制,局部地区加重,以细颗粒物为毫的区域性 大气污染和城市空气氮氧化物污染日益突出,已成为制约我欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息国社会经济发展的重要环境因素。二氧化硫气体会刺激人们 的呼吸道,减弱呼吸功能,并导致呼吸道抵抗力下降,诱发呼吸 道的各种炎症,严重危害人体健康。到目前为止,70%的酸雨 是由二氧化硫引起的,控制二氧化硫污染已被国家列为工业 环境保护的重要任务。为降低环境中二氧化硫的排量,本文利 用允线通信的技术优势,提出了一种基于ZigBee技术的无线 二氧化硫传感器的设计方案,通过无线方式测鼍二氧化硫的 浓度并及时进行相应的处理,减少其对环境的污染。l传感器节点硬件方案设计该节点主要由数据采集部分、数据处理部分、数据传输部 分、电源管理等几部分构成,数据采集主要是通过无线方式采 集外界二氧化硫传感器浓度;数据处理就是将采集的信号进 行封装与格式转换处理;数据传输部分主要完成信号的发送 与接收;电源管理部分主要是对节点工作提供稳定电流电压, 整个系统功能模型框图如图1所示。f戳-蜘缆型薯i J功CC军25取9灭1.tI。1幽 ;掣l”黜K1删R0.=:一上:田倒数据来集部分 数撤处胛部分图l节点模型结构框图1.1传感器采集前端本设计从低成本、低功耗、高性能的角度出发,选用的是瑞 士Membrapor公司生产S02/CF一100型号电化学传感器。测 量范围是0IOOPPm。该传感器采用定电位电解传感器,在电 解液中放两个电极,在电极之间加一定的电压,当被测气体扩 ElC V01.162009NO.4103万方数据 步进电机的单片机控制方法探讨作者:杨滁光 , 徐德好 , YANG Chu-guang, XU De-hao作者单位:安徽安利合成革股份有限公司,合肥,230601刊名:仪器仪表用户英文刊名:ELECTRONIC INSTRUMENTATION CUSTOMER年,卷(期:2009,16(4引用次数:0次参考文献(7条1. 张毅刚 . 彭喜源 MCS-51单片机应用设计 20012. 刘宝廷 . 程树康 步进电动机及其驱动控制系统 19973. 余永权 单片机应用系统的功率接口技术 19924. 胡汉才 单片机原理及接口技术 19965. 陈正宏 . 韩德源 . 崔文孝 步进电机快速启停的一种新方法 期刊论文-电脑学习 1999(26. 王晓初 . 何捷 步进电机自动升降速及其单片机控制 1998(37. 薛钧义 . 张彦斌 . 樊波 凌阳十六位单片机原理及应用 2003相似文献(10条1.期刊论文 高亮 8051单片机对步进电机的控制及步进电机升降速曲线的设计 -测控技术 2002,21(11步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用.其控制方法也多种多样.介绍了8051系列单片机对步进电机的控制方法 ,并且提出和对比了几种步进电机升降速曲线的设计方案.2.学位论文 刘爱萍 基于C8051F005单片机的两相混合式直线步进电机驱动系统的设计 2007本课题采用比普通单片机快十多倍的C8051F005单片机,设计了基于C8051F005控制的直线步进电机驱动控制系统,扩大了细分度和速度的可调节范 围。 在控制策略上,依据直线步进电机力一速特性和动力学方程,推导了直线步进电动机理想的升降速控制曲线,实现了指数规律的升降速控制 ,使系统具有良好的动态特性,解决了点位控制中的失步和直线步进电机行程末端的机械冲击问题;采用等幅均匀细分控制技术,有效地克服直线步进 电机低频振动,提高了电机在中、低速运行时的性能,提高了系统的分辨率,减小了噪音;采用具有恒流斩波功能的专用驱动芯片,使直线步进电机绕 组电流恒定,电机运行更加平稳。 完成了C8051F005单片机和UC3717A结合的硬件电路设计,用汇编语言编写直线步进电机定位、匀速往返和加减 速三种运行方式控制程序。实现了对直线步进电机的启停、定位、调速及正反向运行的控制。最后在SLPMU-025A样机上进行了测试,实验结果满足设计 要求。 该驱动控制系统可做为步进电机本体研发的配套设备,通过修改软件参数也可推广应用于其他步进电机的驱动控制,具有较好的应用前景 。3.学位论文 李海波 单片机对步进电机三相六拍指数规律升降速的并行控制 2003该文根据步进电机的动力学方程和矩-频特性曲线建立系统的数学模型,采用指数规律的升降速算法,对升降速的过程进行离散处理,用定时器控制发 出脉冲的时间间隔,采用查表和计算相结合的方法实现了步进电机的升降速过程的控制.该系统采用单片机为核心对步进电机进行并行控制.系统的软件设 计由C51语言编程来实现,系统由十一个模块构成,各个模块完成特定的功能.用单片机仿真系统,对该系统的软、硬件进行了调试.该文还设计了检测系统 用于对步进电机转速和步数的检测.最后,该系统可以实现以下功能:在显示器的提示下,由键盘输入运行的步数和稳定运行的速度;由各个功能键控制系统 的运行,按启动键后,步进电机按照输入的步数进行走步;如在运行期间按停止键,则步进电机停止运行.研究表明,采用指数规律的升降速曲线将大大地提 高微机控制步进电机的最高工作频率,大大缩短所需的升降速时间.4.期刊论文 郑彧 . 陈鸿 . 裴焕斗 基于SPMC75F2413A单片机的步进电机控制方法 -航空科学技术 2007(5提出了一种基于凌阳SPMC75F2413A单片机的步进电机微步距控制方法.通过单片机10口输出的数据为步进电机的控制信号,信号经微步距两相步进电 机专用驱动器SLA7042M驱动步进电机,实现对步进电机的微步距控制.该控制方法由于减小了步进电机的步距角,从而提高了电机的分辨率.实验表明,该方 法能够满足系统的精度要求.5.期刊论文 黄勇 . 廖宇 . 高林 . Huang Yong. Liao Yu. Gao Lin基于单片机的步进电机运动控制系统设计 -电子测量 技术 2008,31(5为了改善步进电机的应用性能,提出了由PC机和单片机组成的步进电机控制系统的设计方案,包括硬件设计、软件和界面程序,详细介绍了步进电机的 升降速实现原理和方法,用Matlab 7.1绘制了升降速的指数曲线.在PC机上用C+Builder 6.0开发了系统的应用软件,能够通过串口向单片机发送数据产生 控制信号,实现对步进电机的控制.试验结果表明,整个系统成本低、运行平稳、可靠性好.6.期刊论文 孟武胜 . 李亮 . MENG Wu-sheng. LI Liang基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计 -测控技术 2006,25(11提出了一个由AT89C52单片机控制步进电机的系统实例,可以通过键盘输入步进电机相关数据,步进电机根据这些数据来进行工作;并且可根据需要,实 时对步进电机工作方式进行设置,具有实时性和交互性的特点;该系统可应用于步进电机控制的大多数场合.实践表明,系统性能优于传统的步进电机控制 器.7.期刊论文 闫剑虹 . 何泰祥 . Yan Jianhong. He Taixiang步进电机高速启停控制的单片机实现 -空间电子技术 2009,6(2文章讨论了步进电机加-减速控制技术,根据步进电机负载对速度响应的要求,提出了一种基于单片机的步进电机高速启停控制的数字化实现方法.实 践证明,该方法有效克服了步进电机加速过程中容易出现的失步、堵转等问题.8.期刊论文 张国宏 . 田晓军 . 章钦 . 徐新军 . 袁会敬 . ZHANG Guo-hong. TIAN Xiao-jun. ZHANG Qin. XU Xin-jun. YUANHui-jing 基于单片机和CPLD的嵌入式步进电机控制系统 -河北省科学院学报 2009,26(1本文叙述了基于单片机和CPLD的步进电机控制系统.该系统采用单片机和CPLD作为核心器件,减少分立元件的使用,通过改变程序参数可以实现对不同 型号步进电机的控制,在稳定性和灵活性等性能上都有了很大的提高,有利于步进电机控制系统的广泛应用.9.学位论文 王晓丹 基于单片机的步进电机细分驱动系统的研究 2008混合式步进电机的运行品质既与电机的本体性能有关,也与驱动器和控制器的性能有关。在开环控制下,步进电机的运行噪声大,控制精度低,无 法满足很多场合下较高运行品质的要求,因此实现步进电