基于单片机控制步进电机控制器的设计

1、目 录1设计任务12设计方案13步进电机常识与工作原理131 步进电机常识132步进电机的控制原理133步进电机的控制方式24步进电机的单片机控制241硬件设计342软件设计442.1程序流程图442.2 程序清单45总结8基于单片机控制步进电机控制器的设计1设计任务 巩固所学电子技术知识，并通过设计实例，以提高解决综合实际问题的能力。2设计方案课程设计题目是基于单片机控制步进电机控制器的PROTEUS设计与仿真。通过定时中断产生一定频率的脉冲，再改变定时的时间来调节脉冲的频率，从而达到调速的目的。另外，为了直观的显示步进电机的速度，采用数码管来显示。设计方框图如图1所示。图1 设计方案方框图

2、3步进电机常识与工作原理31 步进电机常识常见的步进电机分三种：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。32步进电机的控制原理步进电机两个相邻磁极之间的夹角为60度，线圈绕过相对的两个磁极，构成一相。磁极上有5个均匀分布的矩形小齿，转子上没有绕组，而有40个小

3、齿均匀分布在其圆圈上，且相邻两个齿之间的夹角为9度。当某组绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子没有对齐，则在磁场的作用下转子将转动一定的角度，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进电机向前“走”一步。33步进电机的控制方式如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制电机的转动，从而实现数字角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲树成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，与脉冲的占空比无关；而转动的方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例，电流脉冲的施加共有三种方式。1）单相三拍方式按单相绕组施加电流脉冲2）双相三拍方式按两相绕组施

4、加电流脉冲3）三相六拍方式按单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲单相三拍方式的每一拍步进角为度，三相六拍的步进角则为.度。因此三相六拍下，步进电机的运行反转平稳柔和，但在同样的运行角度与速度下，三相六拍驱动脉冲的频率需提高一倍，对驱动开关管的开关特性要求较高。4步进电机的单片机控制步进电机控制的最大特点是开环控制，不需要反馈信号。因为步进电机不产生旋转量的误差积累。下面则通过8051单片机以单相三拍的方式控制步进电机的运行。41硬件设计利用MC-51单片控制步进电机的电路原理如图所示。步进电机的三相驱动口分别接在单片机的P2.5P2.7口，中间用三极管放大电路做为步进电机的驱动电路。起作用是将单

5、片机输出口的+5V电压放大，同时也将电流放大，直接去驱动步进电机（此步进电机的驱动电压是+12）。另外，图中D1D3三个二极管的作用是将步进电机在运行当中产生的反电动势释放出来，从而保护三极管不受损坏。按一下按钮K1，步进电机减速，按一下按钮K4，步进电机加速；当开关K1闭合时，启动步进电机，开关K1打开时，步进电机停止；当开关K2闭合时，步进电机正转，开关K2打开时，步进电机反转。七段共阳极数码管接在P0口，用来直观的显示步进电机的速度。图3 基于单片机控制步进电机的电路原理图42软件设计42.1程序流程图程序流程图如图3所示，其中包括主程序流程和中断程序流程。图程序流程图42.2 程序清单

6、下述程序采用MC-51汇编语言实现对步进电机的正反转，调速与制动。程序启动后，判断启动开关是否打开，是则继续执行下面的程序，否则在原地不动。程序中定时30毫秒产生一次中断。另外还有两个调速外部中断程序JIA和JIAN。主程序为数码管扫描。程序如下：ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP JIANORG 000BHLJMP 0F00HORG 0013HLJMP JIAORG 40HSTART:MOV 31H,#6MOV R0,#0FEHMOV R1,31HMOV R2,#50MOV TMOD,#01HMOV TH0,#1CHMOV TL0,#22HMOV IP,#02H

7、SETB IT0SETB IT1LP0:MOV 32H,#0DFHLP4:JB P3.6,LP1MOV IE,#87HSETB TR0LJMP LP2LP1:CLR EACLR TR0MOV P1,#00HLJMP LP4LP2:MOV DPTR,#TABMOV B,#10MOV A,R2DIV ABMOVC A,A+DPTRCLR P1.7SETB P1.6MOV P0,ALCALL DELAYMOV A,BMOVC A,A+DPTRCLR P1.6SETB P1.7MOV P0,ALCALL DELAYLJMP LP0ORG 0F00HMOV TH0,#1CHMOV TL0,#22HDJN

8、Z R1,LPMOV R1,31HMOV A,R0CPL AMOV 30H,AMOV A,P2ORL A,30HMOV P2,AMOV A,R0JB P3.7,L5JB ACC.7,L1LJMP L6L5: JB ACC.5,L1L6: JB P3.7,L2MOV R0,#0EFHLJMP L1L2: MOV R0,#0FEHL1:MOV A,R0JB P3.7,L3RL ALJMP L4L3: RR AL4: MOV R0,AMOV A,P2ANL A,R0MOV P2,ALP: RETIJIA: MOV R3,31HCJNE R3,#2,JJ1LJMP JJ0JJ1:DEC 31HMOV

9、A,R2ADD A,#5MOV R2,AJJ0: RETIJIAN: MOV R4,31HCJNE R4,#11,JJ2LJMP JJ00JJ2:INC 31HMOV A,R2CLR CSUBB A,#5MOV R2,AJJ00: RETIDELAY:MOV R6,#2DS1:MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,DS1 RET TAB: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H DB 99H,92H,82H,0F8H DB 80H,90H,88H,83H END5总结 这次课程设计使用我们所学的知识对实际问题进行实际操作，解决问题。加强了我们的设计意识和动手能力，同时也进一步的巩固了对我们掌握的知识，并且把所学的融入到实际问题中。让设计不再离我们遥远。通过此次课程设计，使用了所学的知识来解决问题，初步了解到了设计的基本步骤和基本方法，将对日后有很大的帮助和启示。还有此次设计对单片机的使用也加深了我们对单片机和汇编编程的认识，感受到利用单片机来设计小型控制系统的优势：应用灵活的程序来实现控制，可以使硬件电路从数量上和复杂程度上得到很大程度的简化。在设计过程中，首先完成程序的流程图的设计，再完成了子程序的设计，最后是在流程图的指导下，完成各功能模块和子程序的调用，从而完成整个程序的设计。还有外围电路在基于单片机的控制电