项目9基于单片机的直流电机正反转控制系统设计和仿真

1、o 项目项目9 基于单片机的直流电机正反转控制系统基于单片机的直流电机正反转控制系统设计和仿真设计和仿真 o 任务任务9.1 认识步进电机认识步进电机 o 任务任务9.2 直流电机正反转控制设计与仿真直流电机正反转控制设计与仿真下一页o 任务任务9.1 认识步进电机认识步进电机o 9.1.1 步进电机简介步进电机简介o 9.1.2 步进电机工作原理步进电机工作原理上一页 下一页返回o 9.1.1 步进电机简介o步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。上一页 下一页返回o

2、 9.1.2 步进电机工作原理o步进电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 上一页 下一页返回上一页 下一页返回o如图 9-2所示该步进电机为四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步

3、进电机步进转动。o开始时，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o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，ABCD四相绕组轮流供电，则转子会沿着ABCD方向转动。 若改变通电顺序，即按DCBA顺序循环通电时，转子便按逆时针方向转动。o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

4、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。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序如下：o单四拍：ABCDo八 拍：ABBCCDDAo双四拍：AABBBCCCDDDA上一页 下一页返回o 任务任务9.2 直流电机正反转控制设计与仿真直流电机正反转控制设计与仿真 o 9.2.1 硬件电路设计硬件电路设计o 9.2.2 程序设计程序设计o 9.2.3 综合仿真调试综合仿真调试上一页 下一页返回o 9.2.1 硬件电路设计硬件电路设计o一、步进电机控制系统框图一、步进电机控

5、制系统框图o通过以上对步进电机工作原理的分析可知，当用单片机控制步通过以上对步进电机工作原理的分析可知，当用单片机控制步进电机时，可以很方便的使用任一种步数方式对不同项数的步进电机时，可以很方便的使用任一种步数方式对不同项数的步进电机进行控制。其典型控制系统框图如图所示：进电机进行控制。其典型控制系统框图如图所示：上一页 下一页返回o复位电路时钟电路oAT89C51单片机o电机驱动o步进电机o控制旋钮o二、元器件选择二、元器件选择o主控单元选用我们熟悉的主控单元选用我们熟悉的AT89C51单片机作对整个系统进行单片机作对整个系统进行控制。步进电机选用上节介绍的四相步进电机。下面重点介绍控制。步

6、进电机选用上节介绍的四相步进电机。下面重点介绍电机驱动电路芯片电机驱动电路芯片ULN2003：上一页 下一页返回oULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻,在5V 的工作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。该芯片是多用于单片机、智能仪表、PLC、数字输出卡等控制电路中，可直接驱动继电器、步进电机等负载。o本实验

7、中1-4脚输入端接单片机IO口；13-16脚驱动步进电机；引脚9是内部7个续流二极管负极的公共端，各二极管的正极分别接各达林顿管的集电极。用于感性负载时，该脚接负载电源正极，实现续流作用。上一页 下一页返回o三、基于proteus的电机驱动电路设计oProteus软件里有本实验用到的所有元器件，可以方便实现本实验的设计、仿真、调试。上一页 下一页返回o 9.2.2 程序设计程序设计o控制程序流程图控制程序流程图上一页 下一页返回开始方向判断正转四步反转四步10o一、步进电机控制程序C语言代码：o#include o #define uchar unsigned charo #define ui

8、nt unsigned into sbit key=P20;ovoid delay(uint speed) /延时程序 o uint i;o for(i=0;ispeed;i+)o o oo void main()oouint speed = 8000;ofor(;)上一页 下一页返回oo if(key=1)o o P1=0 x03; / 正 转odelay(speed);o P1=0 x06;o delay(speed);o P1=0 x0c;o delay(speed);o P1=0 x09;o delay(speed);o oelseo o P1=0 x09; / 反 转 上一页 下一页

9、返回odelay(speed);o P1=0 x0c;o delay(speed);o P1=0 x06;o delay(speed);o P1=0 x03;o delay(speed);o oo 上一页 下一页返回o9.2.2.2 步进电机控制程序汇编步进电机控制程序汇编语言代码：语言代码：o ORG 0HoMAIN: JNB P2.0,SSZo MOV p1,#03H ;正转正转o ACALL DELAYo MOV p1,#06Ho ACALL DELAYo MOV p1,#0CHo ACALL DELAYo MOV p1,#09Ho ACALL DELAYo SJMP MAINo 上一页

10、 下一页返回oSSZ: MOV p1,#09H ;反转反转o ACALL DELAYo MOV p1,#0CHo ACALL DELAYoMOV p1,#06Ho ACALL DELAY o MOV p1,#03Ho ACALL DELAY o SJMP MAINoDELAY: MOV R5,#0FFH ;延时子程序延时子程序oDE1: MOV R6,#0FFHo DJNZ R6,$o DJNZ R5,DE1o RETo ENDo9.2.3 综合仿真调试综合仿真调试o一、调入一、调入HEX程序程序o在在proteus工程环境中双击单片机工程环境中双击单片机AT89C51弹出编辑窗口弹出编辑窗口如下图：如下图：上一页 下一页返回o点击Program File