步进电机的驱动与测速课程设计说明书

单片机应用系统课程设计

说明书专业年级:姓名：指导老师:目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、步进电机 2\o"CurrentDocument"1、步进电机介绍 2\o"CurrentDocument"2、步进电机分类 2\o"CurrentDocument"3、技术指标 3\o"CurrentDocument"4、步进电机工作原理 4\o"CurrentDocument"二、单片机最小系统及电源电路 5\o"CurrentDocument"1、最小系统 5\o"CurrentDocument"2、电源电路 6\o"CurrentDocument"三、步进电机驱动电路 6\o"CurrentDocument"1、驱动电路 6\o"CurrentDocument"2、单电压型驱动电源 7\o"CurrentDocument"3、对驱动电源的要求 7\o"CurrentDocument"四、显示电路 8五、程序设计 8\o"CurrentDocument"1、正反转程序 8\o"CurrentDocument"2、测速计算程序 9\o"CurrentDocument"3、显示程序 9\o"CurrentDocument"4、双四拍及八拍驱动程序 10\o"CurrentDocument"六、程序流程图 11七、调试结果及分析 12一、步进电机1、步进电机介绍步进电机是将电脉冲信号转变为处位移或线位移的开环控制元件.在非超载情况下，电机的转速、停止的位置只取决于•脉神信号的胭率相脉冲数，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•个步距角.这一级性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差面无累枳误差等特点，使得相进电机在速度、位置等控制领域的控制操作非常简单。虽然毋进电机应用广泛二但它并不像普通的直流和交流电机那样在常规状态F使用，它必须由双环形肽冲信号.功率驱动电路等组成控制系统方可使用.因此.用好步进电机也非易事।它涉及机械，出机、出厂及冲算机等许多专业知识.2、步进电机分类3）永磁式熊一般为二相，转郑前体积较小『步珈角一般为75口或行。口（2）反应式fVR）,一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为L5*，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家20世纪前年代己经洵汰.臼）混合式（HBK指混合了永磁式和H应式的优点"它又分为二相和五.相，二相步即角•般为L*，而五杓步距角一衽为0.72nn这种步迸电机的应用最为广泛.3、技术指标m步进电机的抑态指标①相数———电机内部的线圈组数：■H前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机■电机相数不同，其步距角也不同.■般一相电机的:力即角为。目71*,一相为〔广5叼一5，五相为03行泄一7”在没有蝌分卷动器时，用户主要靠选择不同相数的苏进电机来满足自己步距珀的要求。却果使用郛分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在卵动器上改变细分数.就可以改变步距角.②步距角——表示控制系统每发•个步进脓冲信号，屯机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距用的值,如MHYG25UA型电机的值为09G印｛表示半步工作时为0§工整步工作时为1，刖），这个步距角可称为停电机固有步距角：它不定是电机实际工作时的真正步距荫，真正的步距角和驱劭器有关,③指数一完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个步距角所需冰冲数。以四相电机为例，有四相四拍运行方式，ERAB^BOCD-DA-AB：四相入拍运行方式，即AB-R-RC-C-CD-D-DA-A<.（S）定位转矩——电机在不通电状态下，转于自身的锁定力矩《由磁场内形的群波以及机械误警造成八@保持转矩——步进电机通电但没有转动时，能子镣住转子的力矩口它是乐进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速M的力矩接近保持转矩口由于步边电机的输出力推随速度的增大血不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转新就成了衡最步进电机最重要参数之“比如，当人们说2N，Ill的步进电机灯，在没有特殊说明的情况下，是指保持转矩为2N-m的步逑电机一（2）步进电机的动态指标步距角精度——步进电机每转过•个步距角的实际值与理论节的误差，用百分比表示t误差/步距角XIW%,不同运行拍数其值不同.四拍运行时应在5%之内，八拍运行时成在15%以内r失步--—电和偏转时运转的步数不等于理论上的步数，称为失步。③关调用——转子齿轴线偏移定广齿轴线的角度.电机运转必存在失峋角।由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的口最大空载起前频率——电机在某种驱动形式、EW卡及箱1定电流3在不加仇战的情况卜，能够直接起动的最大频率,.最大空载运网频率——电机在某种驱动形式、电一压及额定电流下.电机不带负载的最高转速频率u运行矩频特性——电机在某种测试条件下,冽将运行中输出力矩与频率关系的曲段称为运行矩频特性.它是电机诸多动态曲线中最圭要的,也是电机选抨的根本依据，如图21.2.6所示口电机一“选定，电机的静力矩一确定，而动态力矩却不燃，电机的动态力却取决于也机运行时的平均电流（而乍静志电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬,如图2127所示.

Nhi图2127Nhi图2127力矩与殛率关系曲线其中.曲线3电流最大或电压最高，曲线1电流最小或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点.要使平均电源大，尽可能提高驱动电压,或采用小也感大电流的电机。@电机的共振点冲7进电机均布固定的共振区域，其共振区一般在50r/min〜gOr，ndn或在IKOr/mm左右。电机驱砂电压越岛，电机电流越大，倏载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然。为使电机输出电矩大、不失步11整个系统的噪声降低，一股工作点均应偏移共振区较多」因此，在使用步诳电机肘应避开此共振区”4、步进电机工作原理(1)工作原理步进电机有三线式、五线式和六线式，但其控制方式均相同，都要以肽冲信号电流来驱动”假设每旋转一圈常要200个脉冲信号来励磁，可以计算出每个励磁信号能使步进电机前进Lk,其旋转角度与,脉冲的个数成止比°步进电动机的正、反转由励磁脉冲产生的喉序来控机六维式四日拉进电机是比较常见的，它的控制等效电路如图2128所示，它有4条励磁信号引线A,B,3,通过控制这4条引线上励磁脉冲产生的时刻,即可控制步进电机的转动口每出现一个脓源信号，步进电机只走一步.因此，只要依序不断送出脉冲信号.步进电机就能实现连续转动，白 臼(lh绕胡悦明图212,8步进电机的控制等效电路(2)驱动方式电机驱动方式可以采用双四拍(AB-BC-CD—DA-AB)方式,也可以采用单四拍(A-B-CfDfA)方式，或单、双八拍(AfABfBfBCfC-CD-D-DAfA)方式。各种工作方式的时序图如下：(高电平有效)

单片机最小系统及电源电路1、最小系统单片机的最小化系统是指单片机能正常工作所必须的外围元件，主要可以分成时钟电路和复位电路。（1）时钟电路单片机内都具有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。通常在引脚X7AU和XTAL2跨接石英晶体和两个补偿电容构成自激振荡器，系统时钟电路结构如图（2）复位电路单片机小系统采用上电自动复位和手动按键复位两种方式实现系统的复位操作。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在电源接通的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作使单片机复位。复位电路结构如图3所示。上电自动复位通过电容C3充电来实现。手动按键复位是通过按键将电阻R2与VCC接通来实现。

2、电源电路用固定式三端集成稳压电路7805设计制作连续可调直流稳压的实际电路如图所示，图中R1取220Q，R2取680Q主要用来调整输出电压。输出电压Uo=Uxx(1+R2/R1),该电路可在5〜12V稳压范围内实现输出电压连续可调。其中1接整流器输出电压，2为公共地，3为5V输出电压三、步进电机驱动电路1、驱动电路步进电机的驱动可以选用专用的电机驱动模块，在本实验中采用达林顿驱动器ULN2803,该芯片单片最多可一次驱动八线步进电机。\w\0U7IIIN2OU72OUT3OU"4\w\0U7IIIN2OU72OUT3OU"4[N5OLr：15IN6OUT6IN：QIJT7IN8QU鹏GNDCMU2ULN28C3257步进电机与单片机的连接此时电流由E此时电流由EfLfRfVT。增加二极管D续流，续流电2、单电压型驱动电源输入脉冲为0时，VT截止；输入脉冲为1是，VT导通，在接通瞬间，电容C短接电阻R，电流由EfLfCfVT,电阻在电流达到恒定后起限流作用，输入脉冲消失后，VT截止，L两端将产生一感应电压流:L-fR—fD—fL。电路图如下：3、对驱动电源的要求理想驱动电源使电机绕组电流应尽量接近矩形波，实际上，步进电机是感性负载，绕组中电流不能突变，而是按指数规律上升或下降，从而使整个通电周期内，绕组电流平均值下降，电机输出转矩下降。而当电机运行频率很高时，电流峰值显著小于额定励磁电流，从而导致电机转矩进一步下降，严重时不能启动。为了提高步进电机动态特性，必须改善电流波形，使前后沿陡度增大，方法有电阻法和电压法，本次课程设计采用单电压型驱动电源。、显示电路在本实验中，采用总线方式驱动八段显示管时，故将八段的驱动方式选择开关拨到“内驱”位置。实验仪提供了6位8段码LED显示电路，采用动态方式显示。8位段码、6位位码是由两片74LS374输出，将KEY/LEDCS接到CS0上，则段码地址为08004H，位码地址为08002H。1、正反转程序实验采用单四拍驱动方式，反转只需把START子程序中的#30H改为#34H即可，具体实现程序如下：MOV30Hn正转MOV31H,MOV32Hn#04HMOV33H,#08HMOV34H,联犯;反转MOV35HnMOV36H,MOV37Hnf/OlHSETBTRISETBTROSTART:MOVRO,#30H;的4H反转MOVR3,#4LOOP:MOV&喇MOVPl,ALCALLDELAYINCRODJNZR3,LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7,#25DL1: MOVR6n#100;25*100*2=5000us=5msDL2: DJNZR6,DL2DJNZR7,DL1RET2、测速计算程序实验以定时器T0作为计数器，定时器T1作为定时器每0.2ms中断一次，以方式2工作。T_L: DJNZR4,LOOP2DJNZR5,LOOP1MOVA,TLO;LCALLLEDMOVTEAflOOHMOVR4,侬0MOVR5,*50LOOP2:RETILOOP1:MOVR4,^200RETILED: M口V氏每加读一次数，则转速门二城棺，EPn=10mMULAB;脉冲斡乘1口得转速，存于A中3、显示程序由于使用实验箱的内驱显示方式，将KEY/LEDCS接到CS0上，则段码地址为08004H，位码地址为08002H。MOVB,#100DIVABPUSHACCMOVA,BMOVDPTR,ffSHUZIMOVCA,©A+DPTRMOVDPTR,的004HMOVX©DPTR,A:LCALLDELAY1MOVDPTR,的002HMOVA,#01MOVX©DPTR,ALCALLDELAY1POPACCMOVB,#10DIVABPUSHACCMOVA,BMOVCA,@A+DPTRMOVDPTR,肥004HMOVX©DPTR,A;LCALLDELAY1MOVDPTR,肥002HMOVA,#02MOVX©DPTR,ALCALLDELAY1POPACC4、双四拍及八拍驱动程序双四拍START:MOVP1,#09HACALLDELAYMOVP1,#03HACALLDELAYMOVP1,#06HACALLDELAYMOVP1,#0CHACALLDELAYLJMPSTARTDELAY:MOVR0,#100LOOP:MOVR1,#200DJNZR1,$DJNZR0,LOOPRETEND八拍START:MOVP1,#09HACALLDELAYMOVP1,#01HACALLDELAYMOVP1,#03HACALLDELAYMOVP1,#02HACALLDELAYMOVP1,#06HACALLDELAYMOVP1,#04HACALLDELAYMOVP1,#0CHACALLDELAYMOVP1,#08HACALLDELAYLJMPSTARTDELAY:MOVR0,#100LOOP:MOVR1,#200DJNZR1,$DJNZR0,LOOPRETEND

六、程序流程图显示程序程序由初始化程序、中断初始程序、步进电机正反转驱动程序、转速计算程序、等组成，总体流程图如下：显示程序七、调试结果及分析程序清单:ORG0000HLJMPMAINORG001BH;定时器1中断入口LJMPT_1ORG002FHMAIN:MOVSP,#6FH;给堆栈赋地址;MOVSCON,#0C0HMOVTMOD,#2EH;定时器T0作为计数器，定时器T1作为定时器每0.2ms中断一次，工作方式为方式2MOVTL1,#37H;0.2msMOVTH1,#37HMOVTL0,#00H;计数器低8位清零MOVTH0,#00H;计数器高8位清零SETBEA;允许中断;SETBET1;允许定时器/计数器1中断SETBTR1;启动定时器1SETBTR0;启动计数器0MOVP1,#00HMOVR4,#200MOVR5,#50MOV30H,#01H;正转MOV31H,#02HMOV32H,#04HMOV33H,#08HMOV34H,#08H;反转MOV35H,#04HMOV36H,#02HMOV37H,#01HSTART:MOVR0,#30H;#34H反转MOVR3,#4LOOP:MOVA,@R0MOVP1,ALCALLDELAYINCR0DJNZR3,LOOPSJMPSTARTDELAY:MOVR7,#25DL1:MOVR6,#100;25*100*2=5msDL2:DJNZR6,DL2DJNZR7,DL1RETSHUZI:DB0C0H,0F9H,0A4H