步進電機角度控制設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角 。 這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點 。 使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單 。 步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由 8086 通過 8255A 產生。 此次設計采用四相式步進電機。 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 9 圖 35 步進電機勵磁線圈 （ 1） 步進電機工作原理說明 步進電機由轉子和定子組成。轉子由一個永久磁鐵構成，定子分別由四組繞組組成。步進電機組成和電氣連接分別如圖 36 和 37 所示。 圖 36 轉子和定子示意圖 圖 37 電氣連接示意圖 當 S1 連通電源后，定子磁場將產生一個靠近轉子為 N 極，遠離轉子為 S 極才磁場，這樣的定子磁場和轉子的固有磁場發生作用，轉子就會轉動，正確地S S4 的送電次序，就能控制轉子旋轉的方向。 例如：若送電的順序為 S1 閉合 斷開 S2 閉合 斷開 S3 閉合斷開 S4 閉合 斷開，周而復始的循環，在定子和轉子共同作用下，電機就瞬時針旋轉： 若送電的順序為 S4 閉合 斷開 S3 閉合 斷開 S2 閉合 斷開 S1 閉合 斷開，周而復始的循環，則電機就逆時針旋轉，原理同理。 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 10 電機驅動 ULN2021A 簡介 ULN2021 是高耐壓、大電流達林頓陳列，由七個硅 NPN 達林頓管組成。ULN2021 是高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品 ,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點 ,適應于各類要求高速大功率驅動的系統。ULN2021A 管腳如圖 38 所示。 圖 38 ULN2021A 管腳圖 ULN2021 的每一對達林頓都串聯一個 的基極電阻 ,在 5V 的工作電壓下它能與 TTL 和 CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標準邏輯緩沖器來處理的數據。 ULN2021 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達 500mA，并且能夠在關態時承受 50V 的電壓，輸出還可以在高負載電流并行運行。 ULN2021 內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅動繼電器。它是雙列 16 腳封裝 ,NPN 晶體管矩陣 ,最大驅動電壓 =50V,電流 =500mA,輸入電壓 =5V,適用于 TTL COMS,由達林頓管組成驅動電路。 ULN 是集成達林頓管 IC,內部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管 ,它的輸出端允許 通過電流為 200mA，飽和壓降 VCE 約 1V 左右，耐壓 BVCEO 約為 36V。用戶輸出口的外接負載可根據以上參數估算。采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅動繼電器或固體繼電 器，也可直接驅動低壓燈泡。通常單片機驅動ULN2021 時，上拉 2K 的電阻較為合適，同時， COM 引腳應該懸空或接電源。ULN2021 是一個非門電路，包含 7 個單元，單獨每個單元驅動電流最大可達350mA， 9 腳可以懸空。 由于 ULN2021 有這些特點，所以經常作為顯示驅動、繼電器驅動、照明燈武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 11 驅動、電磁閥驅動、伺服電機、步進電機驅動等電路中。 ULN2021A 內部結構如圖 39 所示。 圖 39 ULN2021A 內部結構圖 圖 310 電機模塊原理圖 顯示模塊 數碼管是數碼顯示器的俗稱。常用的數碼顯示器有半導體數碼管，熒光數碼管，輝光數碼管和液晶顯示器等。譯碼和數碼顯示電路是將數字鐘和計時狀態直觀清晰的反映出來，被人們的視覺器官所接受。顯示器件采用七段數碼管。在譯碼顯示電路輸出的驅動下，顯示出直觀、清晰的數字符號。本設計所采用的是半導體數碼管，是用發光二極管（簡稱 LED）組成的字形來顯示數字，七個條形發光二極管排列成七段組合字形，便構成了半導體數 碼管。半導體數碼管有共陽極和共陰極兩種類型，共陽極數碼管的七個發光二極管的陽極連在一起，而七個陰極則是獨立的。共陰極數碼管與共陽極數碼管相反，七個發光二極管的陰極連在一起，而陽極是獨立的。 當共陽極數碼管的某一陰極接低電平時，相應的二極管發光，可根據字形使武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 12 某幾段二極管發光，所以共陽極數碼管需要輸出低電平有效的譯碼器去驅動。共陰極數碼管則需要輸出高電平有效的譯碼器去驅動。七段顯示數碼管的外部引線排列如圖 311，共陽極數碼管結構示意圖如圖 312 所示。 圖 311 數碼管外引線排列 圖 312 共陽極數碼管結構示意圖 在多位 LED 顯示時，為了節省 I/O 口線，簡化電路，降低成本，一般采用動態顯示方式。動態顯示方式是一位一位地分 時輪流各位顯示器，對每一位顯示器來說，每隔一段時間輪流點亮一次，形成動態顯示。 圖 顯示模塊原理圖 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 13 4 系統軟件部分 整體流程圖及主程序 系統的整體軟件流程圖如圖 41 所示 開 始按 下 某 一 數 字 鍵數 碼 管 顯 示 轉 動 次數 和 轉 動 角 度按 下 開 始 鍵電 機 按 數 碼 管 顯 示的 數 字 開 始 運 行停 止 鍵 是 否 被 按 下電 機 完 成 指 定 運 行次 數 后 停 止否清 零 鍵 是 否 被 按 下電 機 停 止 運 行是數 碼 管 清 零是否 圖 41 系統流程圖 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 14 主程序如下： void main() //主函數 { TMOD=0x01。 //T0 工作方式 1 TH0=0xd8。 //設初值， 秒觸發一次 TL0=0xf0。 TR0=0。 //關閉 T0 定時器 ET0=1。 //允許 T0 定時器中斷 EA=1。 //開啟總中斷允許 P2=0x03。 while(1) { scan()。 show()。 if(num1==0) //若電機運行次數已達到設定值，則關時器 { //并將狀態位置 0 TR0=0。 status=0。 } } } 按鍵 流程圖及程序 按鍵流程圖如圖 42 所示 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 15 開 始某 一 數 字 鍵 被 按下 ， 則 寄 存 器 被 賦予 相 應 值開 始 鍵 被 按 下 ， 寄 存 器將 值 傳 給 電 機 模 塊 ， 電機 開 始 轉 動停 止 鍵 被 按 下 ， 則寄 存 器 被 清 零 ， 電機 停 止 轉 動結 束 圖 42 按鍵模塊流程圖 按鍵模塊程序如下： void scan() //按鍵掃描 { if(START==0amp。amp。status==0) //開始鍵：只有當電機不運行時才有效，且將狀態位置 1； { //并開啟定時 器（電機重新開始轉動）。 delay(10)。 if(START==0amp。amp。status==0) { status=1。 TR0=1。 //開定時器 0 武漢理工大學《計算機控制技術》課程設計說明書 16 num1=num。 } } if(SET==0amp。amp。status==1) //停止鍵：只有當電機運行是有效，將狀態位置 0； { //并關閉定時器（電機停止轉動）。 delay(10)。 if(SET==0amp。amp。status==1) { sta