步進(jìn)電機(jī)速度控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 7 3 軟件的設(shè)計與實現(xiàn) 單片機(jī)是系統(tǒng)的核心，主要承擔(dān)控制信號的接受，邏輯分析和運(yùn)算，控制量的輸出和顯示的運(yùn)算和輸出等功能。本程序采用模塊化設(shè)計， 針對上述功能主要包括 主函數(shù)、鍵盤掃描、 串口 中斷、 計時中斷和顯示程序幾個模塊。 其中，主函數(shù)主要負(fù)責(zé)對單片機(jī)、內(nèi)部元件及中斷等工作方式進(jìn)行定義和設(shè)定，并協(xié)調(diào)好各模塊之間的運(yùn)行時序，其流程圖如下： 圖 5 主函數(shù)流 程圖 控制信號輸入程序 控制信號可以通過 獨(dú)立鍵盤和串口通訊兩種方式輸入。 鍵盤的輸入主要是用掃描程序，即不停取鍵盤接口的邏輯值，與特定值進(jìn)行位運(yùn)算就可以識別鍵盤的控制信息。 串口通訊控制信號的輸入也是利用了掃描，不過單片機(jī)內(nèi)軟件所要做的，主要是定義計數(shù)器工作及串口協(xié)議，如波特率等。成功實現(xiàn)串口通訊后，對獲得的數(shù)據(jù)編輯運(yùn)算就可以形成對應(yīng)的控制 輸出。 中斷允許計時器初始化串口通訊初始化顯示器初始化顯示初始值進(jìn)入輸入掃描結(jié)束開始 8 為避免 兩種方式的 控制信號沖突，程序通過外接開關(guān)選定控制方式。整個控制信號輸入程序流程圖如下： 圖 6 輸入掃描程序流程圖 步進(jìn)電機(jī)控制程序設(shè)計 確定方案的時候已經(jīng)提到，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要是對單片機(jī)輸出脈沖頻率的控制。 頻率的快慢必然是要有時間來衡量的，顯然要使用單片機(jī)內(nèi)部的計時器進(jìn)行計時 ，電平輸出指令就在計時器中斷程序中。每當(dāng)計時結(jié)束，就執(zhí)行一次比較運(yùn)算并改寫電平 與原來相反 。 值得注意的是，由于單片機(jī)計時器的計選擇判定關(guān)閉輸入低四位有鍵按下 ？速度控制與顯示高位有鍵按下 ？方向控制與顯示有輸入 ？存儲接收的數(shù)據(jù)并返回指令分析電機(jī)控制運(yùn)算與顯示開始串口輸入 鍵盤輸入是否是否否是 9 時是對預(yù)存的起始量進(jìn)行減運(yùn)算 。這樣，要想加快電機(jī)速度提高輸出頻率就要減小速度標(biāo)量 B， 以 減少 兩者比較 次數(shù) ，更 頻繁 地 執(zhí)行中斷以 改寫電平，從而達(dá)到提高頻率的目的。 頻率控制原理圖如圖 7 所示 ： 圖 7 頻率變化 原理 由圖可以明顯地看出，速度標(biāo)志量越小，輸出波形的頻率越快。由此可以確定鍵盤控制和串口控制下，步進(jìn)電機(jī)控制算法程序的流程圖如下： 圖 8 步進(jìn)電機(jī) 控制 程序 流程 圖 計數(shù)器計時t =Ru nSpeed ?輸出電平取反控制要求Ru nSpeed + 2計時結(jié)束t ++Ru nSpeed 2有控制量輸入 ？開始減速 加速否是否是 10 程序分析及說明 本設(shè)計的程序采用了多個變量，其中 Runspeed 變量在控制輸入和控制輸出之間起樞紐作用，可以說對 Runspeed 的控制就是對電機(jī)速度的控制。計數(shù)器環(huán)節(jié)中， Cnt 變量的使用讓計時器解放出來成為獨(dú)立的走時，把對計 時中斷次數(shù)的統(tǒng)計作為計算量，而計數(shù)器本身不參與邏輯運(yùn)算。這樣大大提高了單片機(jī)內(nèi)有限個計時器的利用率，當(dāng)有新的控制需要時間量度時，只需增加變量即可。 此外，通過取反改變輸出電平的算法簡單方便，節(jié)省了單片機(jī)內(nèi)存空間的同時也節(jié)省了有限的數(shù)據(jù)口。設(shè)計程序從多方面充分提高單片機(jī)的利用率，是值得推廣的。 11 4 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 仿真時 ，先完成由鍵盤控制的一臺步進(jìn)電機(jī)的加速減速控制，確定 鍵盤掃描、電機(jī)走步等的 基本算法是否可行。 之后開辟新的接口，對另一臺電機(jī)控制，新變量的加入使兩臺電機(jī)的 異步運(yùn)行十分容易。 最后仿真串行接口的通訊與控制。 程序的調(diào)試 對于脈沖波的輸出算法，可以選擇對管腳位定義，再對變量或管腳代號分別作取反運(yùn)算。這種方法可靠簡單，但如果所要控制的電機(jī)數(shù)目較多，程序就會十分冗長。用 8 位異或的位運(yùn)算就可以解決這個問題，位異或可以只對目標(biāo)管腳作用而不影響其他管腳的輸出，可以同時對多個管腳改寫電平。 鍵盤掃描是不斷用接口數(shù)據(jù)與特定 16 進(jìn)制數(shù)進(jìn)行位運(yùn)算，位運(yùn)算的選擇也會影響到信號采集的準(zhǔn)確度和管腳的利用率。 調(diào)試顯示器的關(guān)鍵則是準(zhǔn)確地將初始化信息分批地送到顯示器里。針對本設(shè)計所使 用的 AT89C51 單片機(jī)，如果選用 P0 口作為顯示輸出則必須對 P0 口 每個管腳接上拉電阻。 而對電機(jī)速度的顯示需要以 Runspeed 為應(yīng)變量選取適當(dāng)?shù)膿Q算函數(shù)，才能顯示正確的速度值。 串口通信的調(diào)試 調(diào)試串口通訊的關(guān)鍵是對串口正確地初始化 。一旦通信成功，串口控制就解決了大半的問題，接著就是用緩存里的數(shù)據(jù)編程控制，其算法與鍵盤控制相差不遠(yuǎn)。 串口調(diào)試最需注意的是，除了在程序里對串口和通訊初始化之外，電路圖中器件相關(guān)屬性 的 設(shè)置都必須 與通訊要求 保持一致，比如串口的波特率應(yīng)設(shè)置為軟件里初始化波特率的大小 。同樣地， 模擬的上位機(jī)的 傳輸位和停止位等 指標(biāo)也應(yīng)認(rèn)真選定。 本設(shè)計只完成了單片機(jī)與控制口之間以字節(jié)為單位的簡單通訊，所以能通信的控制功能十分有限。 12 調(diào)試結(jié)果 經(jīng)過調(diào)試，系統(tǒng)能以鍵盤和串口兩種方式對兩部步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行異步控制 ，并在顯示屏上顯示各電機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。 其中串口控制 仿真 效果 如 下圖 所示： 圖 9 串口控制 仿真 效果 圖 圖 10 串口控 制 窗口 13 5 設(shè)計 總結(jié) 本 計選擇常規(guī) 的脈 沖分配器完成對電機(jī)繞組電平的時序控制， 從而使單 片機(jī) 對每部電機(jī) 對應(yīng)輸出一個觸發(fā)信號和一組脈沖波即可 。這樣節(jié)省了單片機(jī)的數(shù)據(jù)接口，一定程度提高了 利用率。 另外，正如程序分析師所述， 本設(shè)計的軟件采用 了 多個變量 使單片機(jī)計時器等部分得以共享， 當(dāng)有新的控制需要時間量度時，只需增加變量即可 ，大大提高了使用價值。 此外， 程序 通過取反改變輸出電平的算法簡單方便，節(jié)省了單片機(jī)內(nèi)存空間的同時也節(jié)省了有限的數(shù)據(jù)口。 系統(tǒng)對信號頻率控制，使得控制的精確度較輸出控制字方式較差。 此外，變量的使用也是的多個程序模塊同時依賴一個計數(shù)器，降低了系統(tǒng)可靠性。 14 參考文獻(xiàn) [1]于海生 .微型計算機(jī)控制 技術(shù) .北京 :清華大學(xué) 出版社 , [2]常喜茂 ,孔英會等 .C51 基礎(chǔ)與應(yīng)用實例 .北京 :電子工業(yè)出版社 ,2020 [3]馬德駿 ,張建宏等 .C 語言程序設(shè)計 .北京 :科學(xué)出版社 ,2020 [4]劉寶廷 ,程樹康等 .步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動控制系統(tǒng) .哈爾濱 :哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 ,1997 [5]馬忠梅 ,籍順心等 .單片機(jī)的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計 .北京 :北京航空航天大學(xué)出版社 ,2020 15 附錄 include include include int delay()。 void inti_lcd()。 void show_lcd(int i)。 void cmd_wr()。 void ShowSpeed()。 void ShowDir()。 void key_scan()。 void cod_scan()。 void delayms(int ms)。 void send_char(unsigned char out)。 sbit RS=P2^4。 //