精品論文]基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的四相步進(jìn)電機(jī)控制器設(shè)計(jì)(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 見，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖頻率成正比，或者說其轉(zhuǎn)速和脈沖頻率同步。改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍很寬。 此設(shè)計(jì)使用的電機(jī)步距角 θ b=，所以 ZRN=360o/θ b=360o/=48。 故 n=60f/48。由于可調(diào)頻率為 16~500Hz,所以轉(zhuǎn)速為 20~625r/min。 系統(tǒng)組成 經(jīng)過方案比較與論證，最終確定的系統(tǒng)組成框圖如圖 所示。其中單片機(jī)作為主控設(shè)備控制系統(tǒng)的輸入和輸出。紅外發(fā)射和接收模塊實(shí)現(xiàn)對四相步進(jìn)電機(jī)的較遠(yuǎn)距離的遙控控制。功率放大驅(qū)動(dòng)電路放大單片機(jī)分配的控制脈沖，顯示模塊則能顯示電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)。 圖 .8 系統(tǒng)組成方框圖 按鍵輸入 功率放大驅(qū) 動(dòng)電路 四相步進(jìn) 電 機(jī) 控制開關(guān) 單 片 機(jī) 單片機(jī)電源 狀態(tài)顯示 紅外接收 單 片 機(jī) 紅外 發(fā)射 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 功率放大驅(qū)動(dòng)電路方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路圖如圖 所示。該單元電路 采用 兩 級(jí) 9014 三極管達(dá)林頓接法，能很好的滿足放大要求。泄放回路采用二極管 電 阻方案，發(fā)光二極管通過一級(jí)三極管放大用來顯示通電的相。根據(jù)本次采用的步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，使用 9014 三極管兩極放大能滿足驅(qū)動(dòng)要求。參數(shù)計(jì)算如下： ( ) / ( 5 * 2 ) / 33 0 * * 25 0 *2 50 * 68 1 2* 25 0 * 68 69 1 2I U U R m Ab i beI I m AcbI I m AcbI I I m Acc???? ? ? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ? ? 理論計(jì)算的最大輸出電流為 ,實(shí)際值并沒這么大，且電機(jī)每一相的運(yùn)行是斷續(xù)的，不會(huì)給三級(jí)管帶來太大的負(fù)擔(dān)， 所以此 方案基本 滿足步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)要求。 R23 30 KR43 30 KR33 30 KR 1 01 00R81 00R91 00R 2 2 4 7KR 2 34 7KR 2 44 7KP39 01 4P59 01 4P79 01 4P49 01 4P69 01 4P89 01 4P29 01 4B1C2E3P19 01 4R 2 14 7KR71 00ABCDV S SV T 19 01 3V T 29 01 3V T 39 01 3V T 49 01 3R 3 11 00R 3 21 00R 3 31 00R 3 41 00D1D3D4D2I N 1I N 2I N 3I N 4L1L E DL2L E DL3L E DL4L E DR1 3 30 K 圖 驅(qū)動(dòng)電路電路圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 顯示電路方案設(shè)計(jì) 采用動(dòng)態(tài)顯示的方法實(shí)現(xiàn)狀態(tài) 的顯示： 44— P（雙四正轉(zhuǎn)）， 44— N（雙四反轉(zhuǎn)）， 48— （單雙八拍正轉(zhuǎn)）， 48— N（單雙八拍反轉(zhuǎn)），以及頻率的顯示。本設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)顯示電路如圖 所示。 S8KEY8S7KEY7D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U37 4H C 3 7 3R 2 0 1 0KR 2 1 1 0KR 2 2 1 0KR 2 3 1 0KV C CD0D1D2D3D4D5D6D7E1D2H3G5463829112C4B7A11F10L E D 7 1L E D 7 SS5KEY5S6KEY6S4KEY4S3KEY3S2KEY2S1KEY1E1D2H3G5463829112C4B7A11F10L E D 7 0L E D 7 SQ39 01 2Q29 01 2Q19 01 2Q09 01 2R 1 0 4 70R 1 1 4 70R 1 2 4 70R 1 3 4 70R 1 4 4 70R 1 5 4 70R 1 6 4 70R 1 7 4 70Q79 01 2Q69 01 2Q59 01 2Q49 01 2R 2 4 1 0KR 2 5 1 0KR 2 6 1 0KR 2 7 1 0KV C C V C C V C C V C C V C C V C C V C C V C CK B I T 1K B I T 2K B I T 3K B I T 4K B I T 5K B I T 6K B I T 7K B I T 8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 圖 顯示電路電路圖 該單元電路主要采用總線來擴(kuò)展 I/O 單元，其中有 8 個(gè)共陰 LED 數(shù)碼管和一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器 U3。 KBIT1— KBIT7 是數(shù)碼管的位選控制信號(hào)， KEYBEC 是鍵盤輸入檢測信號(hào)。 數(shù)碼管在系統(tǒng)中是分時(shí)掃描控制的，當(dāng)控制數(shù)碼管顯示時(shí)， KBIT1— KBIT7 控制八個(gè)數(shù)碼管的位碼， KBIT1— KBIT7 為低電平，三極管 Q0Q7 導(dǎo)通，數(shù)碼管點(diǎn)亮，顯示段碼的數(shù)據(jù)。當(dāng)鍵盤控制時(shí)， KEYBEC是連在單片機(jī)的 T1口上的（該口內(nèi)部有上拉電阻），給 D0D7 輸入高電平，控制單片機(jī)掃描 KEYBEC 口，如果鍵盤有鍵按下，與鍵盤相連的二極管導(dǎo)通，將電平鉗制在 ，所以只要掃描到 KEYBEC 變?yōu)楦唠娖剑涂梢耘袛嘤墟I按下了。 單片機(jī)電源電路設(shè)計(jì) 該電路主要由 1 個(gè) 7805 芯片 U2， 1 個(gè)整流橋 D 以及一些電阻和電容組成。輸出固定的正 5V電壓 ,輸入端接電容 C12可以進(jìn)一步濾除低次紋波 ,C3 濾出高次諧波。 C11 能改變負(fù)載的瞬態(tài)影響。輸出 端接電容 C4 和 C11 再次濾波，使輸出電壓更穩(wěn)定。電路如圖 。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 11 A pr 2 00 5 S he e t o f F i l e : F : \下載文件 \學(xué)習(xí)期的設(shè)計(jì)與制作 \ M c u .d db D r a w n B y :+ C 1247 0 u+C 1147 0 uR23KV i n1GND3+ 5V2U2L M 78 05C3C412J1C O N 2P1P O W E R ( + 9V )V C CV C CDB R I D G ED9LEDSS W S P S T 圖 單片機(jī)電源電路圖 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 紅外發(fā)射電路設(shè)計(jì) 此電路用單片機(jī)和矩陣式按鍵實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換及加減速的脈沖發(fā)射，單片機(jī)采用 AT89S52，其采用最小化應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)。發(fā)光二極管顯示紅外發(fā)射管是否發(fā)射出紅外信號(hào)。采用了兩個(gè)紅外發(fā)射管同時(shí)發(fā)射紅外信號(hào)，實(shí)現(xiàn)大范圍，寬角度發(fā)射，保證接收的可靠性。采用矩陣式按鍵便于擴(kuò)展功能。電路圖如圖 所示。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U2A T 89 S 5 1S6K E Y 6S8K E Y 8S7K E Y 7S4K E Y 4S5K E Y 5S1 2MC13 0p FC23 0p FK B 1K B 2K B 3K B 4K B 5X T A L 1X T A L 2K B 6K B 7K B 8K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5123456789J1C O N 9K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5K B 6K B 7K B 8V C CX T A L 1X T A L 2V C CS3K E Y 3S2K E Y 2S1K E Y 1K B 6K B 7K B 8123456J2S 51 _ I S PM O S IM I S OR E S E TS C KV C CGNDM O S IM I S OS C KR E S E TR18 .2 KR24 .7 KR322V T 19 01 3C41 0u FV C CR E S E TT T 1T T 1S9K E Y 9S 10K E Y 10S 11K E Y 11S 12K E Y 12S 13K E Y 13S 14K E Y 14S 15K E Y 15S 16K E Y 16R 1 14 .7 KR 1 24 .7 KR 1 34 .7 KR 1 44 .7 KV C CR44 .7 KR522V T 29 01 3V C CT T 2T T 2C3 0 .0 1 u+C 1 1 1 00 u12J3C O N 2V C CGNDT1L E DT2L E D 圖 紅外發(fā)射電路圖 編程語言 本設(shè)計(jì)中采用匯編語言對單片機(jī)進(jìn)行編程。采用的是自下而上的設(shè)計(jì)方式，先設(shè)計(jì)出每一個(gè)模塊（子程序），然后再慢慢擴(kuò)大，最后組成整個(gè)系統(tǒng)。采用匯編語言編程對編程者有著特殊的要求，它不如用 C 語言編程輕松，它要求編程者對單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍電路非常了解，尤其是對指令系統(tǒng)必須非常熟悉，而且用匯編語言開發(fā)軟件是比較辛苦的，程序量也比較大，方方面面都需要考慮，一切問題都需要編程者安排。但是使用匯編語言進(jìn)行編程所占的資源較少，產(chǎn)生代碼質(zhì)量高，且執(zhí)行完成情況佳。 軟件實(shí)現(xiàn)方法 軟件的設(shè)計(jì)主要是通過按鍵查表控制 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并用按鍵來切換電機(jī)的正反轉(zhuǎn)與運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，用兩個(gè)數(shù)碼管分別顯示頻率與電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。本設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，運(yùn)行狀態(tài)雙四拍正轉(zhuǎn)，雙四拍反轉(zhuǎn)，單雙八拍正轉(zhuǎn)，單雙八拍反轉(zhuǎn)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其設(shè)計(jì)原理框圖如圖 31 所示。 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 課件之家精心整理資料 歡迎你的欣賞 圖 程序設(shè)計(jì)原理框圖 由于所用的晶振為 12MHz， 以此作為步進(jìn)電機(jī)的脈沖信號(hào)的話電機(jī)會(huì)出現(xiàn)失步甚至不能啟動(dòng)，且作為運(yùn)行的頻率也太高。因此首先對該晶振進(jìn)行分頻，得到頻率比較小的脈沖作為電機(jī)的步進(jìn)脈沖信號(hào)。經(jīng)驗(yàn)證， 方波的頻率為 1Hz～ 500Hz 時(shí)能很好的驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。通過分頻的信號(hào)疊加產(chǎn)生不同頻率的脈沖，這些頻率（ 16HZ500HZ）被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的定時(shí)器基值，然后以表的形式存儲(chǔ)在單片機(jī)程序存貯器中。通過按鍵查表更新定時(shí)器基值，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。 雙四拍正轉(zhuǎn) 雙四拍正轉(zhuǎn)運(yùn)行方式是 AB→ BC→ CD→ DA→ AB。對應(yīng)的功能如表 所示。 雙四拍反轉(zhuǎn) 雙四拍