畢業設計論文單片機實現的步進電機遠程控制系統-資料下載頁

　　

【正文】 H L H 反轉 H 同 IN2(IN4) 同 INl(IN3) 快速停 止 L X X 停止 25 L298 可驅動 2個電機， OUTl、 OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2 個電動機。 12 腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉， ENA， ENB 接控制使能端，控制電機的停轉。 1298 的邏輯功能如表所列。 由于 L298N 用于驅動步進電機的，常常要搭配 L297 來一起使用，電路連接就顯得比較復雜。 驅動芯片 ULN2021 ULN202 ULN2800 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 電路是美國 Texas Instruments 公司和 Sprague 公司開發的高壓大電流達林頓晶體管陣列電路 ,文中介紹了它的電路構成、特征參數及典型應用。 功率電子電路大多要求具有大電流輸出能力 ,以便于驅動各種類型的負載。功率驅動電路是功率電子設備輸出電路的一個重要組成部分。在大型儀器儀表系統中 ,經常要用到伺服電機、步進電機、各種電磁閥、泵等驅動電壓高且功率較大的器件。 ULN202ULN2800 高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品就屬于這類可控大功率器件 ,由于這 26 類器件功能強、應用 范圍語廣。因此 ,許多公司都生產高壓大電流達林頓晶體管陣列產品 , 從而 形成 了各 種系 列產 品 ,ULN2021 、 ULN2800 系 列 就是 美國 Texas Instruments 公司、美國 Sprague 公司開發的高壓大電流達林頓晶體管陣列產品。它們的系列型號分類如表 1 所列 ,生產 202 2800 高壓大電流達林頓晶體管陣列系列產品的公司與型號對照表如表 2 所列。在上述系列產品中 ,ULN2021 系列能夠同時驅動 7組高壓大電流負載 ,ULN2800 系列則能夠同時驅動 8 組高壓大電流負載。美國 Texas Instruments 公司、美國 Sprague 公司生產的 ULN2021A 由 7 組達林頓晶體管陣列和相應的電阻網絡以及鉗位二極管網絡構成 ,具有同時驅動 7 組負載的能力 ,為單片雙極型大功率高速集成電路。 ULN2021 芯片的內部結構比較簡單，而外部電路搭起來也是比較簡單的， 驅動和調試步進電機也易于實現，成本低，在市場上也容易購買到。因此，本次設計步進電機的驅動芯片采用的是 ULN2021。 步進電機型號的選用 上圖是工作電壓為 +12V 的步進電機 ，為 5線 4相的步進電機。 雙極性四相，步進角 度，工作電壓 12V（實驗時也可以用 5V 供電），靜力矩＞ 240g/cm，動力矩＞ 80g/cm。電機外形： φ3515mm 選用此款步進電機在測試時，出現了如下問題： ● 步進電機出現了步與步之間有延時的情況，走完一步就卡一下，運行起來不連貫。 ● 步進電機運行時出現滑步現象，走停的位置不準確。 27 ● 步進電機通上 +12V電源兩三分鐘后，穩壓芯片 7805 和步進電機都會很燙，在種情況下，是不利于運用在實際工作現場的。 上圖是工作電壓為 +5V的步進電機，型號為 28BYJ48。 步進電機 28BYJ48 型四相八拍電機，電壓為 DC5V— DC12V。當對步進電 機施加一系列連續不斷的控制脈沖時，它可以連續不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態的改變完成一個循環時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（ ABCDA...），雙（雙相繞組通電）四拍（ ABBCCDDAAB...），八拍（ AABBBCCCDDDAA...） 此步進電機的優點就是：步進角準確，不會出現滑步、延時和卡步的現象。因此 ，選擇此款步進電機最為合適。 28 總體方案圖 此上圖為步進電機的總體方案設計圖 模塊化分析 此模塊 為按鍵控制模塊；可設四個狀態： S1 鍵 — 可編程設計成讓步進電機正轉； S2—可編程設計成讓步進電機反轉； S3— 可編程設計成讓步進電機加速； S4— 可編程成讓步 29 進電機減速； 四個上拉電阻的作用是： 起到上拉的作用。 此模塊是按鍵置位模塊；作用為在系統運行過程中，若想回到原始狀態，可通過按鍵來置位。 此模塊為晶振模塊；作用：單片機系統要接晶振模塊，才能夠正常工作；如果沒有此模塊，單片機 就工作不了；同時晶振可分為 6M、 12M 和 24M，為三種常用晶振頻率，晶振頻率的選擇也同樣重要， 晶振頻率選擇小了，晶振提供不了符合單片機能夠正常工作的晶振頻率，那么單片機就無法正常的工作。 30 此模塊為單片機模塊；是系統設計的核心模塊。 此模塊為步進電機模塊，為功能模塊。 ULN2021 芯片為步進電機的驅動芯片；二極管的作用是： 防止步進電機運行過程中回流的電流過大，燒毀了單片機芯片。 31 此模塊為程序燒入單片機系統的電路模塊；可將編程好的程序，用計算機通過此接口燒錄如單片芯片中，以實現最初的設計功能。 此模塊為電源指示燈模塊；作用為：當電源模塊給單片機芯片提供工作電源時，指示燈會亮，此時顯示供電正常。 此模塊為電源接口模塊，是接電源供電模塊的接口。 整體系統模塊 PCB 圖如下： 32 電源模塊 此電源模塊 雙電源模塊；可提供 +5V 和 +12V 的直流電源，而功能模塊可以接 工作電壓為 +5V 和 +12V 的兩種工作電壓類型的步進電機。 33 此模塊為電源整流模塊。 此模塊為低頻率波模塊。 34 此模塊為 +12V 高頻率波模塊。 此模塊為 +5V 高頻率波模塊。 35 此模塊為電源指示燈模塊，燈亮說明電 源模塊有電流流過。 此模塊為電源模塊的整體 PCB 圖。 36 上圖為系統模塊和電源模塊組合的整體實物圖。 編程軟件簡介 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發系統，與匯編相比， C 語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用 C 來開發，體會更加深刻。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體 會到 Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。 37 程序與流程圖： 開始 按鍵按下？ K1？ K2？ K3？ K4？ 正 轉 反 轉 加 速 減 速 N Y Y Y Y Y N N N N K3K4? Y N 加速 減速 K1K2？ 正 轉 反 轉 Y N 結 束 38 6 結論 通過硬件以及軟件結合，可以使步進電機實現人為控制的正轉、反轉的轉向狀態，同時可以對步進電機實現加速和減速的狀態控制。隨著科技的進步和技術的不斷更新，使用跟為先進的芯片和最小控制系統，可以更為準確地實現控制和調配，更為精確地實現最小角度的控制。 39 文獻 [1] 陳尚松 ,雷加 ,郭慶 .電子測量與儀器 [M].2版 .北京 :電子工業出版社 , [2] [陽憲慧 .現場總線技術及應用 [M].2版 .北京 :清華大學出版社， [3] 趙茂泰 .智能儀器原理及應用 [M].3版 .北京：電子工業出版社， [4] 張國雄 .測控電路 [M].3版 .北京：機械工業出版設， （ 重?。? [5] 潘新民，王燕芳 .微機控制技術使用教程 [M].北京：電子工業出版社， [6] 喻 宗泉，喻晗，李建民 .單片機原理與應用技術 [M].西安：西安電子科技大學出版社， （ 重印） 40 附 錄 include include define uchar unsigned char define uint unsigned int uchar code CW [8]= {0x1f,0x3f,0x2f,0x6f,0x4f,0xCf,0x8f,0x9f}。// 正時鐘旋轉相序 表 uchar code CCW [8]={0x9f,0x8f,0xCf,0x4f,0x6f,0x2f,0x3f,0x1f}。//逆時鐘相旋轉序表 sbit K1=P1^0。//正轉按鍵 sbit K2=P1^1。// 反轉按鍵 sbit K3=P1^2。// 加速按鍵 sbit K4=P1^3。// 減速按鍵 uchar t,flag_ZX。 void delay(void) { unsigned char a,b。 for(b=0。b0。b) for(a=43。a0。a)。 } void delay10ms(void) { unsigned char a,b。 for(b=249。b0。b) for(a=17。a0。a)。 } void motor_CW(void)//正轉 { uchar i,j。 41 for (i=0。 i8。 i++) { P0 = CW[i]。 for(j=0。jt。j++)delay()。 } } void motor_CCW(void) //反轉 { uchar i,j。 for (i=0。 i8。 i++) { P0 = CCW[i]。 for(j=0。jt。j++)delay()。 } } void motor_AS(void) //加速 { if(K3==0) { delay10ms()。 if(K3==0) t。 } while(!K3) 。 if(t==0) t=1。 } void motor_DS(void) //減速 { if(K4==0) 42 { delay10ms()。 if(K4==0) t++。 } while(!K4) 。 if(t==171) t=170。 } /*******************主函數 ********************/ main() { P0=0x9f。 t=60。 flag_ZX=0。 while(1) { if(K1==0) { delay10ms()。 if(K1==0) flag_ZX=0。 } if(K2==0) { delay10ms()。 if(K2==0) flag_ZX=1。 } if(K3==0) { delay10ms()。 if(K3==0) motor_AS()。 } 43 if(K4==0) { delay10ms()。 if(K4==0) motor_DS()。 } switch(flag_ZX) { case 0: motor_CW()。break。 case 1: motor_CCW()。break。 default:break。 } } }