基于單片機的步進電機控制系統設計--畢業設計-資料下載頁

【導讀】印機等辦公自動化設備以及各種控制裝置等眾多領域有著極其廣泛的應用。應的按鍵實現以上功能，并且步進電機的工作狀態要用相應的發光二極管顯示出來。硬件進行了調試，同時介紹了調試過程中出現的問題以及解決問題的方法。有思路明確、可靠性高、穩定性強等特點，通過調試實現了上述功能。課題研究的目的和意義··························································2. 國內外研究概況···································································2. 論文的主要研究內容·····························································3. 第2章步進電機與單片機簡介···········································4

　　

【正文】 到 12V 和 5V的電壓。 電路板焊接好以后，首先要檢查一 下電路設計是否合理、元器件焊接 是否正確，焊接好以后需要仔細檢查。 用萬用表分別檢測從 7812 和 7805 第三個端口出來的是否是12V 和 5V，結果發現 7805 兩端電壓正常， 7812 兩端電壓非常不穩定。用萬用表仔細檢查了每根線，發現了原因，電路板存在虛焊的現象。 再次將電路板焊好，檢查好以后，用萬用表檢測兩端輸出電壓，結果正確，電源準備工作完畢 。 步進電機轉動錯誤及解決方法 步進電機一 開始不能正常轉動，以為是電路焊接有問題，為了防止再次出現虛焊，首先將電路板用萬用表檢查了一遍，沒問題。程序也是正確的。后來 仔細看了步 進電機工作原理，原來步進 電機要正常實現正反轉，四個相序必須弄清。 把電機接上電源，用高電平分別接觸電機的引線，每接觸一下電機就會向前或向后轉動一下，經過幾次試驗，終于搞清了電機的四個相序，排列順序分別是 1— A， 2— C， 3— B， 4— D。 弄清了相序，把電路板重新布線，焊接好，結果電機能夠正常轉動了。 第 30 頁 共 40 頁 結論與展望 本次畢業設計能夠實現步進電機的啟停、正反轉以及速度的調節，通過本次畢業設計加強了我對軟件編程和硬件設計的掌握，并且熟悉了 ULN20 74ls11 等芯片。 步進電機在控制系統中具有廣泛的應用。它可以把脈 沖信號 轉換成角位移 ，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發生器等 ，所以說步進電機有著廣闊的市場和遠大的發展前景。 第 31 頁 共 40 頁 參考文獻 [1]張友德 .單片微型機原理、應用與實驗 [M].上海 :復旦大學出版社， 2020. [2]李夙 .異步電動機直接轉矩控制 [M].北京 :機械工業出版社 ,1998. [3]王鴻鈺 .步進電機控制入門 [M].上海 :同濟大學出版社 ,1990. [4]袁任光 ,張偉武 .電動機控制電路選用與 258 實例 [M].北京 :機械工業出版社 ,2020. [5]王秀和 .永磁電機 [M].北京 : 中國電力出版社 ,2020. [6]房玉明 ,杭柏林 .基于單片機的步進電機開環控制系統 [J].電機與控制應用， 2020，33（ 4）： 6464. 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[13] 康晶 .采 用 反 饋 控 制 的 步 進 電 機 高 低 壓 驅 動 電 路 [J]. 電 力 電 子 技術 ,2020,37(1):6162,65. 第 32 頁 共 40 頁 致謝 首先誠摯的感謝我的論文指 導老師 何忠勝 老師，從選題的確定、 論文的 寫作、修改到最后定稿過程中，自始至終都傾注著老師的心血。特別是他 多次詢問寫作進程，并為我指點迷津，幫助我開拓思路，老師以嚴謹的治學之道、寬厚仁慈的胸懷、積極樂觀的生活態度，兢兢業業、孜孜 以求的工作作風和大膽創新的進取精神為我樹立了一輩子學習的典范，他的教誨與鞭策將激勵我在學習和生活的道路上勵精圖治，開拓創新。他 淵博的知識、開闊的視野和敏銳的 思維給了我深深的啟迪。我以最誠摯的心意感謝何忠勝老師。 在畢業設計期間，我要感謝許多讓我分享他們寶貴經驗和知識的老師，教會我正確的思 考方式。同時 ,也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、并且共同奮斗三 年的大學同學們，能夠順利完成論文，離不開他們的幫助，在此表示最深的謝意。 第 33 頁 共 40 頁 附錄 附錄 1：源程序清單 QIAN EQU 40H HOU EQU 41H JIA EQU 42H JIAN EQU 43H TING EQU 44H ORG 000H LJMP MAIN ORG 003H LJMP DUAN /// 外部中斷 0 ORG 0030H MAIN: ///初始化 MOV R0,0FH MOV 10H,01H MOV 11H,03H MOV 12H,02H MOV 13H,06H MOV 14H,04H MOV 15H,0CH MOV 16H,08H MOV 17H,09H MOV 20H,50 MOV 21H,40 MOV 22H,30 MOV 23H,20 第 34 頁 共 40 頁 MOV 24H,10 MOV 25H,5 MOV R1,20H MOV IE,10000001B CLR QIAN CLR HOU CLR JIA CLR JIAN CLR TING MOV A,@R1 MOV R2,A SETB IT0 ////邊沿觸發形式 LOOP1:JNB QIAN ,LOOP2 ACALL FRONT1 LOOP2:JNB HOU,LOOP1 ACALL BACK1 DUAN: MOV A,P0 CPL A ANL A,1FH ///去高三位，使按下去的一位為 1 CJNE A,00H,CHA AJMP DUAN CHA: ACALL DELAY10MS MOV A,P0 CPL A ANL A,1FH JZ DUAN ///為零轉移 ACALL ZHAO RETI ZHAO:MOV A,P0 //查找是哪一位，下面置 1 第 35 頁 共 40 頁 JNB ,FRONT JNB ,BACK JNB ,FAST JNB ,SLOW JNB ,STOP FRONT:SETB QIAN RET BACK: SETB HOU RET FAST: SETB JIA RET SLOW: SETB JIAN RET STOP: SETB TING RET FRONT1:CLR QIAN CLR HOU CLR JIA CLR JIAN CLR TING INC R0 ///前進子程序 R0 用于給 P2 口送不同的值 MOV P2,@R0 MOV A,@R1 MOV R2,A /// R2 用于延時不同的時間 ACALL DELAY CJNE R0,17H,XIA MOV R0,10H XIA: JB QIAN,HUI //回主程序 ////////XIA 子程序用于過度 JB HOU, HUI JB TING,HUI 第 36 頁 共 40 頁 JNB JIA,XIA1 ACALL JIA1 XIA1: JNB JIAN,XIA2 ///XIA 子程序用于過度 ACALL JIAN1 JB TING ,HUI XIA2: AJMP FRONT1 HUI : RET //返回主程序 JIA1: CJNE R1,25H,XIA3 /// 加速 RET XIA3: INC R1 RET BACK1: CLR QIAN //后退 CLR HOU CLR JIA CLR JIAN CLR TING CJNE R0,0FH ,XIA8 MOV R0,17H XIA8: DEC R0 MOV P2,@R0 MOV A,@R1 MOV R2,A ACALL DELAY CJNE R0,10H,XIA5 MOV R0,17H XIA5: JB QIAN,HUI JB TING,HUI JB HOU ,HUI JNB JIA, XIA6 第 37 頁 共 40 頁 ACALL JIA1 XIA6: JNB JIAN,XIA7 ACALL JIAN1 XIA7: AJMP BACK1 JIAN1: CJNE R1,20H,XIA4 //減速 RET XIA4: DEC R1 RET DELAY10MS: MOV R3,20 D1: MOV R4,250 DJNZ R4,$ DJNZ R3,D1 RET DELAY: MOV R5,50 //根據 r2 的狀態調整 步進電機的每一步的時間 D2: MOV R6,150 D3: DJNZ R6,$ DJNZ R5,D2 DJNZ R2,DELAY RET END 第 38 頁 共 40 頁 附錄 2： 解釋 步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。 步進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設備 —— 步進電機驅動器 .步進電機驅動系統的性能，除與電機本身的性能有關外，也在很大 程度上取決于驅動器的優劣。典型的步進電機驅動系統是由步進電機控制器、步進電機驅動器和步進電機本體三部分組成。步進電機控制器發出步進脈沖和方向信號，每發一個脈沖，步進電機驅動器驅動步進電機轉子旋轉一個步距角，即步進一步。步進電機轉速的高低、升速或降速、啟動或停止都完全取決于脈沖的有無或頻率的高低。控制器的方向信號決定步進電機的順時針或逆時針旋轉。通常，步進電機驅動器由邏輯控制電路、功率驅動電路、保護電路和電源組成。步進電機驅動器一旦接收到來自控制器的方向信號和步進脈沖，控制電路就按預先設定的電機通電方式產生步進電機各相勵磁繞組導通或截止信號。控制電路輸出的信號功率很低，不能提供步進電機所需的輸出功率，必須進行功率放大，這就是步進電機驅動器的功率驅動部分。功率驅動電路向步進電機控制繞組輸入電流，使其勵磁形成空間旋轉磁場，驅動轉子運動。保護電路在出現短路、過載、過熱等故障時迅速停止驅動器和電機的運行。 通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖 ，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。 步進電機的種類： 永磁式（ PM) .磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 度 或15 度；多用于空調風擺上。 第 39 頁 共 40 頁 反應式（ VR),國內一般叫 BF，常見的有三相反應式，步距角為 度；也有五相反應式。噪音大，無定為轉距已大量淘汰。 混合式（ HB),常見的有兩相混合式，五相混合式，三相混合式，四相 混合式，兩相跟四相可以通用驅動器，五相跟三相必須使用各自的驅動器； 兩相、四相混合式步距角多是 度，具有小體積，大力距，低噪音； 五相混合式步進電機一般為 度，電機步距角小，分辨率高，但是驅動電路復雜，接線麻煩，如 5 相十線制。 三相混合式步進電機步距角為 度，但是使用中要按 度計算，三相混合式步進電機擁有比兩相混合式，五相混合式更多的磁極，有利于電機夾角的對稱，因此可以比兩相，五相精度更高，誤差更小，運行更平穩。 步進電機的保持轉距：指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子 的力矩。它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說 的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 。 步進電機的精度：步進電機的精度為步進角的 35%，且不累積。 空載啟動頻率：即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動 頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。 步距角：就是發送一個脈沖，電機對應轉動的角度。 定位轉距：定位轉矩是指步進電機不通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。 運行頻率：步進電機能不失步運行的最高頻率。 細分驅動器： 步進電機細分驅動器的主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度。減少噪音。如對于步距角為 176。（整步）兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數為 8，那么電 機的運轉分辨率為每個脈沖176。，電機的精度能否達到或接近 176。，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其他因素，細分數越大精度越難控制。 第 40 頁 共 40 頁