《步進(jìn)電機(jī)論》word版

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1、CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY設(shè)計(jì)題目：步進(jìn)電機(jī)控制器學(xué)生姓名：李毅航劉權(quán)兵徐重瑤張國為學(xué)院名稱：電氣與信息工程學(xué)院專業(yè)名稱：電子信息工程班級(jí)名稱：電子0841學(xué)號(hào)：22243437完成時(shí)間：2011年7月6日2011年7月6日小組成員：電子0841班22號(hào)李毅航（程序源代碼）電子0841班24號(hào)劉權(quán)兵（Proteus電路設(shè)計(jì)）電子0841班34號(hào)徐重瑤（論文）電子0841班37號(hào)張國為（Protel原理圖和PCB圖）步進(jìn)電機(jī)控制器李毅航、劉權(quán)兵、徐重瑤、張國為（電子0841班22號(hào)、2

2、4號(hào)、34號(hào)、37號(hào)）摘要：步進(jìn)電機(jī)是一種以脈沖控制的轉(zhuǎn)動(dòng)器件，由于是以脈沖驅(qū)動(dòng)，很適合心數(shù)字或微型計(jì)算機(jī)來控制，所以我們又把它當(dāng)成是一種數(shù)字器件。本設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用51單片機(jī)控制4相步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，由單片產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速向某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并用LCD液晶顯示器顯示其實(shí)時(shí)工作狀態(tài)關(guān)鍵詞：單片機(jī)；步進(jìn)電機(jī)；脈沖；LCD液晶顯示器引言步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信

3、號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。在工業(yè)控制系統(tǒng)中，最常見的是對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。步進(jìn)電機(jī)的數(shù)字控制是步進(jìn)電機(jī)控制的發(fā)展趨勢，用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制是實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)數(shù)字控制的最常用手段。1.步進(jìn)電機(jī)工作原理步進(jìn)電機(jī)按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可以劃分為磁阻式(也稱反應(yīng)式或變磁阻式)電機(jī)、混合式電機(jī)、永磁式電機(jī)和特種電機(jī)等4種主要型式，下面主要以四相磁阻式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的工作原理。圖1是一個(gè)四相磁阻

4、式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，該電機(jī)定子上有8個(gè)凸齒，相距180度的兩個(gè)凸齒構(gòu)成一相，每一相上的線圈反相連接，這樣8個(gè)齒就構(gòu)成四相，AA1,BB1,CC1,DD1，因此稱為四相步進(jìn)電機(jī)。圖1四相磁阻式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度?！　嗡呐摹㈦p四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.a、b、c所示：

5、abc圖2步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)序波形圖2.步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)基于51單片機(jī)控制的4相步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，由單片機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器收到驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)后，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)按照設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，將電脈沖轉(zhuǎn)化成角位移。電機(jī)的轉(zhuǎn)速由脈沖信號(hào)頻率來控制決定，可以通過控制脈沖的個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到調(diào)速的目的。系統(tǒng)框圖如圖3所示:時(shí)鐘脈沖單片機(jī)AT98C51電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)128*64LCD驅(qū)動(dòng)與顯示鍵盤圖3系統(tǒng)框圖　　驅(qū)動(dòng)電路的主要作用是實(shí)現(xiàn)功率放大。一般脈沖分配器輸出的驅(qū)動(dòng)能力是有限

6、的，它不可能直接驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，而要經(jīng)過一級(jí)功率放大。3.硬件電路設(shè)計(jì)在單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中，輸入由單片機(jī)接口電路構(gòu)成的5個(gè)按鍵完成，單片機(jī)根據(jù)輸人的鍵值控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、停止和加減速的操作信號(hào)，并在LCD顯示器中顯示出其工作狀態(tài)，再由驅(qū)動(dòng)電路輸出脈沖控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。如圖4所示:圖4硬件電路圖像直流電機(jī)一樣，步進(jìn)電機(jī)也需要驅(qū)動(dòng)電路才能被單片機(jī)的I/O口控制，這是因?yàn)閷?duì)于電機(jī)這類功率器件，普通單片機(jī)的I/O口驅(qū)動(dòng)能力不夠。為了讓步進(jìn)電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)起來，還要有一套驅(qū)動(dòng)電路才能讓它有足夠的能量。下面圖5是一個(gè)12

7、V的4相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路圖:圖5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路在這個(gè)設(shè)計(jì)中，我用到了一個(gè)128*64的LCD液晶顯示器來顯示步進(jìn)電機(jī)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。下面圖6為LCD器件圖，表1為LCD引腳功能:表1LCD顯示器功能表引腳號(hào)引腳名稱功能說明1H:選擇芯片IC1（右半屏）信號(hào)2H:選擇芯片IC2（左半屏）信號(hào)3GND模塊的電源地4VCC模塊的電源正端5V0LCD驅(qū)動(dòng)電壓輸入端6RSH/L并行的指令/數(shù)據(jù)選擇信號(hào)7R/WH/L并行的讀寫選擇信號(hào)8EH/L并行的使能信號(hào)9DB0數(shù)據(jù)010DB1數(shù)據(jù)111DB2數(shù)據(jù)212DB3數(shù)據(jù)313

8、DB4數(shù)據(jù)414DB5數(shù)據(jù)515DB6數(shù)據(jù)616DB7數(shù)據(jù)717H/L復(fù)位低電平有效18-Vout電源圖6LCD器件圖設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)的Protel的原理圖和PCD電路圖如下圖7、圖8圖7Protel原理圖圖8PCB電路圖4軟件設(shè)計(jì)4.1流程圖軟件程序構(gòu)成包括主程序和子程序兩部分。主程序控制各個(gè)硬件電路的執(zhí)行過程順序而子程序主要是一些功能性程序，如