步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)報(bào)告

2010/2011學(xué)年第學(xué)期

專用周

課程名稱 ：班 級 ： ： ： 教學(xué)周數(shù) ：

地 點(diǎn) ： 指導(dǎo)教師 ：介紹了一種基于AT8952單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì),系統(tǒng)分為、LCD顯示步進(jìn)電機(jī)個模塊,對工作原理、硬件電路和軟件進(jìn)行了詳細(xì)介紹。電子技術(shù)單片機(jī)軟硬件技術(shù)

圖1 系統(tǒng)框圖

微控制模塊選擇

方案一：采用89S52作為步進(jìn)電機(jī)控制器。經(jīng)典52單片機(jī)具有價格低廉、使用簡單等優(yōu)點(diǎn)。一個微型計(jì)算機(jī)，其控制模塊功能較全。

方案二：采用STM32F103XX作為步進(jìn)電機(jī)控制器。STM32通過寄存器模式，尋址方式靈活，RAM和FLASH容量大，運(yùn)算速度快、低功耗、低電壓等，且通過TIM2的輸出比較模式來控制步進(jìn)電機(jī)以連續(xù)周期的50%和一個可變頻率。DMA控制器可用來改變時鐘周期，Systick定時器靈活地產(chǎn)生中斷。但這次設(shè)計(jì)可編程控制器控制電機(jī)較簡單沒必要采用STM32，51就可以。

基于以上分析，選擇方案一。

步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(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、啟停的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)一個脈沖信號， 電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。因此，步進(jìn)電機(jī)具有快速啟停能力，如果負(fù)荷不超過步進(jìn)電機(jī)所能提供的動態(tài)轉(zhuǎn)矩值，就能立即使步進(jìn)電機(jī)啟動或反轉(zhuǎn)，而且步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)換精度高，驅(qū)動電路簡單，非常適合定位控制系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊的選擇

方案一：采用繼電器對電動機(jī)的開和關(guān)進(jìn)行控制，通過開關(guān)的切換對電機(jī)的速度進(jìn)行調(diào)整。這個方案的優(yōu)點(diǎn)是電路較為簡單，實(shí)現(xiàn)容易；缺點(diǎn)是繼電器的響應(yīng)速度慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命較短。

方案二： 采用DSP芯片，配以電機(jī)控制所需要的外圍功能電路，通過數(shù)控電壓源調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)控制物體的運(yùn)動軌跡。該方案優(yōu)點(diǎn)是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷、可靠性提高。但系統(tǒng)軟硬件復(fù)雜、成本高。

方案三： 采用專用芯片ULN2003。ULN2003 是高壓大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品,具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn),適應(yīng)于各類要求高速大功率驅(qū)動的系統(tǒng)。引腳1：CPU脈沖輸入端，端口對應(yīng)一個信號輸出端。

引腳2：CPU脈沖輸入端。

引腳3：CPU脈沖輸入端。

引腳4：CPU脈沖輸入端。

引腳5：CPU脈沖輸入端。

引腳6：CPU脈沖輸入端。

引腳7：CPU脈沖輸入端。

引腳8：接地。

引腳9：該腳是內(nèi)部7個續(xù)流二極管負(fù)極的公共端，各二極管的正極分別接各達(dá)林頓管的集電極。用于感性負(fù)載時，該腳接負(fù)載電源正極，實(shí)現(xiàn)續(xù)流作用。如果該腳接地,實(shí)際上就是達(dá)林頓管的集電極對地接通。

引腳10：脈沖信號輸出端，對應(yīng)7腳信號輸入端。

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參考電路接法

引腳11：脈沖信號輸出端，對應(yīng)6腳信號輸入端。

引腳12：脈沖信號輸出端，對應(yīng)5腳信號輸入端。

引腳13：脈沖信號輸出端，對應(yīng)4腳信號輸入端。

引腳14：脈沖信號輸出端，對應(yīng)3腳信號輸入端。

引腳15：脈沖信號輸出端，對應(yīng)2腳信號輸入端。

引腳16：脈沖信號輸出端，對應(yīng)1腳信號輸入端。

3.2 LCD1602顯示：

在本系統(tǒng)中我們采用1602字符型液晶顯示模塊來顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、起停以及正反轉(zhuǎn)等步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。字符型液晶顯示模塊是專門用于顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶顯示模塊。分4位和8位數(shù)據(jù)傳輸方式。提供內(nèi)部自動上電復(fù)位電路，+5V工作電壓。一共有16個引腳，其中一對電源引腳、一對LED背光電源引腳、LCD驅(qū)動電壓引腳、一個模式選擇引腳用p2.2口來控制、一個讀寫操作引腳用p2.1口控制、一個使能引腳用p2.0口來控制、7個數(shù)據(jù)引腳用p0口來控制。其中LCD驅(qū)動電壓V0可通過滑動變阻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般V0為零伏。具體應(yīng)用電路圖如圖5所示：

圖5 LCD顯示模塊應(yīng)用電路

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分LCD顯示子程序、按鍵掃描測試、步進(jìn)電機(jī)控制程序和主程序組成。整個系統(tǒng)采用C語言進(jìn)行編寫。

主程序

主程序包括系統(tǒng)的初始化、LCD子程序的調(diào)用以及定時器中斷函數(shù)和步進(jìn)電機(jī)控制函數(shù)組成。系統(tǒng)初始化包括對LCD顯示模塊數(shù)據(jù)位、命令位，步進(jìn)電機(jī)停止、轉(zhuǎn)速的定義與初始化，LCD顯示程序顯示靜態(tài)的“Step Motor”和動態(tài)的不同速度水平式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及正反轉(zhuǎn)的標(biāo)志，定時器中斷函數(shù)主要設(shè)定定時器中斷間隔和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，步進(jìn)電機(jī)控制函數(shù)由步進(jìn)電機(jī)索引函數(shù)和對索引值的加減函數(shù)組成。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖10所示

圖10 主函數(shù)流程圖

LCD子程序

LCD子程序主要實(shí)現(xiàn)的功能是顯示步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)。顯示動態(tài)字符函數(shù)是用來顯示步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)轉(zhuǎn)向狀態(tài)，例如：第一行顯示：Step M

總結(jié)

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