课程设计--步进电机转速实时控制.doc

步进电机转速实时控制 摘要：步进电机快速启动、精确步进和定位等特点广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中第1章 绪论 1 1.1 研究背景 1 1.2 选题的目的和意义 1 1.3 本课程设计的主要内容 1 第2章 步进电机转速实时控制 2 2.1 设计方案 2 2.2 硬件系统基本原理 2 2.2.1系统硬件子系统的构成 2 2.2.2 步进电机工作原理以及与8255接口的关系 3 2.2.3 工作原理 3 2.2.4 软件框图及设计思想 4 2.4 软件清单 5 第3章 结束语 10 致谢 11 参考文献 12  第1章 绪论 1.1 研究背景 步进电机最早是在1920年由英国人所开发1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这数字化的控制变得更为容易。经过不断改良，步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都应用。步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。  第2章 步进电机转速实时控制 2.1 设计方案 （1）芯片的选择及端口的选择； （2）用可编程8255芯片实现对步进电机的控制，B口输出； （3）8255的PB0~PB3接驱动电路的A,B,C,D；输出脉冲序列，使步进电机转动； （4）8255的PB0~PB3接显示灯，显示脉冲的移动先后。 2.2 硬件系统基本原理 2.2.1系统硬件子系统的构成 本设计采用的步进电机为35BYJ46型四相八拍电机，电压为DC12V，其励磁线圈及其励磁顺序如图2-1及表2-1所示： 图2-1 35BYJ46型电机励磁线圈示意图 表2-1 35BYJ46型电机励磁顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 5 + + + + + + + + 4 - - 3 - - - 2 - - - 1 - - - 2.2.2 步进电机工作原理以及与8255接口的关系 图2-2 步进电机实验线路示意图 2.2.3 工作原理 4相步进电机示意图如图2-3和图2-4所示，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由4组绕组构成： 图2-3 电机定子和转子示意图 图2-4 电气连接示意图 当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为S极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地S1、S4的送电次序，就能控制转子旋转的方向。 例如：若送电的顺序为S1闭合断开S2闭合断开S3闭 合断开S4闭合断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就顺时针旋转如图2-5所示： 图2-5 电机顺时针工作示意图 若送电的顺序为S4闭合断开S3闭合断开S2闭合断开S1闭合断开，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。 图2-6 8255A向步进电机发出的控制脉冲 2.2.4 软件框图及设计思想 2.2.4.1 步进电机课程设计思想 利用单片机控制步进电机，下面以三相六拍为例，其各相通电的顺序如下：A—AB—B—BC—C—CA—A：我们注意到各相的变化过程，首先给A以高电平，即A相上升，然后B相上升，A相下降，C相上升，B相下降，A相上升，C相下降，这就是步进电机的一个转动过程。于是设计了一个上升子程序和一个下降子程序。在转动过程中我们可以分别调用这两个子程序，就可以达到预定的要求。这种设计思路也适用于四相八拍、五相十拍等方式，这样就能达到步进电机的转动需要，但是这样并不能实现细分的控制要求，为此，在单片机内预存两组数据，这些数据分在两个数据区，分别从小到大和从大到小。上升子程序中，调用从小到大的数据，把这些数据通过单片机逐个传送到DAC0832中，这样DAC就输出逐渐变化的电流；这些电流经过运算放大器OP07、比较