三相步进电机控制系统的设计修改版.doc

目录 1 设计任务及要求 1 2 方案比较及选择 1 2.1 电机驱动选择方案 1 2.2 LED显示选择方案 1 2.3 按键状态的读取 1 3 系统实现的原理 2 3.1 步进电机控制工作原理 2 3.1.1 步进电机的启停控制 2 3.1.2 步进电机的转向控制 2 3.2 系统设计思路 2 3.3 系统的整体框图 3 4 系统的硬件设计 3 4.1 总体设计 3 4.2 步进电机控制电路 4 4.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析 4 4.2.2步进电机控制电路 5 4.3显示电路 6 4.3.1发光二极管显示电路 6 4.3.2八段数码管显示电路 6 5系统软件设计 7 5.1 总体设计 7 5.1.1步进电机的工作方式 7 5.1.2 系统总体流程图 8 5.2 关键模块设计 10 5.2.1. 三相步进电机模块设计 10 5.2.2显示模块设计 11 6 系统仿真 12 7 小结及体会 12 参考文献 14 附录 15 三相步进电机控制系统的设计 1 设计任务及要求 设计一个三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；K3为启动、K4方向控制；用位LED显示工作步数。正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮 图1 系统的整体框图 4 系统的硬件设计 4.1 总体设计 设计一个单片机三相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： 用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍； K3、K4分别为启动和方向控制； 正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮； 用4位LED显示工作步数。 根据设计要求用PROTEUS所做的硬件连线图如下图1： 图2 总体硬件连线 4.2 步进电机控制电路 4.2.1启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路分析 原理图如下： 图3 按键控制图 （1）K3为启/停控制开关，控制整个系统的开启和关闭。 （2）K4为正/反转控制开关，控制步进电机的转向。 （3）K0-K3为工作模式控制开关，KO接电时，为步进电机单三拍工作模式；K1接电时，为步进电机双三拍工作模式；K2接电时，步进电机工作模式为三相六拍。 4.2.2步进电机控制电路 将80c51的P1.0-P1.3作为步进电机的输出控制口。原理图如下： 图4 步进电机的输出控制口 4.3显示电路 4.3.1发光二极管显示电路 用3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示，将P3.5接红灯，P3.6接黄灯，P3.7接绿灯，正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮。原理图如下： 图5 指示灯接线图 4.3.2八段数码管显示电路 由80c51的P0口取出显示码，从80c51的P2.0-P2.3输出位选码，设计中我们主要用到4位显示步数既可。原理图如下： 图6 led接线图 5系统软件设计 5.1 总体设计 5.1.1步进电机的工作方式 （1）三相单三拍工作方式这种工作方式下,A、B、C三相轮流通电,电流切换三次,磁场旋转一周,转子向前转过一个齿距角。因此这种通电方式叫做三相单三拍工作方式。这时步距角θb (度)为 θb = 360 /mz(公式1)式中:m定子相数; z 转子齿数 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 表1 （2）三相六拍工作方式这种工作方式下,绕组以A—AB—B—BC—C—CA—A时序(或反时序)转换6次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距,每次切换均使转子转动1. 5°,故这种通电方式称为三相六柏工作方式。其步距角θb 为:θb = 360 /2mz = 180 /mz(公式2) 六拍的数学模型： 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 4 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 5 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 6 0 0 0 0 0 1 0 1 CA