步进电机论文

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 设计题目： 步进电机控制器 学生姓名： 李毅航 刘权兵 徐重瑶 张国为 学院名称： 电气与信息 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院 专业名称： 电子信息工程 班级名称： 电子 0841 学 号： 22 24 34 37 完成时间： 2011年7月6日 2011 年 7 月 6 日 小组成员： 电子0841班 22号 李毅航 （程序源代码） 电子0841班 24号 刘权兵 （Proteus电路设计） 电子0841班 34号 徐重瑶 （论文） 电子0841班 37号 张国为 （Protel原理图和PCB图） 步进电机控制器 李毅航、刘权兵、徐重瑶、张国为 （电子0841班 22号、24号、34号、37号） 摘 要： 步进电机是一种以脉冲控制的转动器件，由于是以脉冲驱动，很适合心数字或微型计算机来控制，所以我们又把它当成是一种数字器件。本设计主要是运用51单片机控制4相步进电机系统，由单片产生驱动脉冲信号，控制步进电机以一定的转速向某一方向转动，并用LCD液晶显示器显示其实时工作状态 关键词：单片机；步进电机；脉冲；LCD液晶显示器 引言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 在工业控制系统中，最常见的是对步进电机的控制。步进电机的数字控制是步进电机控制的发展趋势， 用单片机对步进电机进行控制是实现电动机数字控制的最常用手段。 1. 步进电机工作原理 步进电机按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等4种主要型式，下面主要以四相磁阻式步进电机为例说明步进电机的工作原理。 图1是一个四相磁阻式步进电机的结构示意图，该电机定子上有8个凸齿，相距180度的两个凸齿构成一相，每一相上的线圈反相连接，这样8个齿就构成四相，AA1,BB1,CC1,DD1，因此称为四相步进电机。 图1四相磁阻式步进电机的结构示意图 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。 单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。 　　单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： a b c 图2 步进电机工作时序波形图 2. 步进电机控制系统设计 本设计的功能是实现一个基于51单片机控制的4相步进电机系统，由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成角位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到调速的目的。 系统框图如图3所示: 时 钟 脉 冲 单片机 AT98C51 电机驱动器 步 进 电 机 128*64 LCD 驱动与显示 键 盘 图3系统框图 　　驱动电路的主要作用是实现功率放大。一般脉冲分配器输出的驱动能力是有限的，它不可能直接驱动步进电机，而要经过一级功率放大。 3. 硬件电路设计 在单片机控制的步进电机系统中，输入由单片机接口电路构成的5个按键完成，单片机根据输人的键值控制步进电机的正反转、停止和加减速的操作信号，并在LCD显示器中显示出其工作状态，再由驱动电路输出脉冲控制步进电机的运行。如图4所示: 图4 硬件电路图 像直流电机一样，步进电机也需要驱动电路才能被单片机的I/O口控制，这是因为对于电机这类功率器件，普通单片机的I/O口驱动能力不够。为了让步进电机能够运转起来，还要有一套驱动电路才能让它有足够的能量。下面图5是一个12V的4相步进电机的驱动电路图: 图5 步进电机的驱动电路 在这个设计中，我用到了一个128*64的LCD液晶显示器来显示步进电机的实时工作状态。下面图6为LCD器件图， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1为LCD引脚功能: 表1 LCD显示器功能表 引脚号 引脚名称 功能说明 1 H: 选择芯片IC1（右半屏）信号 2 H: 选择芯片IC2（左半屏）信号 3 GND 模块的电源地 4 VCC 模块的电源正端 5 V0 LCD驱动电压输入端 6 RS H/L 并行的指令/数据选择信号 7 R/W H/L 并行的读写选择信号 8 E H/L 并行的使能信号 9 DB0 数据0 10 DB1 数据1 11 DB2 数据2 12 DB3 数据3 13 DB4 数据4 14 DB5 数据5 15 DB6 数据6 16 DB7 数据7 17 H/L 复位 低电平有效 18 -Vout 电源 图6 LCD器件图 设计步进电机的Protel的原理图和PCD电路图如下图7、图8 图8 PCB电路图 4 软件设计 4.1 流程图 软件程序构成包括主程序和子程序两部分。主程序控制各个硬件电路的执行过程顺序而子程序主要是一些功能性程序，如定时器服务子程序、键消延时子程序以及键扫描程序。开始执行时，先初始化各引脚(设计用的是P2口引脚实现对驱动芯片及步进电机的控制，P1口用于键盘控制)。然后开始执行主程序，完成设置定时器选择及工作模式选择，再设置激励方式、转向轨迹、步进电机转向。尔后再调用键盘扫描函数，根据不同的按键信号执行不同的控制功能。流程图如图7、图8所示: 4.2 软件编程 PHASE EQU 11H ;驱动方式 TIMES EQU 10 LCDPAGE EQU 0B8H LCDLINE EQU 040H PAG EQU R0 COL EQU R1 E BIT P3.5 RW BIT P3.4 RS BIT P3.2 L BIT P3.1 R BIT P3.0 BUSY BIT P2.7 ORG 0000H AJMP START ORG 0013H LJMP KEY ORG 0100H ;----------------------主程序-----------------------; START: MOV P2,#0FFH ;显示 LCALL INILCD LCALL CLEAR MOV PAG,#00H MOV COL,#10H MOV DPTR,#CHANG LCALL DISPLAY MOV PAG,#00H MOV COL,#20H LCALL DISPLAY MOV PAG,#00H MOV COL,#30H LCALL DISPLAY MOV PAG,#00H MOV COL,#40H LCALL DISPLAY MOV PAG,#00H MOV COL,#50H LCALL DISPLAY MOV PAG,#00H MOV COL,#60H LCALL DISPLAY MOV PAG,#06H MOV COL,#00H MOV DPTR,#DIAN LCALL DISPLAY MOV PAG,#06H MOV COL,#10H LCALL DISPLAY MOV PAG,#06H MOV COL,#20H LCALL DISPLAY MOV PAG,#06H MOV COL,#30H LCALL DISPLAY MOV IE,#10000100B SETB IT1 MOV SP,#070H STR: JBC B.0,RL_11 JBC B.2,RR_11 MOV PAG,#02H MOV COL,#20H MOV DPTR,#R_0 LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#30H LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#40H LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#50H LCALL DISPLAY MOV R5,#30 LCALL DELAY MOV PAG,#02H MOV COL,#20H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#50H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV R5,#30 LCALL DELAY SJMP STR RL_11: LJMP RL_1 RR_11: LJMP RR_1 ;----------------按键子程序------------------; KEY: ;定时器按键扫描 PUSH ACC PUSH PSW MOV R2,#200 DJNZ R2,$ ;防抖延时 MOV A,P1 JNB ACC.0,KEY_1 JNB ACC.1,KEY_2 JNB ACC.2,KEY_3 JNB ACC.3,KEY_4 JNB ACC.4,KEY_5 KEY_1: ;正转按键 MOV B,#00000001B JMP RET_0 KEY_2: ;停止按键 MOV B,#00000010B JMP RET_0 KEY_3: ;反转按键 MOV B,#00000100B JMP RET_0 KEY_4: ;加速按键 MOV B,#00001000B JMP RET_0 KEY_5: ;减速按键 MOV B,#00010000B RET_0: POP PSW POP ACC RETI RL_1: ;左转 MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#18H MOV DPTR,#ZHENG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#28H MOV DPTR,#ZHUAN LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#ZHENG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#CHANG_0 LCALL DISPLAY MOV A,#PHASE RL1: MOV R5,#TIMES RL2: MOV P0,A LCALL DELAY RL A JBC B.0,RL_1 JBC B.1,STOP JBC B.2,RR_13 JB B.3,ACCE JB B.4,DECE JMP RL1 ACCE: ;左转高速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#GAO LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SU LCALL DISPLAY MOV R5,#5 JMP RL2 DECE: ;左转低速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#DI LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SU LCALL DISPLAY MOV R5,#17 JMP RL2 RR_13: LJMP RR_1 STOP: ;停止 MOV PAG,#02H MOV COL,#18H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY STP: JBC B.0,RL_13 JBC B.2,RR_1 MOV PAG,#02H MOV COL,#28H MOV DPTR,#TING LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#ZHI LCALL DISPLAY MOV R5,#30 LCALL DELAY JBC B.0,RL_13 JBC B.2,RR_1 MOV PAG,#02H MOV COL,#28H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV R5,#30 LCALL DELAY SJMP STP RL_13: LJMP RL_1 RR_1: ;右转 MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV P AG,#02H MOV COL,#18H MOV DPTR,#FAN LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#28H LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#ZHENG LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#CHANG_0 LCALL DISPLAY MOV A,#PHASE RR1: MOV R5,#TIMES RR2: MOV P0,A LCALL DELAY RR A JBC B.0,RL_12 JBC B.1,STOP_2 JBC B.2,RR_12 JB B.3,ACCE0 JB B.4,DECE0 JMP RR1 RL_12: LJMP RL_1 STOP_2: LJMP STOP RR_12: LJMP RR_1 ACCE0: ;右转高速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#GAO LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SU LCALL DISPLAY MOV R5,#5 JMP RR2 DECE0: ;右转低速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#DI LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SU LCALL DISPLAY MOV R5,#17 JMP RR2 JMP RR1 ;----------------------显示子程序------------------; DISPLAY: LCALL DISROM ;显示上半字 INC PAG LCALL DISROM ;显示下半字 RET INILCD: ;初始化LCD MOV R7,#38H LCALL WCODE MOV R7,#0FH LCALL WCODE MOV R7,#0C0H LCALL WCODE MOV R7,#01H LCALL WCODE MOV R7,#06H LCALL WCODE RET CLEAR: ;清屏 PUSH B MOV COL,#00H MOV B,#00H CLE_0: MOV PAG,B MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV A,#10H ADD A,COL MOV COL,A CJNE COL,#80H,CLE_0 INC B INC B MOV PAG,B MOV COL,#00H CJNE PAG,#08H,CLE_0 POP B RET CHKBUSY: ;检查LCD是否忙 SETB E CLR RS SETB RW MOV P2,#0FFH JNB BUSY,$ RET WCODE: ;写入LCD命令 LCALL CHKBUSY MOV P2,#0FFH CLR RW CLR RS SETB E MOV P2,R7 CLR E RET WDATA: ;写入LCD数据 LCALL CHKBUSY MOV P2,#0FFH CLR RW SETB RS SETB E MOV P2,R7 CLR E RET DISROM: ;显示写入 PUSH ACC CLR C MOV A,COL SUBB A,#64 JNC RSIDE LSIDE: SETB L CLR R MOV A,PAG ADD A,#LCDPAGE MOV R7,A LCALL WCODE MOV A,COL ADD A,#LCDLINE MOV R7,A LCALL WCODE MOV R2,#0 WLS: CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV R7,A LCALL WDATA INC DPTR INC R2 CJNE R2,#16,WLS JMP RET0 RSIDE: CLR L SETB R CLR C MOV A,PAG ADD A,#LCDPAGE MOV R7,A LCALL WCODE MOV A,COL ADD A,#LCDLINE SUBB A,#64 MOV R7,A LCALL WCODE MOV R2,#0 WRS: CLR A MOVC A,@A+DPTR MOV R7,A LCALL WDATA INC DPTR INC R2 CJNE R2,#16,WRS RET0: POP ACC RET DELAY: ;延时子程序 MOV R6,#50 D1: MOV R7,#100 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1 DJNZ R5,DELAY RET ;-------------------------汉字表----------------------; ORG 2000H CHANG: /*-- 文字: 长 --*/ DB 0x80,0x80,0x80,0x80,0xFF,0x80,0x80,0xA0 DB 0x90,0x88,0x84,0x82,0x80,0x80,0x80,0x00 DB 0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x40,0x21,0x12 DB 0x04,0x08,0x10,0x20,0x20,0x40,0x40,0x00 CHUN: /*-- 文字: 春 --*/ DB 0x40,0x44,0x54,0x54,0xD4,0x54,0x74,0x5F DB 0x54,0x54,0xD4,0x54,0x54,0x44,0x40,0x00 DB 0x04,0x04,0x02,0x01,0xFE,0x92,0x92,0x92 DB 0x92,0x92,0xFE,0x01,0x02,0x04,0x04,0x00 GONG: /*-- 文字: 工 --*/ DB 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