微特電機課程設計--步進電機正反轉

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文檔簡介

1、　　電機控制課程設計報告書　　題目步進電機正反轉 　　院部名稱 　　專

2、業(yè) 　　班級 　　組長姓名 　　學

3、號 　　同組學生 　　設計地點工科樓C 　　設計學時

4、 　　指導教師 　　目錄　　1設計任務和要求1　　2設計思路2

5、　　3系統(tǒng)硬件設計3　　3.1 硬件電路的工作原理3　　3.2步進電機模塊3　　3.3控制模塊4　　3.4主要元件介紹：4&

6、lt;/p>　　4軟件編程9　　5 調試過程與結果16　　5.1正轉結果顯示：16　　6 總結與體會18　　7 參考資料20<p

7、>　　8 附錄21　　1設計任務和要求　　電機控制課程設計是考察學生利用所學過的電機控制專業(yè)知識，進行綜合的電機控制系統(tǒng)設計并最終完成實際系統(tǒng)連接，能夠使學生對電氣與自動化的專業(yè)知識進行綜合應用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，提高學生的動手實踐能力。最終形成一篇符合規(guī)

8、范的設計說明書，并參加綜合實踐答辯，為后期的畢業(yè)設計做好準備。　　本次設計考核的能力主要有：　　專業(yè)知識應用能力，包括電路分析、電子技術、單片機、檢測技術、電氣控制、電機與拖動、微特電機及其驅動、計算機高級語言、計算機輔助設計、計算機辦公軟件等課程，還包括本專業(yè)的拓展性課程如變頻器、組態(tài)技術、現(xiàn)場總線技術、伺服電機等課程。<

9、p>　　項目設計與運作能力，團隊協(xié)作能力，技術文檔撰寫能力，PPT匯報與口頭表達能力。　　電氣與自動化系統(tǒng)的設計與實際應用能力。　　要求完成的工作量包括：　　制作實際成品，并現(xiàn)場演示效果。　　學生結合課題進行PPT演講與答辯。

10、;　　學生上交課題要求的各類設計技術文檔。　　電路基本理論　　步進電機是一種將電脈沖轉變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機構，通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度?？赏ㄟ^控制脈沖數(shù)來控制角位移量，從而達到準確的定位目的。通過對步進電機的軟件設計和硬件設計包括步進電機的結構、原理及應

11、用，根據原理和硬件的設計利用c語言編寫程序，經過反復運行和調試，實現(xiàn)單片機對步進電機的控制。　　步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，它的用途是將電脈沖轉化為角位移，它的的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角

12、位移量，從而達到準確定位的目的?？刂撇竭M電機的轉向，即給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉，若按反序通電換相，則電機就反轉?？刂撇竭M電機的速度，即給步進電機發(fā)一個控制脈沖，它就轉一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉一步，兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。　　2設計思路

13、　　基于單片機和proteus的步進電機控制電路的基本組成如圖所示　　根據設計要求，采用的方案如下。硬件部分實現(xiàn)電機轉動，包括控制開關模塊；電機轉動模塊。軟件部分實現(xiàn)對步進電機的控制功能，主要設計思想通過控制臺控制程序的開關來控制電機的轉動。電源驅動89C51單片機，在89C51中裝載程序，通過開關按鍵來輸入信號，89C51向驅動電路提供信號使步進電機動作。

14、;　　3系統(tǒng)硬件設計　　3.1 硬件電路的工作原理　　總電路圖　　通過對開關k1 k2 k3的開關，來實現(xiàn)對步進電機的正反轉和停止，并且有相應的LED燈的顯示。<b&g

15、t;　　3.2步進電機模塊　　功能：單片機輸出的程序通過轉換器和電機驅動器給步進電機一個脈沖信號，使步進電機實現(xiàn)正轉與反轉。　　3.3控制模塊　　功能：通過控制臺實現(xiàn)對單片機程序的開與關　　3.4主要元件介紹：&l

16、t;/p>　　3.4.1步進電機：　　步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉動一個角度，因此非常適合于單片機控制。步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是：它是通過輸入脈沖信號來進行控制的，即電機的總轉動角度由輸入脈沖數(shù)決定，而電機的轉速由脈沖信號頻率決定。 　　步進電機分三種：永磁式（

17、PM），反應式（VR）和混合式(HB)，步進電機又稱為脈沖電機，是工業(yè)過程控制和儀表中一種能夠快速啟動，反轉和制動的執(zhí)行元件，其功用是將電脈沖轉換為相應的角位移或直線位移，由于開環(huán)下就能實現(xiàn)精確定位的特點，使其在工業(yè)控制領域獲得了廣泛應用。步進電機的運轉是由電脈沖信號控制的，其角位移量或線位移量與脈沖數(shù)成正比，每個一個脈沖，步進電機就轉動一個角度（不距角）或前進、倒退一步。步進電機旋轉的角度由輸入的電脈沖數(shù)確定，所以，也有人稱步進電機為

18、數(shù)字/角度轉換器。　　步進電機28BYJ48：　　步進電機28BYJ48型四相八拍電機，電壓為DC5V—DC12V。當對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈沖時，它可以連續(xù)不斷地轉動。每一個脈沖信號對應步進電機的某一相或兩相繞組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應轉子轉過一定的角度（一個步距角）。當通電狀態(tài)的改變完成一個循環(huán)時，轉子轉過一個齒距。四相步進電機可

19、以在不同的通電方式下運行，常見的通電方式有單（單相繞組通電）四拍（A-B-C-D-A。。。），雙（雙相繞組通電）四拍（AB-BC- CD-DA-AB-。。。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。。。）　　四相步進電機有兩種運行方式，一、四相四拍；二、四相八拍。　　要想搞清楚四相八拍運行方式下步進電機的轉速如果計算，需要先清楚兩個基本概念。

20、　　1、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.　　2、步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度（轉子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為

21、50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。　　這兩個概念清楚后，我們再來計算轉速，以基本步距角1.8°的步進電機為例（現(xiàn)在市場上常規(guī)的二、四相混合式步進電機基本步距角都是1.8°），四相八拍運行方式下，每接收一個脈沖信號，轉過0.9°，如果每秒鐘接收400個

22、脈沖，那么轉速為每秒400X0.9°=360°，相當與每秒鐘轉一圈，每分鐘60轉。　　由于單片機接口信號不夠大需要通過ULN2003放大再連接到相應的電機接口，如下：　　所以可以定義正轉勵磁序列為A->AB->B->BC->C->CD->D->DA

23、uchar code FFW[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09};　　//反轉勵磁序列為AD->D->CD->C->BC->B->BA->A　　uchar code REV[]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01};

24、　　步進電機28BYJ48的主要技術參數(shù)：　　3、四相步進電機的脈沖分配規(guī)律 　　目前，對步進電機的控制主要有分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。本設計利用單片機進行控制，主要是利用軟件進行環(huán)形脈沖分配。四相步進電機的工作方式為四相單四拍，雙四拍和四相八拍工作的方式。各

25、種工作方式在電源通電時的時序與波形分別如圖1 a、b、c所示。本設計的電機工作方式為四相單四拍，根據步進電機的工作的時序和波形圖，總結出其工作方式為四相單四拍時的脈沖分配規(guī)律，四相雙四拍的脈沖分配規(guī)律，在每一種工作方式中，脈沖的頻率越高，其轉速就越快，但脈沖頻率高到一定程度，步進電機跟不上頻率的變化后電機會出現(xiàn)失步現(xiàn)象，所以脈沖頻率一定要控制在步進電機允許的范圍內。　　3.4.2 89C51單

26、片機　　Atmel公司生產的89C51單片機是一種低功耗/低電壓‘高性能的8位單片機，它采用CMOS和高密度非易失性存儲技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容；片內的Flash ROM允許在系統(tǒng)內改編程序或用常規(guī)的非易失性編程器來編程，內部除CPU外，還包括256字節(jié)RAM，4個8位并行I/O口，5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，2個16位可編程定時計數(shù)器，89C51單片機是一種功能強、靈

27、活性高且價格合理的單片機，完全滿足本系統(tǒng)設計需要。　　89C51單片機部分引腳功能介紹：　　XTAL2（18腳）：接外部晶體和微調電容的一端；在89C51 片內它是振蕩電路反向放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。89C51/8031正常工作時，該引腳應有脈沖信號輸出。&l

28、t;p>　　XTAL1（19腳）：接外部晶體和微調電容的另一端；在片內它是振蕩電路反向放大器的輸入端，在采用外部時鐘時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。　　RST/VPD（9腳）：　　RST：復位信號輸入端，高電平有效。當此輸入端保持兩個機器周期的高電平時，就可以完成復位操作。　　RST/VPD（9腳）：</

29、p>　　VPD ：RST引腳的第二功能，備用電源輸入端。當主電源Vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將+5V電源自動接入該引腳，為RAM提供備用電源，以保證RAM中的信息不丟失，使得復位后能繼續(xù)正常運行。　　EA/Vpp（31腳）：　　Vpp：對8751片內EPROM固化編程時，編程電壓輸入端（12-21V）。</p

30、>　　P0口：　　漏極開路的8位準雙向I/O口，每位能驅動8個LS型TTL負載。　　P0口可作為一個數(shù)據輸入/輸出口；　　在CPU訪問片外存儲器時，P0口為分時復用的低8位地址總線和8位數(shù)據總線。<b

31、>　　P1口：　　帶內部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，每位能驅動4個LS型TTL負載。　　P3口：　　帶內部上拉電阻的8位準雙向I/O端口，每位能驅動4個LS型TTL負載。P3口除作為一般I/O口外，每個引腳都有第二功能。&

32、lt;p>　　4軟件編程　　4.1主流程圖　　開始　　按鍵　　判斷按鍵&l

33、t;/p>　　If P3.0==0If P3.1==0If P3.2==0　　正轉反轉停止　　LED1亮LED2亮LED3亮　　4.2主要程序：　　#inc

34、lude <reg52.h>　　#define uint unsigned int　　#define uchar unsigned char　　uchar code FFW[]=　　{<p&g

35、t;　　0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09　　};　　uchar code REV[]=　　{　　0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x

36、02,0x03,0x01　　};　　sbit K1 = P3^0;　　sbit K2 = P3^1;　　sbit K3 = P3^2;　　void DelayMS(uint ms)</p

37、>　　{　　uchar i;　　while(ms--)　　{　　for(i=0;i<120;i++);

38、　　}　　}　　void SETP_MOTOR_FFW(uchar n)　　{　　uchar i,j;<p&

39、gt;　　for(i=0;i<5*n;i++)　　{　　for(j=0;j<8;j++)　　{　　if(K3 == 0)break;　　P1

40、 = FFW[j];　　DelayMS(25);　　}　　}　　}　　void SETP_MOTOR_REV(uch

41、ar n)　　{　　uchar i,j;　　for(i=0;i<5*n;i++)　　{　　for(j=0;j<8;j++)

42、　　{　　if(K3 == 0)break;　　P1 = REV[j];　　DelayMS(25);　　}　　}

43、　　}　　void main()　　{　　uchar N = 1.5;　　while(1)<

44、;/p>　　{　　if(K1 == 0)　　{　　P0 = 0xfe;　　SETP_MOTOR_FFW(N);　　if(K3

45、== 0) break;　　}　　else if(K2 == 0)　　{　　P0 = 0xfd;　　SETP_MOTOR_REV(N);

46、;　　if(K3 == 0) break;　　}　　else　　{　　P0 = 0xfb;

47、P1 = 0x03;　　}　　}　　}　　4.3程序分塊介紹：　　4.3.1正反轉的控制字設定：

48、　　uchar code FFW[]=　　{　　0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09　　};　　uchar code REV[]=&

49、lt;/p>　　{　　0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01　　};　　本列4組步進電動機工作于8拍方式　　正轉勵磁序列為A-&

50、gt;AB->B->BC->C->CD->D->DA　　反轉勵磁序列為AD->D->CD->C->BC->B->BA->A　　正轉：　　sbit K1 = P3^0;<

51、p>　　反轉：　　sbit K2 = P3^1;　　停止　　sbit K3 = P3^2;　　4.3.2延時程序：　　void DelayMS(ui

52、nt ms)　　{　　uchar i;　　while(ms--)　　{　　for(i=0;i<120;i++)

53、;　　}　　}　　4.3.3正轉部分;　　void SETP_MOTOR_FFW(uchar n)　　{</p

54、>　　uchar i,j;　　for(i=0;i<5*n;i++)　　{　　for(j=0;j<8;j++)　　{

55、　　if(K3 == 0)break;　　P1 = FFW[j];　　DelayMS(25);　　}　　}　　}&

56、lt;/p>　　按照正轉勵磁序列A->AB->B->BC->C->CD->D->DA進行通電，轉動n圈，在轉動過程中，按下停止按鈕，會立刻停止轉動。　　4.3.4反轉部分：　　void SETP_MOTOR_REV(uchar n)<b&

57、gt;　　{　　uchar i,j;　　for(i=0;i<5*n;i++)　　{　　for(j=0;j<8;j++)　　{

58、;　　if(K3 == 0)break;　　P1 = REV[j];　　DelayMS(25);　　}　　}&

59、lt;b>　　}　　按照反轉勵磁序列為AD->D->CD->C->BC->B->BA->A進行通電，轉動n圈，在轉動過程中，按下停止按鈕，會立刻停止轉動。　　4.3.5主程序：　　void main()<

60、;/p>　　{　　uchar N = 3; //運轉圈數(shù)　　while(1)　　{　　if

61、(K1 == 0)　　{　　P0 = 0xfe; //LED1點亮，正轉指示燈　　SETP_MOTOR_FFW(N); //電動機正轉 　　if(K3 == 0) break;<

62、;/p>　　}　　else if(K2 == 0)　　{　　P0 = 0xfd; //LED2點亮，反轉指示燈　　SETP_MOT

63、OR_REV(N); //電動機反轉　　if(K3 == 0) break;　　}　　else　　{　　P0 =

64、 0xfb; //LED3點亮，停止指示燈　　P1 = 0x03;　　}　　}　　}<p&g

65、t;　　5 調試過程與結果　　5.1正轉結果顯示：　　5.2反轉結果顯示：　　5.3停止結果顯示;　　在仿真過程中要注意元件的選擇，還有仿真跟實物存在的差異，仿真的數(shù)據不一定就適合實物，所以要根據實物來進行修改，通過不斷的調試才能符合

66、要求，在連接電路時要看好引腳。　　6 總結與體會　　在做本次課程設計的過程中，我感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做單片機課程設計，但我們不是藝術家，他們可以拋開實際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據可依，有理可尋，不切

67、實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。 　　其次，在這次課程設計中，我們運用到了以前所學的專業(yè)課知識，如：CAD制圖、匯編語言、模擬和數(shù)字電路知識等。雖然過去從未獨立應用過它們，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現(xiàn)效率很高，這是我做這次課程設計的又一收獲。后，要做好一個課程設計，就必須做到：在設計程序之前，對所用單片機的內部結構有一個系統(tǒng)的了解，知道該單片機內有哪些

68、資源；要有一個清晰的思路和一個完整的軟件流程圖；在設計程序時，不能妄想一次就將整個程序設計好，反復修改、不斷改進是程序設計的必經之路；　　要養(yǎng)成注釋程序的好習慣，一個程序的完美與否不僅僅是實現(xiàn)功能，而應該讓人一看就能明白你的思路，這樣也為資料的保存和交流提供了方便；在設計課程過程中遇到問題是很正常德，但我們應該將每次遇到的問題記錄下來，并分析清楚，以免下次再碰到同樣的問題的課程設計結束了，但是從

69、中學到的知識會讓我受益終身。　　發(fā)現(xiàn)、提出、分析、解決問題和實踐能力的提高都會受益于我在以后的學習、工作和生活中。設計過程，好比是我們人類成長的歷程，常有一些不如意，但畢竟這是第一次做，難免會遇到各種各樣的問題。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。　　我們通過查閱大量有關資料，并在小組中互相討論，交流經驗

70、和自學，若遇到實在搞不明白的問題就會及時請教老師，使自己學到了不少知識，也經歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。　　通過這次課程設計我也發(fā)現(xiàn)了自身存在的不足之處，雖然感覺理論上已經掌握，但在運用到實踐的過程中仍有意想不到的困惑，經過一番努力才得以解決。這也激發(fā)了我今后努力學習的興趣，我想這將對我以后的學習產生積極的影響。　　通過這次設計，我懂得了學習的重要性，

71、了解到理論知識與實踐相結合的重要意義，學會了堅持、耐心和努力，這將為自己今后的學習和工作做出了最好的榜樣。我覺得作為一名自動化專業(yè)的學生，單片機的課程設計是很有意義的。更重要的是如何把自己平時所學的東西應用到實際中。　　雖然自己對于這門課懂的并不多，很多基礎的東西都還沒有很好的掌握，覺得很難，也沒有很有效的辦法通過自身去理解，但是靠著這一個多禮拜的“學習”，在小組同學的幫助和講解下，漸漸對這門課

72、逐漸產生了些許的興趣，自己開始主動學習并逐步從基礎慢慢開始弄懂它。　　我認為這個收獲應該說是相當大的。覺得課程設計反映的是一個從理論到實際應用的過程，但是更遠一點可以聯(lián)系到以后畢業(yè)之后從學校轉到踏上社會的一個過程。小組人員的配合﹑相處，以及自身的動腦和努力，都是以后工作中需要的。　　7 參考資料

73、　　[1] 侯文霞. 變頻調速技術在中央空調控制中的應用[J].機床電器.2002第二期.　　[2] 韓常. PLC編程及應用[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2005.　　[3] 吳啟紅、胡洪、譚斌.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術—實操指導書.機械工業(yè)出版社，2007　　[4] 岳

74、慶來、周鋒、吳啟紅、胡洪.變頻器、可編程序控制器及觸摸屏綜合應用技術.　　機械工業(yè)出版社，2006　　8 附錄　　總電路圖　　實物圖片：

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