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《基于-51單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制-設(shè)計(jì)報(bào)告說(shuō)明書(shū)源程序》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、.一步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路1.1什么是步進(jìn)電機(jī)???步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)也可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。1.2步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)步進(jìn)電機(jī)分永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）、和混合式（HB）三種。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大
2、。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。1.3步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1．精度高一般的步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積?？稍趯拸V的頻率范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動(dòng)等，這是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)2．過(guò)載性好其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合；3．控制方便步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這
3、樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開(kāi)辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)；4．整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。1.4步進(jìn)電機(jī)的原理圖1是一種四相可變磁阻型的步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。這種電機(jī)定子上有八個(gè)凸齒，每一個(gè)齒上有一個(gè)線圈。線圈繞組的連接方式，是對(duì)稱(chēng)齒上的兩個(gè)線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。八個(gè)齒構(gòu)成四對(duì)，所以稱(chēng)為四相步進(jìn)電機(jī)。...圖1它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。為使磁通路
4、徑最短，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。在圖1(a)中A相是被激勵(lì)，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個(gè)齒，與正向的A齒對(duì)準(zhǔn)。從這個(gè)位置再對(duì)B相進(jìn)行激勵(lì)，如圖1中的(b)，轉(zhuǎn)子向反時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°。若是D相被激勵(lì)，如圖1中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°。下一步是C相被激勵(lì)。因?yàn)镃相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一種為反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；另一種為順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)15°。電機(jī)步長(zhǎng)(步距角)是步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，不同的應(yīng)用場(chǎng)合，對(duì)步長(zhǎng)大小的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長(zhǎng)的大小。
5、它們之間的相互關(guān)系，可由下式計(jì)算：Lθ＝360P×N式中：Lθ為步長(zhǎng)；P為相數(shù)；N為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。在圖1中，步長(zhǎng)為15°，表示電機(jī)轉(zhuǎn)一圈需要24步。1.5步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)混和步進(jìn)電機(jī)的工作原理在實(shí)際應(yīng)用中，最流行的還是混和型的步進(jìn)電機(jī)。但工作原理與圖1所示的可變磁阻型同步電機(jī)相同。但結(jié)構(gòu)上稍有不同。例如它的轉(zhuǎn)子嵌有永磁鐵。激勵(lì)磁通平行于X軸。一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)電機(jī)具有四相繞組，有八個(gè)獨(dú)立的引線終端，如圖2a所示?；蛘呓映蓛蓚€(gè)三端形式，如圖2b所示。每相用雙極性晶體管驅(qū)動(dòng)，并且連接的極性要正確。圖3所示的電路為四相混和型步進(jìn)電機(jī)晶體管驅(qū)動(dòng)電路的基本方式。它的驅(qū)動(dòng)電壓是固定
6、的。表1列出了全部步進(jìn)開(kāi)關(guān)的邏輯時(shí)序。...步數(shù)Q1Q2Q3Q41101021001301014011051010表1二方案設(shè)計(jì)與論證2.1鍵盤(pán)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中只運(yùn)用到三個(gè)控制按鈕，即“正反”，“換擋”，“啟?！保捎诎粹o較少，所以采用獨(dú)立鍵電路，這種按鍵電路的按鍵結(jié)構(gòu)相對(duì)行列式按鍵電路更簡(jiǎn)單，更使人易懂。2.2顯示電路設(shè)計(jì)如圖2.31，采用LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)與個(gè)項(xiàng)參數(shù)，方法簡(jiǎn)單，容易控制，成本低。設(shè)計(jì)如下圖P00P01P02P03P04P05P06P07P25P26P27AT89C51StcP24IN1IN2IN3IN4OUT4OUT3OUT2OUT1UL
7、N2803abfcgde[LED1]aabbcfdcegfdgeabfcgdeabfcgdeh[LED2][LED3][LED4]hhhh圖2.312.4驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)...驅(qū)動(dòng)電路可分為：三極管直接驅(qū)動(dòng)（圖3），采用斬波恒流驅(qū)動(dòng)方式（圖2.41）和芯片驅(qū)動(dòng)電路等。驅(qū)動(dòng)電路的性能直接關(guān)系到步進(jìn)電機(jī)走步的準(zhǔn)確與穩(wěn)定。本電路采用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2803。ULN2803是一種大電流高電壓型器件，外電路簡(jiǎn)單（圖2.42）。圖2.41圖2.42三電路設(shè)計(jì)3.1、設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軟硬環(huán)境1、步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和軟硬件環(huán)境步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。即步
8、進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的
