基于-51單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)

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1、單片機(jī)原理及系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)1引言步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它是基于最基本的電磁感應(yīng)作用，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī)，大型望遠(yuǎn)鏡，衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)等等。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步和電子技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣闊，同時(shí)也對(duì)步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能提出了更高的要求。步進(jìn)電機(jī)的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氬弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中，這被認(rèn)為最早的步進(jìn)電機(jī)。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，

2、對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。到20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電機(jī)本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實(shí)用性步進(jìn)電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。步進(jìn)電機(jī)往后經(jīng)過不斷改良，使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。2設(shè)計(jì)方案與原理4.1設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)一個(gè)51單片機(jī)四相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)要求系統(tǒng)具有如下功能：（1）由I/O口產(chǎn)生的時(shí)序方波作為電機(jī)控制信號(hào)；（2）信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)；（

3、3）電機(jī)的狀態(tài)通過鍵盤控制，包括正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速，停止和單步運(yùn)行。4.2設(shè)計(jì)原理步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字角度轉(zhuǎn)換器，也是一個(gè)串行的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。步進(jìn)電機(jī)的基本控制包括啟?？刂?、轉(zhuǎn)向控制、速度控制、換向控制4個(gè)方面。從結(jié)構(gòu)上看,步進(jìn)電機(jī)分為三相、四相、五相等類型,本次設(shè)計(jì)的是四相電機(jī)。四相步進(jìn)電機(jī)的工作方式有單四拍、雙四拍和單雙八拍三種。在本次設(shè)計(jì)中，我們使用的是四相單八拍的工作方式。通過P1口給A,B,C,D四相依次輸出高電平即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，通過控制兩次輸出的間隔，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制。圖2.1步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)截圖根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)相序表我們可以正常的控

4、制電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行。3硬件設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)原理，我們可以繪制出基本的功能方框圖，以便之后我們連接實(shí)際電路時(shí)的方便和可靠。用鍵盤控制具體的功能模塊，這樣更能直觀方便的控制整體的系統(tǒng)，使其達(dá)到我們預(yù)期的操作效果。圖3.1中簡單描述了整個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)的控制模式和控制流程，包括通過時(shí)鐘電路和鍵盤電路，來控制UNL2803驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。圖3.1硬件電路功能方框圖圖3.2截圖中是UNL2803中的細(xì)節(jié)電路，用前四個(gè)輸入輸出口連接步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)輸入口。圖3.3截圖是單片機(jī)的鍵盤控制電路，對(duì)系統(tǒng)的控制功能模塊的選擇和控制。包括正轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕、反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕、停止位按鈕、加速按鈕、減速按鈕和單步運(yùn)

5、行按鈕。圖3.2步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路截圖圖3.3按鍵設(shè)置及其連接引腳截圖以上電路功能截圖均出自于proteus仿真軟件。4軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)中，我們查詢鍵盤按鈕控制方式來選擇步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的工作狀態(tài)。在程序里面對(duì)按鈕分配的I/O地址分別為正轉(zhuǎn)啟動(dòng)位是P3.0，反轉(zhuǎn)啟動(dòng)為是P3.1，停止位是P3.4，加速位是P3.2，減速位是P3.3，單步執(zhí)行位是P3.5。通過外部中斷INT0和INT1來實(shí)現(xiàn)加速減速的外部輸入。圖4.1主程序流程圖程序里面加上了防止正常運(yùn)行過程中電機(jī)的突然轉(zhuǎn)向的阻斷。防止電機(jī)的意外損壞。在轉(zhuǎn)向之前，必須按下停止按鈕，然后再發(fā)出電機(jī)的下一條控制命令。當(dāng)然，我們的加速減

6、速通過外中斷可以在電機(jī)正常運(yùn)行過程中進(jìn)行操作。增加了我們系統(tǒng)的可操作性和高可控性。總　　結(jié)在本次課程設(shè)計(jì)中，首次接觸到單片機(jī)的應(yīng)用，接到題目時(shí)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)一無所知，并對(duì)如何使用單片機(jī)也不甚了解，僅僅知道一些生硬的指令和符號(hào)，并不知道它們到底如何使用以及其意義，通過老師指導(dǎo)，然后自己在課后翻閱書籍和上網(wǎng)，搜集到了不少有關(guān)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的知識(shí)。通過鉆研這些知識(shí)，總算對(duì)步進(jìn)電機(jī)有了認(rèn)識(shí)，但是這離課程設(shè)計(jì)需要掌握的知識(shí)相差甚遠(yuǎn)，為了縮短這種差距，只能不斷地查閱資料，仔細(xì)揣摩。在這次課程設(shè)計(jì)中，通過用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的起動(dòng)、停止，正、反轉(zhuǎn)，加、減速，也對(duì)單片機(jī)的知識(shí)也進(jìn)行了復(fù)習(xí)和鞏固。設(shè)計(jì)

7、仿真電路的過程中，必須要有耐心，在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如在多種方案的選擇中，仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因。這就要求對(duì)硬件系統(tǒng)中各組件部分有充分透徹的理解和研究，并能對(duì)之靈活應(yīng)用。同時(shí)在本次設(shè)計(jì)過程中，還學(xué)會(huì)了高效率的查閱資料、運(yùn)用工具書、利用網(wǎng)絡(luò)查找資料。發(fā)現(xiàn)，在所使用的書籍上有一些知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中其實(shí)并不是十分理想，各種參數(shù)都需要自己去調(diào)整，這就要求應(yīng)更加注重實(shí)踐環(huán)節(jié)。那時(shí)候覺得學(xué)習(xí)單片機(jī)是那么的枯燥乏味，整天只是學(xué)習(xí)這個(gè)指令做什