基于51單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制-設(shè)計報告(說明書)及源程序.doc

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1、.一步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動電路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)。通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進(jìn)角）。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時也可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，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，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)

2、達(dá)國家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。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。可在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，這是步進(jìn)電動機(jī)最突出的優(yōu)點2．過載性好其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時就會出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對速度和位置都有嚴(yán)格要求的場合；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，這樣就給計算機(jī)控制帶來了很

3、大的方便，反過來，計算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場；4．整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單傳統(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)定子上有八個凸齒，每一個齒上有一個線圈。線圈繞組的連接方式，是對稱齒上的兩個線圈進(jìn)行反相連接，如圖中所示。八個齒構(gòu)成四對，所以稱為四相步進(jìn)電機(jī)。...圖1它的工作過程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵時，磁通從正相齒，經(jīng)過軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個凸齒并無磁通。為使磁通路徑最短，在磁場力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫

4、移動，使最近的一對齒與被激勵的一相對準(zhǔn)。在圖1(a)中A相是被激勵，轉(zhuǎn)子上大箭頭所指向的那個齒，與正向的A齒對準(zhǔn)。從這個位置再對B相進(jìn)行激勵，如圖1中的(b)，轉(zhuǎn)子向反時針轉(zhuǎn)過15°。若是D相被激勵，如圖1中的(c)，則轉(zhuǎn)子為順時針轉(zhuǎn)過15°。下一步是C相被激勵。因為C相有兩種可能性：A—B—C—D或A—D—C—B。一種為反時針轉(zhuǎn)動；另一種為順時針轉(zhuǎn)動。但每步都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動15°。電機(jī)步長(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)用場合，對步長大小的要求不同。改變控制繞組數(shù)(相數(shù))或極數(shù)(轉(zhuǎn)子齒數(shù))，可以改變步長的大小。它們之間的相互關(guān)系，可由下式計算：Lθ＝360P

5、×N式中：Lθ為步長；P為相數(shù)；N為轉(zhuǎn)子齒數(shù)。在圖1中，步長為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)動混和步進(jìn)電機(jī)的工作原理在實際應(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。激勵磁通平行于X軸。一般來說，這類電機(jī)具有四相繞組，有八個獨立的引線終端，如圖2a所示?；蛘呓映蓛蓚€三端形式，如圖2b所示。每相用雙極性晶體管驅(qū)動，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)動電路的基本方式。它的驅(qū)動電壓是固定的。表1列出了全部步進(jìn)開關(guān)的邏輯時序。...步數(shù)Q1Q2Q3

6、Q41101021001301014011051010表1二方案設(shè)計與論證2.1鍵盤設(shè)計該系統(tǒng)中只運(yùn)用到三個控制按鈕，即“正反”，“換擋”，“啟?！?，由于按鈕較少，所以采用獨立鍵電路，這種按鍵電路的按鍵結(jié)構(gòu)相對行列式按鍵電路更簡單，更使人易懂。2.2顯示電路設(shè)計如圖2.31，采用LED數(shù)碼管動態(tài)顯示數(shù)據(jù)與個項參數(shù)，方法簡單，容易控制，成本低。設(shè)計如下圖P00P01P02P03P04P05P06P07P25P26P27AT89C51StcP24IN1IN2IN3IN4OUT4OUT3OUT2OUT1ULN2803abfcgde[LED1]aabbcfdcegfdgeabfc

7、gdeabfcgdeh[LED2][LED3][LED4]hhhh圖2.312.4驅(qū)動電路設(shè)計...驅(qū)動電路可分為：三極管直接驅(qū)動（圖3），采用斬波恒流驅(qū)動方式（圖2.41）和芯片驅(qū)動電路等。驅(qū)動電路的性能直接關(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)動芯片ULN2803。ULN2803是一種大電流高電壓型器件，外電路簡單（圖2.42）。圖2.41圖2.42三電路設(shè)計3.1、設(shè)計要點和軟硬環(huán)境1、步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計要點和軟硬件環(huán)境步進(jìn)電機(jī)和普通電動機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號的控制。即步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械角位移的