基于单片机的步进电机控制综合系统汇编及C语言程序各一个

基于单片机步进电机控制系统 前 言 步进电机是一个进行正确步进运动机电实施元件，它广泛应用于工业机械数字控制，为使系统可靠性、通用性、可维护性和性价比最优，依据控制系统功效要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件功效划分，从而实现了基于8051单片机四相步进电机开环控制系统。控制系统经过单片机存放器、I/O接口、中止、键盘、LED显示器扩展、步进电机环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中止系统及复位电路、单电压驱动电路等设计，实现了四相步进电机正反转，急停等功效。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上应用，系统设计了两个外部中止，以实现步进电机在某段时间内反复正反转功效，也即数控机床刀架自动进给运动，伴随单片机技术不停发展，单片机在日用电子产品中应用越来越广泛，自六十年代早期以来，步进电机应用得到很大提升。大家用它来驱动时钟和其它采取指针仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、多种自动控制阀、多种工具，还有机器人等机械装置。另外作为实施元件，步进电机是机电一体化关键产品之一，被广泛应用在多种自动化控制系统中，伴随微电子和计算机技术发展，它需要量和日俱增，在各个国民经济领域全部有应用。步进电机是机电数字控制系统中常见实施元件，因为其精度高、体积小、控制方便灵活，所以在智能仪表和位置控制中得到了广泛应用，大规模集成电路发展和单片机技术快速普及，为设计功效强，价格低步进电机控制驱动器提供了优异技术和充足资源。 1.步进电机原理及硬件和软件设计 1.1步进电机原理及控制技术 因为步进电机是一个将电脉冲信号转换成直线或角位移实施元件，它不能直接接到交直流电源上，而必需使用专业设备----步进电机控制驱动器，经典步进电机控制系统图1所表示控制器能够发出脉冲频率从几赫兹到几千赫兹能够连续改变脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列，环形分配器关键功效是把来自控制步骤脉冲序列按一定规律分配后，经过功率放大器放大加到步进电机驱动电源各项输入端，以驱动步进电机转动，环形分配器关键有两大类一类是用计算机软件设计方法实现环形分配器要求功效，通常称软环形分配器。另一类是用硬件组成环形分配器，通常称硬环形分配器。功率放大器关键对环形分配器较小输出信号进行放大，以达成驱动步进电机目标，步进电机基础控制包含转向控制和速度控制两个方面。从结构上看，步进电机分为三相单三拍、三相双三拍和三相六拍3种，其基础原理以下 （1） 换相次序控制 通电换相这一过程称为脉冲分配。比如，三相步进电机在单三拍工作方法下，其各相通电次序为A→B→C→A，通电控制脉冲必需严格根据这一次序分别控制A、B、C相通断。三相双三拍通电次序为AB→BC→CA→AB，三相六拍通电次序为A→AB→B→BC→C→CA→A。 （2） 步进电机换向控制 假如给定工作方法正序换相通电，步进电机正转。若步进电机励磁方法为三相六拍，即A→AB→B→BC→C→CA→A。假如按反序通电换相，即A→AC→C→CB→B→BA→A，则电机就反转。其它方法情况类似。 （3） 步进电机速度控制 假如给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机脉冲频率，就能够对步进电机进行调试。 （4） 步进电机起停控制 步进电机因为其电气特征，运转时会有步进感。为了使电机转动平滑，减小振动，可在步进电机控制脉冲上升沿和下降沿采取细分梯形波，能够减小步进电机步进角，跳过电机运行平稳性。在步进电机停转时，为了预防因惯性而使电机轴产生顺滑，则需采取适宜锁定波形，产生锁定磁力矩，锁定步进电机转轴，使步进电机转轴不能自由转动。 （5） 步进电机加减速控制 在步进电机控制系统中，经过试验发觉，假如信号改变太快，步进电机因为惯性跟不上电信号改变，这时就会产生堵转和失步现象。全部步进电机在开启时，必需有加速过程，在停止时波形有减速过程。理想加速曲线通常为指数曲线，步进电机整个降速过程频率改变规律是整个加速过程频率改变规律逆过程。选定曲线比较符合步进电机升降过程运行规律，能充足利用步进电机有效转矩，快速响应性好，缩短了升降速时间，并可预防失步和过冲现象。在一个实际控制系统中，要依据负载情况来选择步进电机。步进电机能响应而不失步最高步进频率称为“开启频率”，于这类似“停止频率”是指系统控制信号忽然关断，步进电机不冲过目标位置最高步进频率。电机开启频率、停止频率和输出转矩全部要和负载转动惯量相适应，有了这些数据，才能有效地对电机进行加减速控制。加速过程有忽然施加脉冲开启频率f0。步进电机最高开启频率（突跳频率）通常为0.1KHz到34KHz，而最高运行频率则能够达成N*102KHz，以超出最高开启频率频率直接开启，会产生堵转和失步现象。 f/Hz fa fb 0 t/s 图1 步进电机运行过程中频率改变曲线 在通常应用中，经过大量实践和反复验证，频率如按直线上升或下降，控制效果就能够满足常规应用要求。用PLC实现步进电机加P减速控制，实践上就是控制发脉冲频率。加速时，使脉冲频率增高，减速则相反。假如使用定时器来控制电机速度，加减速控制就是不停改变定时中止设定值。速度从v1v2改变，假如是线性增加，则按给定斜率加P减速；假如是突变，则按阶梯加速处理。在此过程中要处理好两个问题 ①速度转换时间应尽可能短。为了缩短速度转换时间，能够采取建立数据表方法。结合各曲线段频率和各段间阶梯频率，就能够建立一个连续数据表，并经过转换程序将其转换为定时初始表。经过在不一样阶段调用对应定时初值，就可控制电机运行。定时初值计算是在定时中止外实现，并不占用中止时间，确保电机高速运行。 ②确保控制速度正确性。要从一个速度正确达成另一个速度，就要建立一个校验机制，以防超出或未达成所需速度。 （6） 步进电机换向控制 步进电机换向时，一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内在换向，以免产生较大冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向最终一个脉冲结束后和下一个方向第一个脉冲前发出。对于脉冲设计关键要求其有一定脉冲宽度、脉冲序列均匀度及高低电平方法。在某一高速下正、反向切换实质包含了降速→换向→加速3个过程。 步进电机有以下特点 ① 步进电机角位移和输入脉冲数严格成正比，所以当它转一转后，没有累计误差，含有良好跟随性。 ② 由步进电机和驱动电路组成开环数控系统，既很方便、廉价，也很可靠。同时，它也能够有角度反馈步骤组成高性能闭环数控系统。 ③ 步进电机动态响应快，易于启停、正反转及变速。 ④ 速度可在相当宽范围内平滑调整，低速下仍能确保取得很大转矩，所以通常能够不用减速器而直接驱动负载。 ⑤ 步进电机只能经过脉冲电源供电才能运行，它不能直接用交流电源或直流电源。 ⑥ 步进电机本身噪声和振动比较大，带惯性负载能力强。 1.2总体设计方框图 总体设计方框图图2所表示。 1.3设计原理分析 1.3.1元器件介绍 （1）步进电机 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，所以很适合于单片机