步进电机转速实时控制课程设计1

微机原理 课程设计报告 题题目目步进电机转速实时控制步进电机转速实时控制 学学院院 专专业业 学生姓名学生姓名 学学号号年级年级 指导教师指导教师职称职称 二〇二〇年年月月 步进电机转速实时控制 摘要本设计采用电压为DC12V的四相八拍35BYJ46型步进电机，以8255A作为8086并行输出接口， 并通过编写汇编语言控制8255A的A口，进而控制步进电机转速状态。通过输入预先设定好的转速状 态对应值，即可控制电机的转速状态。转向可以通过查表来实现，以逐次递增方向查表，则步进电 机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的 子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。 关键词步进电机;8255A;控制 I 目 录 第 1 章 绪论. 1 1.1 研究背景 1 1.2 选题的目的和意义 1 1.3 本课程设计的主要内容 2 第 2 章 步进电机转速实时控制. 3 2.1 设计方案 3 2.2 硬件系统基本原理 3 2.2.1 步进电机 35BYJ46. 3 2.2.2 可编程并行接口芯片 8255A . 6 2.3 系统软件 8 2.3.1 软件框图. 8 2.3.2 程序代码. 10 第 3 章 结束语. 15 参考文献. 17 II **大学课程设计报告 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 研究背景 在普通旋转电机的基础上产生的各种控制电机与普通电机本质上并没有差别， 只是着重点不 同。普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标，而控制电机主要是对控制信号 进行传递和变换 ,要求有反应快、精度高、运行可靠等控制性能。控制电机因其各种特殊的控制 性能而常在自动控制系统中作为执行元件、 检测元件和解算元件。步进电机就是一种应用非常广 泛的控制电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 在非超载的情 况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即 给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。当电机连续不断地收到脉冲信号，电机就一步 一步地转动，这就是步进电机名称的由来。这一线性关系的存在，加上输入的脉冲与其位移量有 严格的对应关系 ,不会产生步距脚累积误差的特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来 控制变化非常简单。如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。 [1] 步进电动机经过几十年的发展，已成为除直流电动机和交流电动机以外的应用最广泛的第三 类电动机。在开环高分辨率的定位系统中，至今还没有发现更合适取代它的产品，特别是在一些 功率相当小的系统中，步进电机更具有无可替代的主流地位。 预计未来步进电机的研究还会持续 深入下去，研究方向之一是电机与驱动的一体化，使步进电机体积更小巧、性能更优越，性价比 更高，在大量的民用设备中批量化使用，如家庭机器人、民用智能化设备等；研究方向之二是在 功率或机座号相对较大的步进电动机中， 与属于BIDCM稀土永磁无刷直流电机 的交流伺服电动 机系统会合，具体来说可能会借鉴交流伺服系统的控制技术，但保留了部分步进电动机的特点， 形成一种新的“步进伺服电动机”或“伺服步进电动机”，在克服低频振荡、高频过载能力小、 快速性不足和效率低等方面取得突破性进展，从而在现代军事、精密机械加工、航空航天等领域 的应用越来越深入。[2] 1.2 选题的目的和意义 步进电机已被广泛地应用并且其应用前景十分乐观，因此学习和掌握步进电机是非常必要 的。但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由形脉冲信号、功率 驱动电路等组成控制系统方可使用。 因此通过运用所学的专业知识， 掌握四相步进电机接口电路 1 **大学课程设计报告 原理和步进电机正、反转工作原理以及转速控制原理， 设计出相应硬件电路和软件实现对四相步 进电机的实时控制，达到加深对所学知识的理解和掌握，运用所学的理论和方法进行实践、解决 问题和认识步进电机、简单控制步进电机的目的。 1.3 本课程设计的主要内容 1）阐述步进电机与 8255A 的接口电路原理。 2）编写出使步进电机低速正、反转和高速正、反转以及显示转速状态的程序。 3）在实验箱上调试程序，达到所设计的结果。 2 **大学课程设计报告 第 2 章 步进电机转速实时控制 2.1 设计方案 本设计采用电压为 DC12V 的四相八拍步进电机 35BYJ46 型电机， 用 ULN2003 作为步进电动机 驱动电路主芯片，以 8255A 作为 8086 并行输出接口，8086 对步进电机的控制信号则通过8255A 送 到 ULN2003。 通过输入预先设定好的转速状态对应值，即可控制电机的转速状态。转向与转速，通过查表的 方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则 步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延 时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。 2.2 硬件系统基本原理 2.2.1 步进电机 35BYJ46 1）四相步进电机励磁线圈及其励磁顺序 本设计采用的步进电机为 35BYJ46型四相八拍电机，电压为 DC12V，其励磁线圈及其励磁顺 序如图2-1和表2-1所示 1 3 5 42 图 2-1 励磁线圈 3 **大学课程设计报告 表 2-1 励磁顺序 5 4 3 2 1 1 - 2 - - 3 - 4 - - 5 - 6 - - 7 - 8 - 2）四相步进电机驱动原理 四相步进电机示意图见图 2-2，电气连接图见图 2-3，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由 四组绕组构成。 Φ1C CΦ2 Φ4 C CΦ3 图 2-2 电机定子和转子示意图 12V Φ1Φ2Φ3 S1S2S3 图 2-3 电气连接示意图 当S1连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为N极，远离转子为 S极的磁场，这样的定 子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地 S1、S4的送电次序，就能控制转子旋 转的方向。 例如若送电的顺序为 S1闭合→断开→S2闭合→断开→S3闭合→断开S4→闭合→断开，周而 复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转如图2-4。 4 **大学课程设计报告 Φ4 Φ1 Φ3 Φ2 图 2-4 电机旋转模型 若送电的顺序为 S4闭合→断开→S3闭合→断开→S2闭合→断开→S1闭合→断开， 周复始的循 环，则电机就逆时针旋转。 也可以通过给定子依次发脉冲的方式来驱动电机，如图2-5所示，依次给定子 1，定子2，定 子3，定子4发送脉冲，这样循环下去电机就会顺时针旋转。 3D0位 D1位 12 D2位 4 D3位 图 2-5 8255A 发出脉冲驱动电机 （3）步进电机与 8255A 接口关系 M2T PA05 4步 进 电 机 PA1 驱动电路 3 2 1 PA2 PA3 图 2-6 步进电机与 8255A 接口引脚图 5 **大学课程设计报告 2.2.2 可编程并行接口芯片 8255A 1）8255A简介[3] Int