基于PWM细分的步进电机调速报告

下载后可任意编辑 河南工程学院 单片机课程设计论文 论文题目：基于ＰＷＭ 细分的步进电机调速 系 部： 电气信息工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0942班 学生姓名： 葛敬涛(主力) 潘朏朏 李朝光 指导老师： 瓮嘉民 2024年11月7日—11月18日 目录 摘要…………………………………………2 一、 基本方案及原理………………………………3 二、 系统框图………………………………………3 三、 流程图…………………………………………5 四、 仿真图…………………………………………6 五、 硬件电路………………………………………6 六、 程序……………………………………………8 七、 实物照片…………………………………….11 八、 元件清单…………………………………….13 九、 心得体会…………………………………….14 十、 参考文献………………………………………16 摘要：本文以四相五线步进电机为例，介绍了一种利用单片机产生PWM波来实现步进电机细分驱动的方法。该方法充分利用单片机的硬件资源，通过软件控制，产生占空比不同的方波，在电机线圈内产生近似正弦波的阶梯型电流。与常用的恒频脉宽调制方式相比，该方法不需要EI／A转换器和锯齿波发生器，不仅有利于简化电路和节约成本，而且能提高细分精度和电机运行平稳性，适用于需要精密控制的仪器仪表。 关键词：PWM；细分驱动；步进电机；单片机 一、 基本方案及原理 1、基本方案： 利用AT89S52单片机来控制步进电机的速度和方向，完成基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采纳了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。 步进电机是精密仪器仪表中常用的自动化执行部件，具有快速起停、精确步进、易于控制等优点。但是受制造工艺的影响，步进电机一般步距角较大，且有低频振动、噪声等缺点，不能应用于精度、平稳性要求较高的场合。步进电机细分驱动技术是20世纪70年代中期进展起来的可以显著改善步进电机性能并提高步进精度的驱动控制技术。PWM(脉宽调制)细分技术是目前较为常用的方式，其实质是通过在电机线圈中产生阶梯型电流从而改善电机性能并达到细分的目的。 随着仪器仪表技术的进展，各种带PWM模块的单片机越来越多地应用于仪器仪表中，用它可以直接实现仪表中步进电机的细分驱动。本文介绍了一种利用单片机软件产生PWM波实现仪表步进电机驱动的方法，这种方式具有以下优点：(1)与传统的硬件PWM方式相比，驱动电路明显简化，不需要D/A转换器和锯齿波发生器；(2)与纯软件模拟PWM方式相比，程序简单且占用CPU时间少。 2、步进电机PWM驱动原理： 步进电机是通过对定子上的各个线圈交替通电产生进式旋转磁场，从而带动转子作步进式旋转。用MCU驱动步进电机最简单的方式是整步驱动，即利用单片机Io口产生各相脉冲通过功率器件来控制电机运转。这种方法虽然简单却存在精度不高、相电流突致运行不够平稳、有噪声等缺点。细分驱动技术的实质用近似正弦波的阶梯型电流代矩形波电流，产生一个微步旋转磁场，从而带动电机以小的步距角转动。同时由于正弦波电流变化平滑，使电机运行更平稳、更小。PWM技术是采纳脉宽调制方式，即占空比不同的方电压产生不同的平均电流，由于电机线圈电感对电流变的阻碍作用，线圈中的电流波形围绕平均值下波动，当PWM波的频率足够高时，线圈中的电流以看成大小为L的恒定电流。通过调节占空比可以产生不同的平均电流。 二、系统框图 按系统功能实现要求，决定控制系统采纳AT89S52单片机，驱动芯片采纳L298。整个设计以AT89S52单片机为核心，由数码管显示,时钟电路，复位电路。按键控制电路组成。系统方框图如图1。 单片机 AT89S52 P0 P2^2 ~ P2^0 L298步进电机驱动电路 正反控制 P2^7 PWM控制点击速度 按键控制 P1 P3^0 数码管显示 段选 位选 图1硬件模块图 功能简介： 1、 利用单片机程序控制PWM波的占空比来控制电机转速，操作简单方便。 2、 采纳三个按键操作，通过正反按钮控制步进电机的正反转，用加减速按键控制PWM波的占空比从而来控制步进电机的加速与减速。电机最多可以加速9个级别。 3、 电机转动时可以通过数码管来显示电机的转速。 三、流程图恢复现场，中断返回 N Y PWM=1 推断计数是否到n N 推断n？=10 PWM=0 Y 按键扫描确定flag和n的取值 保护现场 T1中断 中断程序流程图 开始 初始化 flag=? 正转 反转 1 0 主程序流程图 四、仿真图 图2 仿真图 五、硬件电路 图3 原理图 图四 电路PCB 1、芯片L298的外形及其工作原理 图5 L298引脚图 L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方便。 L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4．5～7 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为＋2．5～46 V。输出电流可达2．5 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。L298可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，2，3，13，14与电机相连接。本实验我们选用驱动一台四相步进电机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EA,EB接控制使能端，控制电机的停转。 2、显示控制模块 显示模块由7段数码管构成，采纳动态扫描显示方式。AT89S52的P1口直接与数码管的a～g和dp端相连。AT89S52的P3^0控制数码管的开关。工作时电流一般选择在10mA/段左右，这样证即亮度适中，又不会损坏器件，故使用时必须在数码管的每段中串接一个适当阻值的限流电阻。 3、按键模块 通过正反转按键来调节送入接拍的正反，从而来控制步进电机的正反转。通过加按键使单片机产生的PWM波的占空比增大，增大L298的导通时间，从而使步进电机速度增加。通过减按键使单片机产生的PWM波的占空比减小，减小L298的导通时间，从而使步进电机速度减小。 六、程序 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code step1[]={0 x03,0 x06,0 x0c,0 x09}; uchar code step2[]={0 x09,0 x0c,0