二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)_课程设计任务书(编辑修改稿)

二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)_课程设计任务书(编辑修改稿)内容摘要：

器给驱动器发出脉冲信号时 ,驱动器经过环形分配器和功率放大后 ,电机绕组通电的顺序为BBAABBAA  ,其 4个状态按顺序周而复始进行变化 ,电机转动。 若通电时序就变为 AABBAABB  时 ,电机就逆向转动。 步进电机运转时 ,当达林顿管 Q1和 Q4导通时 ,线圈中电流方向为 A→ A。 当 达 林顿管 Q2和 Q3导通时 ,线圈中电流方向为 A → A。 可见 ,步进电 机线圈中的电流方向在运转过程中是不断改变的。 图 43 二相步进电机原理图 图 44 双极性驱动电路 任务要求需要对二相步进电机进行四拍，八拍的控制。 其两者的区别在于通电时序的不一样，四拍的通电方式为： BBAABBAA  ，而八拍需要在此 基础上进行细分，二相步进电机控制系统的设计 (采用双极性控制 ) 9 其通电方式为： A A A A B B B B B B A A   ABABBBBBAAA 。 由对应的通电方式，在结合图 44，便可以得到对应的单片机管脚 ， ， ， 情 况，绘制出步进电机的四拍，八拍控制方式表格。 如下 表 41和表 42所示： 表 41 步进电机四拍控制通电方式 时序 单片机管脚位 通电的线圈 对应二进制数 转换 16进制数 1 0 0 1 0 A 0010 02H 2 1 0 0 0 B 1000 08H 3 0 0 0 1 A 0001 01H 4 0 1 0 0 B 0100 04H 表 42 步进电机八 拍控制通电方式 时 序 单片机管脚位 通电的线圈 对应二进制数 转换 16进制数 1 0 0 1 0 A 0010 02H 2 1 0 1 0 AABB 1010 0AH 3 1 0 0 0 B 1000 08H 4 1 0 0 1 AABB 1001 09H 5 0 0 0 1 A 0001 01H 6 0 1 0 1 BBAA 0101 05H 7 0 1 0 0 B 0100 04H 8 0 1 1 0 ABAB 0110 06H 由上述所得表格，便可以通过控制单片机 I/O口输出高低电平变化来实现步进电机的四拍，八拍运转。 在编写程序时，设置好控制字， 在 I/O口 做循环输出，便实现了单片机对步进电机的控制。 由于单片机单独带 负载能力较差，步进电机与单片机之间需要接入步进电机的驱动电路 L298。 L298 驱动电路设计 由课题任务要求可知，二相步进电机需 采用双极性（ H桥）控制 ，故考虑使用芯片 L298二相步进电机控制系统的设计 (采用双极性控制 ) 10 来驱动步进电机。 L298N为双全桥步进电机专用驱动芯片 ， 内部包含 4信道逻辑驱动电路，是一种二相和四相步进电机的专用驱动器，可同时驱动 2个二相或 1个四相步进电机，内含二个 HBridge 的高电压、大电流双全桥式驱动器，接收标准 TTL逻辑准位信号，可驱动 46V、2A以下的 步进电机，且可以直接透过电源来调节输出电压；此芯片可直接由单片机的 IO端口来提供模拟时序信号。 在接入步进电机时， OUTl， OUT2 ， OUT3， OUT4接二相步进电机的 A ,A ,B ,B ，二相步进电机的对应管脚以图 45为准， IN1~IN4接单片机的 I/O口，用来控制单片机的正反转以及四拍，八拍通电方式。 芯片的内部结构如下图 45所示： 图 45 L298内部结构 图 由图 45可以看出， L298内部集成有 2个 H桥路，对应的输入接口为： IN1位 ， IN2为， IN3为 ， IN4为。 对应的输出接口为： OUT1接 A ， OUT2接 A ， OUT3接 B ， OUT4接 B。 PROTUS仿真图为： 图 46 驱动电路 PROTUS仿真图 二相步进电机控制系统的设计 (采用双极性控制 ) 11 四 位 LED 数码管显示设计 任务要求需采用 4 位 LED 数码管 显示工作步数，通过查阅相关资料，在仿真 时 采用型号 7SEGMPX4CC 共阴极数码管显示。 其 PROTUS 仿真图如下所示： 图 47 数码管显示仿真图 单片机的 P0口接数码管输入管脚 ABCDEFG以及 DP（可以不用）， P3口接 4位数码管的片选端口 1234， 7段数码管对应的显示数值与输入信号的关系可以由下表得到。 表 43 七段数码管显示功能表 单片机管脚输入 显示 十六进制 A B C D E F G 1 1 1 1 1 1 0 O 3FH 0 1 1 0 0 0 0 1 06H 1 1 0 1 1 0 1 2 5BH 1 1 1 1 0 0 1 3 4FH 0 1 1 0 0 1 1 4 66H 1 0 1 1 0 1 1 5 6DH 0 0 1 1 1 1 1 6 7DH 1 1 1 0 0 0 0 7 07H 1 1 1 1 1 1 1 8 7FH 1 1 1 1 0 1 1 9 6FH 由上表可以得到显示数字与单片机管脚输入信号的对应关系。 只需要控制单片机的 P0口 输出信号即可显示数字，在程序设计中，定义 7段显示数组为 uchar seg[]={0x3f， 0x06， 0x5b， 0x4f， 0x66， 0x6d， 0x7d， 0x07， 0x7f， 0x6f}； 即可 使 数码管显示数字。 二相步进电机控制系统的设计 (采用双极性控制 ) 12 5 软件设计说明 总体流程分析 与设计 软件模块的分析需要根据硬件电路的设计来进行，基于上述硬件电路的分析设计，对整个程序流程需要有个整体的思考与判断。 由硬件电路的设计可以看出，程序需要实现以下几个功能：通过开关实现电机的启用与停止，正转与反转， 加减速， 以及四拍、 八拍的运行方式；由 4位 LED数码管实 现步进步数的显示； 3个发光二极管显示电机的 运行 状态。 程序设计的总体思想是单片机通过判断按键输入电平变化从而选择正反转 ，加减速， 以及四八拍的工作方式。 主程序流程图如图 51所示。 开始设备初始化K2 按下。 扫描键盘，设置运行模式按下 K2 ，启动电机显示步数切换至四拍运转切换至八拍运转YY切换至加速运转 切换至减速运转YYNN模式转换四拍 / 八拍。 速度转换加速 / 减速。 K2 弹起。 YYNN 图 51 主程序流程图 二相步进电机控制系统的设计 (采用双极性控制 ) 13 设置电机转动模式 流程 分析与 设计 由 硬件电路可知，电机的转动由开关 K1~K5来控制， K1为单刀双掷开关，用于 工作模式四八拍的选择，低电平有效； K2为单刀单掷开关，用于启动和停止的选择，开关闭合表示启动，此时为低电平，相反开关断开表示停止，此时为高电平； K3为单刀单掷开关，用于电机正反转的选择，开关 闭合时表示电机正传，此时为低电平，相反开关断开表示电机反转，此时为高电平； K4为单刀单掷开关，用于电机加速 的选择， 开关闭合表示电机加速，此时为低电平； K5为单刀单掷开关，用于电机减速的选择，开关闭合表示电机减速，此时为低电平。 我们通过 80C51读入这六 位控制字，存放在变量 temp中。 对应 temp值如下表所示。 表 51 控制字及与转动方式对应表 K1 K2 K3 K4 K5 temp 转动方式 0 1 0 1 0 1 54H 正向四拍 加速 1 0 0 1 0 1 94H 正向八拍 加速 0 1 0 0 0 1 44H 反向四拍 加速 1 0 0 0 0 1 84H 反向八拍 加速 0 1 0 1 1 0 58H 正向四拍 减速 1 0 0 1 1 0 98H 正向八 拍 减速 0 1 0 0 1 0 48H 反向四拍减速 1 0 0 0 1 0 88H 反向八拍减速 0 1 0 1 1 1 5CH 正向四拍 常速 1 0 0 1 1 1 9CH 正向八拍 常速 0 1 0 0 1 1 4CH 反向四拍 常速 1 0 0 0 1 1 8CH 反向八拍 常速 对应程序段如下 void keyscan() { uchar temp。 while(k2) {mode=0。 step=0。 P2=0xef。 } //停止，绿灯亮； led_green=1。