三相步进电机控制系统的设计_课程设计说明书(编辑修改稿)

三相步进电机控制系统的设计_课程设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 9 图 3 总体硬件连线 步进电机控制电路 启 /停控制、正 /反转控制、工作模式控制电路分析 原理 图如 图 4 所示 ： 图 4 按键控制图 （ 1） K0K2 为工作模式控制开关， KO 接电时，为步进电机单三拍工作模式； K1 接电时，为步进电机双三拍工作模式； K2 接电时 ，步进电机工作模式为三相六拍， 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 10 （ 2） K3 为启 动 /停 止 控制开关，控制整个系统的开启和关闭。 （ 3） K4 为正 转 /反转控制开关，控制步进电机的转向。 （ 4） K5 速度控制（快慢两档）。 步进电机驱动 电路 将 80C51的 作为步进电机的输出控制口。 电路图如下所示 ： 图 5 步进电机的输出控制口 显示电路 发光二极管显示电路 用 3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示，将 接红灯， 接黄灯， 接绿灯， 正 转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指 示灯亮。 电路图如 下： 图 6 指示灯接线图 八段数码管显示电路 由 80C51 的 P0 口取出显示码，从 80C51 的 输出位选码，设计中我们主要 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 11 用到 4位显示步数既可。 原理图如下： 图 7 显示器 接线图 5 系统软件设计 总体设计 步进电机的工作方式 （ 1）三相单三拍工作方式 在这种工作方式下 ,A、 B、 C三相轮流通电 ,电流切换三次 ,磁场旋转一周 ,转子向前转过一个齿距角。 因此这种通电方式叫做三相单三拍工作方式。 这时步距角θ b (度 )为 mzb 360 (公式 1) 式中 :m──步进电机工作拍数。 z ──转子齿数 单三拍的数学模型： 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 C 相 B相 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 12 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 表 1 （ 2）双三拍工作方式 这种工作方式每次都是有两相导通 ,两相绕组处在相同电压之下 ,以 AB─ BC─ CA─ AB (或反之 )方式通电 ,故称为双三拍工作方式。 以这种方式通电 ,转子齿所处的位置相当于六拍控制方式中去掉单三拍后的三个位置。 它的步距角计算公式与单三拍时的公式相同。 极分度角 /齿距角 = R + k 1/m 进一步化简得齿数 z:  kmRqz  (公式 2) 式中 :m──相数。 q──每相的极数。 k──≤ (m 1)的正整数。 R──正整数 ,为 0、 3……。 双三拍的数学模型： 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 C 相 B相 A相 1 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 2 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 3 0 0 0 0 0 1 0 1 CA 05H 表 2 （ 3）三相六拍 工作方式 在这种工作方式下 ,绕组以 A— AB— B— BC— C— CA— A 时序 (或反时序 )转换 6 次 ,磁场旋转一周 ,转子前进一个齿距 ,每次切换均使转子转动 1. 5176。 ,故这种通电方式称为三相六柏工作方式。 其步距角θ b 为 : 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 13 mzb 2360 (公式 3) 式中 :m──步进电机工作拍数。 z ──转子齿数 三相 六拍的数学模型： 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 C 相 B相 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 4 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 5 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 6 0 0 0 0 0 1 0 1 CA 05H 表 3 系统总体流程图 设计说明：首先复位单片机 ，然后从 P3 口读出开关状态 ，判断是否启动，没启动绿灯亮重新确认启动。 启动后再次读取 P3 口数据，判断工作方式并将对应的用来存储步进电机工作方式字的数组首地址值给 q。 由 口的双向开关来控制步进电机的正反转，如果是正转则红灯亮，反转则绿灯亮。 在电机每走一步后，步数记数加 1，然后通过 LED 显示把工作步数显示出来。 再从 P3口把状态信息读出来，与之前的 P3口的状态信息进行比较。 如果状态信息没有改变，电机继续运行。 如果状态信息改变了，就需要重新返回程序的开端，对电机的运行状态进行判断，让电机重新以新的状态运行。 由此，开关的状态在电机每走一步 都会查询一遍，做到实时地反映。 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 14 图 8 总体流程图 关键模块设计 开始 P3口、步数清零 数码管输出 0 绿色显示灯亮 以已选择的序列输出控制字 K1/K2/K2 选择工作方式控制字序列 短延时 长延时 步数自增一 启 /停按键K3 按下。 正 /反转按键K5 按下。 选择正转控制字序列 红灯亮 选择反转控制字序列 黄灯亮 启 / 停按键K3 按下。 数码管输出步进步数 调 速键K4 按下。 Y Y Y Y N N N N 武汉理工大学《计算机控制 技术 》课程设计说明书 第 页 15 . 三相步进电机模块设计 设计说明：在此设计中，采用的是三相步进电机，对于步进电机模块的程序设计采用循环程序设计方法。 先把正反转向的控制模型存放在内存单元中，然后再逐一从单元中取出控制模块并输出。 首先启动，选择步进电机的拍数，输入步数，然后读入正反转的控制模型驱动步进电机转动。 三相步进电机的流程框图： 图 9 三相步进电机的流程框图 显示模块设计 设计说明：显示模块。