精品论文]基于单片机实现的四相步进电机控制器设计

精品论文]基于单片机实现的四相步进电机控制器设计内容摘要：

见，反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。 当转子齿数一定时，转子旋转速度与输入脉冲频率成正比，或者说其转速和脉冲频率同步。 改变脉冲频率可以改变转速，故可进行无级调速，调速范围很宽。 此设计使用的电机步距角 θ b=，所以 ZRN=360o/θ b=360o/=48。 故 n=60f/48。 由于可调频率为 16~500Hz,所以转速为 20~625r/min。 系统组成 经过方案比较与论证，最终确定的系统组成框图如图 所示。 其中单片机作为主控设备控制系统的输入和输出。 红外发射和接收模块实现对四相步进电机的较远距离的遥控控制。 功率放大驱动电路放大单片机分配的控制脉冲，显示模块则能显示电机当前的运行状态。 图 .8 系统组成方框图 按键输入 功率放大驱 动电路 四相步进 电 机 控制开关 单 片 机 单片机电源 状态显示 红外接收 单 片 机 红外 发射 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 功率放大驱动电路方案设计 设计电路图如图 所示。 该单元电路 采用 两 级 9014 三极管达林顿接法，能很好的满足放大要求。 泄放回路采用二极管 电 阻方案，发光二极管通过一级三极管放大用来显示通电的相。 根据本次采用的步进电机参数，使用 9014 三极管两极放大能满足驱动要求。 参数计算如下： ( ) / ( 5 * 2 ) / 33 0 * * 25 0 *2 50 * 68 1 2* 25 0 * 68 69 1 2I U U R m Ab i beI I m AcbI I m AcbI I I m Acc             理论计算的最大输出电流为 ,实际值并没这么大，且电机每一相的运行是断续的，不会给三级管带来太大的负担， 所以此 方案基本 满足步进电机的驱动要求。 R23 30 KR43 30 KR33 30 KR 1 01 00R81 00R91 00R 2 2 4 7KR 2 34 7KR 2 44 7KP39 01 4P59 01 4P79 01 4P49 01 4P69 01 4P89 01 4P29 01 4B1C2E3P19 01 4R 2 14 7KR71 00ABCDV S SV T 19 01 3V T 29 01 3V T 39 01 3V T 49 01 3R 3 11 00R 3 21 00R 3 31 00R 3 41 00D1D3D4D2I N 1I N 2I N 3I N 4L1L E DL2L E DL3L E DL4L E DR1 3 30 K 图 驱动电路电路图 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 显示电路方案设计 采用动态显示的方法实现状态 的显示： 44— P（双四正转）， 44— N（双四反转）， 48— （单双八拍正转）， 48— N（单双八拍反转），以及频率的显示。 本设计单片机系统的状态显示电路如图 所示。 S8KEY8S7KEY7D03Q02D14Q15D27Q26D38Q39D413Q412D514Q515D617Q616D718Q719OE1LE11U37 4H C 3 7 3R 2 0 1 0KR 2 1 1 0KR 2 2 1 0KR 2 3 1 0KV C CD0D1D2D3D4D5D6D7E1D2H3G5463829112C4B7A11F10L E D 7 1L E D 7 SS5KEY5S6KEY6S4KEY4S3KEY3S2KEY2S1KEY1E1D2H3G5463829112C4B7A11F10L E D 7 0L E D 7 SQ39 01 2Q29 01 2Q19 01 2Q09 01 2R 1 0 4 70R 1 1 4 70R 1 2 4 70R 1 3 4 70R 1 4 4 70R 1 5 4 70R 1 6 4 70R 1 7 4 70Q79 01 2Q69 01 2Q59 01 2Q49 01 2R 2 4 1 0KR 2 5 1 0KR 2 6 1 0KR 2 7 1 0KV C C V C C V C C V C C V C C V C C V C C V C CK B I T 1K B I T 2K B I T 3K B I T 4K B I T 5K B I T 6K B I T 7K B I T 8D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 图 显示电路电路图 该单元电路主要采用总线来扩展 I/O 单元，其中有 8 个共阴 LED 数码管和一个数据锁存器 U3。 KBIT1— KBIT7 是数码管的位选控制信号， KEYBEC 是键盘输入检测信号。 数码管在系统中是分时扫描控制的，当控制数码管显示时， KBIT1— KBIT7 控制八个数码管的位码， KBIT1— KBIT7 为低电平，三极管 Q0Q7 导通，数码管点亮，显示段码的数据。 当键盘控制时， KEYBEC是连在单片机的 T1口上的（该口内部有上拉电阻），给 D0D7 输入高电平，控制单片机扫描 KEYBEC 口，如果键盘有键按下，与键盘相连的二极管导通，将电平钳制在 ，所以只要扫描到 KEYBEC 变为高电平，就可以判断有键按下了。 单片机电源电路设计 该电路主要由 1 个 7805 芯片 U2， 1 个整流桥 D 以及一些电阻和电容组成。 输出固定的正 5V电压 ,输入端接电容 C12可以进一步滤除低次纹波 ,C3 滤出高次谐波。 C11 能改变负载的瞬态影响。 输出 端接电容 C4 和 C11 再次滤波，使输出电压更稳定。 电路如图。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN um be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 11 A pr 2 00 5 S he e t o f F i l e : F : \下载文件 \学习期的设计与制作 \ M c u .d db D r a w n B y :+ C 1247 0 u+C 1147 0 uR23KV i n1GND3+ 5V2U2L M 78 05C3C412J1C O N 2P1P O W E R ( + 9V )V C CV C CDB R I D G ED9LEDSS W S P S T 图 单片机电源电路图 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 红外发射电路设计 此电路用单片机和矩阵式按键实现控制电机运行方式转换及加减速的脉冲发射，单片机采用 AT89S52，其采用最小化应用系统设计。 发光二极管显示红外发射管是否发射出红外信号。 采用了两个红外发射管同时发射红外信号，实现大范围，宽角度发射，保证接收的可靠性。 采用矩阵式按键便于扩展功能。 电路图如图 所示。 E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 101P 112P 123P 134P 145P 156P 167P 178P 0039P 0138P 0237P 0336P 0435P 0534P 0633P 0732P 2021P 2122P 2223P 2324P 2425P 2526P 2627P 2728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U2A T 89 S 5 1S6K E Y 6S8K E Y 8S7K E Y 7S4K E Y 4S5K E Y 5S1 2MC13 0p FC23 0p FK B 1K B 2K B 3K B 4K B 5X T A L 1X T A L 2K B 6K B 7K B 8K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5123456789J1C O N 9K B 1K B 2K B 3K B 4K B 5K B 6K B 7K B 8V C CX T A L 1X T A L 2V C CS3K E Y 3S2K E Y 2S1K E Y 1K B 6K B 7K B 8123456J2S 51 _ I S PM O S IM I S OR E S E TS C KV C CGNDM O S IM I S OS C KR E S E TR18 .2 KR24 .7 KR322V T 19 01 3C41 0u FV C CR E S E TT T 1T T 1S9K E Y 9S 10K E Y 10S 11K E Y 11S 12K E Y 12S 13K E Y 13S 14K E Y 14S 15K E Y 15S 16K E Y 16R 1 14 .7 KR 1 24 .7 KR 1 34 .7 KR 1 44 .7 KV C CR44 .7 KR522V T 29 01 3V C CT T 2T T 2C3 0 .0 1 u+C 1 1 1 00 u12J3C O N 2V C CGNDT1L E DT2L E D 图 红外发射电路图 编程语言 本设计中采用汇编语言对单片机进行编程。 采用的是自下而上的设计方式，先设计出每一个模块（子程序），然后再慢慢扩大，最后组成整个系统。 采用汇编语言编程对编程者有着特殊的要求，它不如用 C 语言编程轻松，它要求编程者对单片机的内部结构和外围电路非常了解，尤其是对指令系统必须非常熟悉，而且用汇编语言开发软件是比较辛苦的，程序量也比较大，方方面面都需要考虑，一切问题都需要编程者安排。 但是使用汇编语言进行编程所占的资源较少，产生代码质量高，且执行完成情况佳。 软件实现方法 软件的设计主要是通过按键查表控制 步进电机的转速，并用按键来切换电机的正反转与运行状态，同时，用两个数码管分别显示频率与电机运行状态。 本设计可实现对电机转速的调节，运行状态双四拍正转，双四拍反转，单双八拍正转，单双八拍反转之间进行转换。 其设计原理框图如图 31 所示。 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 课件之家精心整理资料 欢迎你的欣赏 图 程序设计原理框图 由于所用的晶振为 12MHz， 以此作为步进电机的脉冲信号的话电机会出现失步甚至不能启动，且作为运行的频率也太高。 因此首先对该晶振进行分频，得到频率比较小的脉冲作为电机的步进脉冲信号。 经验证， 方波的频率为 1Hz～ 500Hz 时能很好的驱动电机运行。 通过分频的信号叠加产生不同频率的脉冲，这些频率（ 16HZ500HZ）被转换成相应的定时器基值，然后以表的形式存储在单片机程序存贮器中。 通过按键查表更新定时器基值，从而实现电机的调速。 双四拍正转 双四拍正转运行方式是 AB→ BC→ CD→ DA→ AB。 对应的功能如表 所示。 双四拍反转 双四拍。