当前位置：文档之家 › 利用单片机控制步进电机

利用单片机控制步进电机

  • 格式：doc
  • 大小：127.00 KB
  • 文档页数：6

利用单片机控制步进电机

［Abstract］ The drive signal of stepmotor is mainly given by some dedication circuit now. To certain extent , this is devoid of dexterity and reliability. So , the author designs a stepmotor control system by using singlechip , which have real-time and interchange. The data can be input the with keyboard , and stepmotor was controlled by these data. According to the demand ，users can set the working model of step motor in real-time。 ［Key Words］Singlechip ;Stepmotor;system；control

一．引言 目前 ,步进电机在工业生产及一些仪器上应用十分广泛 ,但步进电机 的驱动信号往往还是用一些专用的模拟芯片控制器或者是信号发生器来产 生 ,缺乏灵活性、可靠性。在一些智能化要求较高的场合 ,用模拟芯片控 制器及信号发生器来控制步进电机有一定的局限 ,可以采用单片机控制步 进电机以改进其性能。 以步进电机为驱动装置构成的控制系统 ,具有价格低、控制简单、容 易维护等优点。且步进电机作为离散化执行元件 ,在数控及其它自动化设 备中得到广泛应用。但由于步进电机常工作在开环状态 ,其失步或过冲直 接影响控制精度。因此 ,如何控制步进电机使其避免失步或过冲是提高步 进驱动系统控制精度的有效方法。步进电机是一种能将电脉冲信号转换成 角位移和线位移的执行元件 ,步进驱动器是由缓冲寄存器.环行分配器、控 制逻辑及正反转控制门组成 ,能把输入的电脉冲转换成环行脉冲 ,以便控 制步进电机 ,功率放大器提高其驱动能力。则控制脉冲频率 ,对应控制步 进电机的速度;控制脉冲个数 ,对应控制步进电机运转的步距角。因此 ,步 进电机的转速与脉冲频率成正比;步进电机运转步距角的多少与脉冲的个数 成正比 ,即脉冲频率越高 ,脉冲数越多 ,步进电机运转的速度和步距角越 大。则对步进电机脉冲的有效控制 ,即可实现对步进驱动系统控制精度的提高。

二.实现原理及相关结构

1.分析与原理 以反应式步进电机为例 ,其典型结构图如图1 所示： 这是一个四相步进电 机 ,当相控制绕组接通脉冲电流时 ,在磁拉力作用下使相的定、转子对齐 ,相邻的 B 相和 D 相的定、转子小齿错开。若换成 B 相通电 ,则磁拉力 使 B 相定、转子小齿 对齐(转过) ,而与 B 相相邻的 C 相和 A 相的定转子小齿又错开 ,即步进 电机转过一个步距角。若按 A →B →C →D →A …规律循环顺序通电 ,则 步进电机按一定方向转动。若改变通电顺序为 A → D →C →B →A ,则电 机反向转动。这种控制方式称为四相单四拍。若按 AB →BC →CD →DA → AB 或 A →AB →B →BC →C →CD →D →DA →A 顺序通电则称为四相双 拍或四相单、双八拍。无论采用哪种控制方式 ,在一个通电循环内 ,步进 电机的转角恒为一个齿距角。所以 ,可以通过改变步进电机通电循环次序 来改变转动方向 ,可以通过改变通电频率来改变其角频率。运用单片机的 输出功能 ,通过编程实现输出四个信号分别给步进电机的四相 A、B、C、 D,并通过输出时信号的循环次序 ,来设定步进电机的转动方向及输出信号 的频率以便设定步进电机的转动频率。因此可以得出如下的结论： (1).步进电机的工作方式：实际使用的步进电机以双四拍的方式工作.若以 AB →BC →CD →DA →AB 次序通电为正转,AD →DC →CB →BA →AD通电 为反转. (2)运动速度的控制：从图2可以看出，当改变CP脉冲的周期时，ABCD四相 绕组高低电平的宽度将发生变化，这就导致通电和断电变化的速率发生变 化，使电机转速发生变化，所以调节 CP 脉冲的周期就可以控制步进电机 的运动速度。

图2 (3)旋转角度的控制：因为每输入一个CP脉冲，就使步进电机四相绕组的状 态变化一次，并相应地旋转一个角度，所以步进电机的旋转角度由输入的 CP脉冲数确定。 因此我们不难得出实现原理:采用单片机产生 A、B、C、D 的四相信号 , 当采用单片机进行控制时 ,需要在单片机和步进电机中间设隔离电路以使 强弱电分离。由于步进电机的驱动电流相对较大 ,可增设放大电路来提供 步进电机的工作电流。系统电路由五部分组成 ,即单片机、隔离、放大、 电源及步进电机。 2.三相步进电机控制电路原理图如图3 三相六拍进/退一步子程序: F1 DATA 30H F2 DATA 31H ...... N IT: MOV F1,# 0DBH ;初位相 CLR F0 ;初位相 ...... UP: MOV A, F1 ;前进一步子程序,取位相 MOV C, F0 ;取位相 CPL A CPL C RLC A SJMP OUT DOWN: MOV A, F1 ;后退一步子程序 MOV C, F0 CPL A CPL C RRC A OUT: MOV F1, A ;保留位相 MOV F0, C ;保留位相 ANL A,#07H ;保留低三位 MOV F2,P1 ANL F2,#0F8 ;保留P1高5位 ORL A,F2 MOV P1,A ;合并后送出 RET 调用进/退程序一次,步进电机走动一步.每步之间必须有延时,不等的延时 可以使电机有不同的转速.如果F1赋初值# 49H去掉程序中的A反.C取反指令 ,即为双三拍方式运行子程序.程序中增加一计数器对进退作加减计数,便可 实现软件对转动定位.

三.硬件部分

(1)单片机电路 本系统是基于提高智能化及灵活性而 设计的 ,对于步进电机的转动方向、转速和转矩数通过键盘输入相应指令 ,由单片机输出步进电机控制信号来实现。用数码管显示输入的转速、方向 和转矩数 ,并在工作时 ,显示剩下的转矩数。运用可编程的并行接口芯片 8255 作为键盘及显示器接口。关于步进电机控制信号通过 8051 的 P1 口 来给出。为了增加步进电机工作的灵活性 ,在启动步进电机工作之后 ,当 有键按下 ,设置产生外部中断 ,达到灵活控制步进电机的目的 。 (2)隔离电路部分 由于步进电机的大功率、高电平会对微型计算机产生比较严重的干扰 ,不 能直接把单片机产生的控制信号直接连在步进电机上 ,需要进行强弱电隔 离。在实际运用中 ,对于强弱电隔离一般采用电子开关方法 ,这里我们采 用光电隔离的方法。 (3)放大电路及步进电机部分 由于步进电机工作需要较大的功率 ,所以需要使用功率放大器来提供步进 电机的工作电流 ,将光电隔离器送来的弱电信号变为强电信号。可以采用 集成功放 ,也可以采用分立元件。为降低成本 ,我们采用分立元件组成的 放大电路 ,如图 4 所示：

设计中采用了晶体管单电压型驱动电路 ,具有控 制方便、调试容易、电路简单和成本低等优点。同时考虑到功率管关断时 会产生较高的自感电势 ,它和电源电压迭加后可能使晶体管击穿 ,在电路 中采用续流二极管加稳压管保护. (4)电源电路部分 由于系统中包含弱电和强电两部分 ,需要提供两种电源电压 ,这里采用集 成稳压器 CW7805 和CW7824 来分别提供 + 5V 和 + 24V 电源 ,两电源不 共地。其中一路给单片机供电 ,另一路给步进电机供电。 (5)步进机接口电路部分设计 步进电机接口电路是驱动和控制各种励磁方式的 3 相、4相步进电机的通 用电路 ,可以通过对单片机系统的设定 ,用同一种电路 ,实现各种不同的 功能 ,从而大大提高了接口电路的灵活性和通用性. a.用按键 S1 实现 3 相、相步进电机的转换 b.用 P1.4 和 P1.3 实现励磁模式的切换 c.用 CP 脉冲的不同分配来控制励磁顺序和通电方式 d. 用 P1. 5 来实现控制步进电机的正反转 e.用Em(14脚)对励磁信号进行检测 f.用 C0(15 脚)对输入脉冲进行检测:用 C0(15 脚)可以用来检测时钟信号 ,可接上示波器观察 C0(15 脚)的输出波形. 还可利用 C0 的变化实现对加 到电机上的高电压进行控制.

四.软件部分 在单片机控制步进电机系统中 ,相应的控制信号由单片机来产生 ,根据需 要通过键盘输入步进电机的转动方向、转动速率及转矩数 ,在工作时用数 码管来显示剩下的转矩数。所以 ,软件部分由四大模块组成:系统监控、键 盘扫描及处理、显示程序、控制信号产生程序。 (1).系统监控模块 在监控模块中 ,应完成系统的启动 ,进行键盘,得到相应键值 ,完成对步进 电机转动方向、转动速率及转动的转矩数的设置 ,并启动步进电机按照要 求进行工作。为增加控制的灵活性 ,键盘输入数据及启动命令采用中断的 方式来实现。所以监控程序只完成对系统的初始化设置 ,通过键盘中断 , 实现键盘扫描及处理程序的跳转。 (2).键盘扫描及处理、显示模块 本模块应完成对键盘有无键按下进行确认 ,当有键按下时 ,确定按键值 , 并根据所得键值进行处理(包括所按键是不是输入键还是执行键。如是输入 键 ,启动数据输入程序;如是执行键就启动产生, 步进电机控制信号程序) 。显示模块主要是完成在进行数据输入时 ,显示输入的数据值(转矩数、转 动方向、转动速率及运行方式) ,其流程如图 4 所示：

(3).控制信号产生模块 本模块根据从键盘上输入的数据 (包括转矩数、转动方向、转动速率及运 行方式) ,产生步进电机控制信号 ,通过程序 8051 的 P1 口输出 ,其流程 图如图 5 所示：

合集下载

基于stm32控制的步进电机程序代码

基于stm32控制的步进电机程序代码

基于stm32控制的步进电机程序代码一、前言步进电机是一种常见的电机类型，其控制方式也有很多种。

在本文中，我们将介绍如何使用STM32控制步进电机。

二、硬件准备在开始编写程序之前，我们需要准备以下硬件：1. STM32单片机开发板2. 步进电机驱动板3. 步进电机4. 电源三、步进电机驱动原理步进电机驱动原理是通过不同的脉冲信号来控制步进电机转动。

其中，每个脉冲信号代表着一个步进角度，而不同的脉冲序列则可以实现不同的转速和方向。

四、STM32控制步进电机程序代码以下是基于STM32控制步进电机的程序代码：```c#include "stm32f10x.h"#define CLK_PORT GPIOA#define CLK_PIN GPIO_Pin_0#define DIR_PORT GPIOA#define DIR_PIN GPIO_Pin_1void delay_us(uint16_t us){uint16_t i;while(us--){i = 10;while(i--);}void step(uint8_t dir){if(dir == 0)GPIO_ResetBits(DIR_PORT, DIR_PIN);elseGPIO_SetBits(DIR_PORT, DIR_PIN);for(int i=0; i<200; i++){GPIO_SetBits(CLK_PORT, CLK_PIN);delay_us(2);GPIO_ResetBits(CLK_PORT, CLK_PIN);delay_us(2);}}int main(void){GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = CLK_PIN;GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;GPIO_Init(CLK_PORT, &GPIO_InitStructure);GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DIR_PIN;GPIO_Init(DIR_PORT, &GPIO_InitStructure);while(1){step(0);delay_us(1000);step(1);delay_us(1000);}}```五、代码解析1. 定义了CLK_PORT和CLK_PIN，用于控制步进电机的脉冲信号。

单片机在步进电机控制中的应用

单片机在步进电机控制中的应用

浅谈单片机在步进电机控制中的应用摘要：本文基于stc89c52单片机实现了两个步进电机的数字控制，其中一个工作台可以平稳移动是通过加速、减速控制来实现的；而另外一个驱动工件旋转运动，且可调速、可显示加工时间，从而满足了设备加工控制的需求。

关键词：步进电机；stc89c52单片机一、系统功能本系统主要由两部分组成，即控制部分与显示部分，其中控制部分由电机换向控制、电机转速控制以及加减速控制等功能组成；加工时间显示以及电机转速显示则组成显示部分。

本系统通过单片机实现对两个步进电机的控制，其中一个驱动工作台平稳移动，另外一个则驱动加工工件进行旋转运动；电机转速通过lcd显示，而加工时间的显示则由数码管来实现。

二、电路设计本系统中步进电机采用68v的工作电压，电流最大值为8.28安培，驱动器采用配套的sd-2h086mb驱动器，其响应快且抗干扰性强，因此可以解决步进电机爬行速度低、噪声大、高速力矩低以及有共振区、较低的起动频率和驱动器可靠性差等不足。

不过尽管电机配备有驱动器，但是假如将单片机端口与驱动器控制接口直接连接，则端口的电压将归0，所以单片机系统中还需设置驱动装置。

本文利用专用的驱动芯片，其驱动力强、可靠性高，且适用性好。

26ls31芯片的驱动通过差分电路来实现，按照步进电机的控制需求，1号电机的脉冲发出端口p1.0、方向信号端口p1.1、使能信号端口p1.2以及2号电机的脉冲信号端口p1.3、使能信号端口p1.4等均被驱动，2号电机转向不变，不接方向信号。

其驱动接线图及驱动电路图分别如下图1和图2所示：三、控制系统的实现（一）加减速曲线的分析与实现其实所谓的加减速就是速度变化的过渡过，在起动阶段，控制频率以特定的规律慢慢增加，从而速度可以平稳的升至预定值；而停止时控制频率再以相应的规律慢慢减小，从而速度平稳的降低直至完全停止。

一般加减速算法有梯形曲线和指数曲线以及s曲线三种，其中s曲线算法加减速平稳，而且有较好的快速性及柔性，因此在数控系统中应用广泛。

毕业设计论文 基于单片机的步进电机控制器

毕业设计论文 基于单片机的步进电机控制器

第1章绪论 (2)1.1引言 (2)1.2步进电机常见的控制方案与驱动技术简介 (4)1.2.1常见的步进电机控制方案 (4)1.2.2步进电机驱动技术 (6)1.3本文研究的内容 (8)第2章步进电机概述 (9)2.1步进电机的分类 (9)2.2步进电机的工作原理 (10)2.2.1结构及基本原理 (10)2.2.2两相电机的步进顺序 (10)2.3 步进电机的工作特点 (13)2.4本章小结 (15)第3章系统的硬件设计 (16)3.1系统设计方案 (16)3.1.1系统的方案简述与设计要求 (16)3.1.2系统的组成及其对应功能简述 (16)3.2单片机最小系统 (18)3.2.1AT89S51简介 (18)3.2.2单片机最小系统设计 (23)3.2.3单片机端口分配及功能 (24)3.3串口通信模块 (24)3.4数码管显示电路设计 (25)3.4.1共阳数码管简介 (25)3.4.2共阳数码管电路图 (26)3.5电机驱动模块设计 (27)3.5.1L298简介 (27)3.5.2电机驱动电路设计 (28)3.6驱动电流检测模块设计 (30)3.6.1OP07芯片简介 (30)3.6.2ADC0804芯片简介 (32)3.6.3电流检测模块电路图 (35)3.7独立按键电路设计 (36)3.8本章小结 (36)第4章系统的软件实现 (37)4.1系统软件主流程图 (37)4.2系统初始化流程图 (38)4.3按键子程序 (39)结论 (43)1第1章绪论1.1引言步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。

步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。

基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告

基于单片机的步进电机控制系统的设计开题报告

基于单片机的步进电机控制系统的设计一、选题的背景和意义当今工业控制的主流系统，是以微处理器为核心的控制系统，这种系统已经取代了常规的模拟检测、调节、显示、记录等仪器设备的系统，并且具有高度复杂的计算方法和处理方法，被控制对象的各种动态过程都能按照规定的方式和要求来运行。

一般步进电机控制器都用硬件来实现，比如市场上的一些脉冲分配器专用集成电路，这些集成电路体积小，驱动效率高，系统控制也比较稳定，可广泛用于要求高精度、高稳定性的设备中，但是这些驱动模块也有一些缺点：控制机理比较难掌握；品种少，价格高；部分模块只能用于特定场所实习专用功能。

而基于单片机的步进电机控制系统就能很好地解决这些问题：采用单片机的软件和硬件结合进行控制，运用其强大的可编程和运算功能，充分利用单片机的各种资源，能灵活的对步进电机进行控制，实现其不同模式、步数、正反转、转速等控制，如果需改变控制要求，一般只需改变软件就能适应新的环境。

这样的系统能运用于许多设备中，小到打印机，纸带输送机构，卡片阅读机，大到军用仪器，通信和雷达设备，航空航天工业的系统中。

因而，对于单片机的步进电机控制系统的研究也就显得非常重要了。

二、研究目标与主要内容（含论文提纲）1、本课题的研究目的之一就是设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，适应性强，操作方便，交互性强，可靠性高的步进电机控制系统。

并且这套系统能够有机地把电子技术、单片机技术、电机的控制技术结合起来。

2、设计一套完整的步进电机H桥驱动电路，并通过理论、仿真的方法对所设计的驱动电路进行验证。

3、设计一套完整的包括键盘电路、显示电路在内的外围电路。

4、对整个控制系统的软件进行编制。

1引言1.1 国内外的研究情况1.2 步进电机控制系统设计的意义1.2.1 国内外常见的步进电机控制系统1.2.2 步进电机基本驱动类型1.3 本论文研究的主要工作和安排2 步进电机的概况2.1 步进电机的特点2.2 步进电机的类型2.3 反应式步进电机3 步进电机控制系统的概述3.1 步进电机控制系统简介3.2 本系统简介及特点3.3 本系统可实现功能4 系统硬件设计4.1 系统组成4.2 系统核心——AT89C20514.2.1 AT89C2051简介4.2.2 系统端口分配4.3 系统外围电路设计4.3.1 显示电路设计4.3.2 键盘电路设计4.3.3 步进电机脉冲输出电路4.4 驱动电路4.4.1 电路原理4.4.2 元件参数选择4.4.3驱动电路仿真5 系统软件设计5.1 系统软件主流程5.2 系统软件运行仿真6 实物制作6.1 硬件制作6.2 程序烧入运行7 总结与展望7.1 本项目取得的成果7.2 研究的不足之处致谢附录三、拟采取的研究方法、研究手段及技术路线、实验方案等本论文首先简单介绍了步进电机的应用和发展的历史，然后介绍了步进电机常见的控制系统方案和常见的驱动方案，在这个基础上提出了自己的设计目的，即设计一套硬件系统较简单、经济，但功能较为齐全，操作方便，适应性强，可靠性高，而且能人机交互的步进电机控制系统。