文档介绍：课题名称步进电机控制系统设计
目录
第1章绪论 1
步进电机控制方案与驱动技术简介 5
本文研究的内容
第2章系统的硬件设计 16
系统设计方案 16
单片机最小系统 18
串口通信模块 24
数码管显示电路设计 25
电机驱动模块设计 27
驱动电流检测模块设计 30
36
第3章系统的软件设计 37
系统软件主流程图 37
系统初始化流程图 38
按键子流程序 39
第4章总结 43
致谢 44
参考文献 45
摘要:本文应用单片机、步进电机驱动芯片、字符型LCD和键盘阵列,构建了集步进电机控制器和驱动器为一体的步进电机控制系统。二维工作台作为被控对象通过步进电机驱动滚珠丝杆在X/Y轴方向联动。文中讨论了一种以最少参数确定一条圆弧轨迹的插补方法和步进电机变频调速的方法。步进电机控制系统的开发采用了软硬件协同仿真的方法,可以有效地减少系统开发的周期和成本。最后给出了步进电机控制系统的应用实例。
关键词: 步进电机控制系统,插补算法,变频调速,软硬件协同仿真
第1章绪论
步进电机控制方案与驱动技术简介
步进电机控制方案
单片机的控制
采用单片机来控制步进电机,实现了软件与硬件相结合的控制方法。用软件代替环形分配器,达到了对步进电机的最佳控制。系统中采用单片机接口线直接去控制步进电机各相驱动线路。由于单片机的强大功能,还可设计大量的外围电路,键盘作为一个外部中断源,设置了步进电机正转、反转、档次、停止等功能,采用中断和查询相结合的方法来调用中断服务程序,完成对步进电机的最佳控制,显示器及时显示正转、反转速度等状态。环形分配器其功能由单片机系统实现,采用软件编程的办法实现脉冲的分配。
本方案有以下优点:(1)单片机软件编程可以使复杂的控制过程实现自动控制和精确控制,避免了失步、振荡等对控制精度的影响;(2)用软件代替环形分配器,通过对单片机的设定,用同一种电路实现了多相步进电机的控制和驱动,大大提高了接口电路的灵活性和通用性;(3)单片机的强大功能使显示电路、键盘电路、复位电路等外围电路有机的组合,大大提高系统的交互性[5]。
步进电机驱动技术
步进电动机上个世纪就出现了,它的组成、工作原理和今天的反应式步进电动机没有什么本质区别,也是依靠气隙间的磁导变化来产生电磁转矩。上世纪
80年代以后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电动机的控制方式变得更加灵活多样。步进电机驱动技术指的是用步进电机驱动器的驱动级来实现对步进电机各相绕组的通电和断电,同时也是对绕组承受的电压和电流进行控制的技术。到目前为止,步进电机驱动技术通常分为单电压驱动、单电压串电阻驱动、高低压驱动、斩波恒流驱动、升频升压驱动和细分驱动等。
本文研究的内容
在一般的步进电机工作中,其电源均采用单极性直流电,通过对步进电机的各相绕组按恰当的时序方式通电,就可使其执行步进转动。当某一相绕组通电时相应的两个磁极就分别形成N-S极产生磁场,并与转子形成磁路。在磁场的作用下,转子将转动一定的角度,使转子齿与定子齿对其,从而使步进电机向前“走”一步。转子的角位移大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入的脉冲同步。只要能正确控制输入的电脉冲数、频率以及电机各相绕组通电的相序,即可得到所需要的转角、转速及转向,通过单片机很容易实现对步进电机的数字控制。
本设计采用AT89S51单片机实现对两相步进电机的转速控制。由单片机产生的脉冲信号经过脉冲分配器后分解出对应的四相脉冲,分解出的四相脉冲经驱动电路功率放大后驱动步进电机的转动。
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。
第2章系统的硬件设计
系统设计方案
系统的方案简述与设计要求
本设计采用单片机AT89S51来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件,采用了电机驱动芯片L298及其外围电路构成了整个系统的驱动部分,再加上作为执行部件的步进电机来构成了一个基本的步进电机控制系统。系统的
具体功能和要求如下:
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、正转、反转控制;
,;
,最低转速为25转/分,最高转速为100转/分;
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系统的组成