文档介绍：三相步进电机控制系统的设计
三相步进电机控制系统的设计
1 设计任务及要求
设计一个三相步进电机控制系统,要求系统具有如下功能:用K0-K2做为通电方式选择键,K0为三相单三拍,K1为三相双三拍,K2为三相六拍;K3为启动/停止控制、K4方向控制;用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态:正转时红灯亮,反转时黄灯亮,不转时绿灯亮。
2 方案比较及选择 电机驱动选择方案
方案1:使用功率三极管等电子器件搭建成功率驱动电路来驱动电机的运行。优点是电路简单,但信号不够稳定,器件较大而不便电路的集成。
方案2:使用专门的电机驱动芯片ULN2004A来驱动电机运行。其优点是便于电路的集成,且驱动简单,驱动信号稳定,不受外部干扰。
通过对方案的比较,我选择使用电机驱动芯片来作为驱动。
LED显示选择方案
方案1:把所要显示的数据通过专用的七段显示芯片的转换输出给LED显示屏。其优点是输出简单,可以简化程序,但增加了芯片的费用。
方案2:通过软件把所要的数据转化为七段显示的数据,直接通过单片机接口来显示,其优点是简化了电路,但增加了软件编写的负担。
通过对方案的比较,我选择通过软件编写来输出显示信号。
按键状态的读取
方案1:把按键接到单片机的中断口,若有按键按下,单片机接收到中断信号,再通过软件编写的中断程序来执行中断,优点是接线简单,简化了电路,但软件编写较为复杂,不易掌握。
方案2:不使用中断,直接把开关分别接在单片机的接口上,通过查询端口信号来动作。其优点是程序得到简化,可读性加强。
通过对方案的比较,我选择通过查询方式来读取端口信号。
3 系统实现的原理 步进电机控制工作原理 步进电机的启停控制
步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感,即振动感。为了使电机转动平滑,减小振动,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波,可以减小步进电机的步进角,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑,则需采用合适的锁定波形,产生锁定磁力矩,锁定步进电机的转轴,使步进电机的转轴不能自由转动。
步进电机的转向控制
如果给定工作方式正序换相通电,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为三相六拍,即 A-AB-B-BC-C-CA。如果按反序通电换相,即则电机就反转。其他方式情况类似。
系统设计思路
此次我们所设计的是一个步进电机控制系统,主要由单片机80C51,3相步进电机,7段数码管,及一些其他相关元件设计而成。可以通过开关来控制系统的启/停工作,当系统运转时,用开关来控制方向,并使相应的指示灯亮起,同样由开关来选择工作模式。运转时,用4位7段数码管来输出步数。最后根据思路所设计出来的硬件图设计相适应的软件。
系统的整体框图
SHAPE \* MERGEFORMAT
图1 系统的整体框图
4 系统的硬件设计 总体设计
设计一个单片机三相步进电机控制系统要求系统具有如下功能:
(1) 用K0-K2做为通电方式选择键,K0为单三拍,K1为双三拍,K2为三相六拍;
(2) K3、K4分别为启动和方向控制;
(3) 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;
(4) 用4位LED显示工作步数。
根据设计要求用PROTEUS所做的硬件连线图如下图1:
图2 总体硬件连线
步进电机控制电路 、正/反转控制、工作模式控制电路分析
原理图如下:
图3 按键控制图
(1)K3为启/停控制开关,控制整个系统的开启和关闭。
(2)K4为正/反转控制开关,控制步进电机的转向。
(3)K0-K3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。
-。原理图如下:
图4 步进电机的输出控制口
用3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示,,,,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。原理图如下:
图5 指示灯接线图
由80c51的P0口取出显示码,-,设计中我们主要用到4位显示步数既可。原理图如下:
图6 led接线图
5系统软件设计 总体设计
(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