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引言
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件,由于步进电机具有控制方便、体积小等特点,所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用,为步进电动机的应用开辟了广阔前景,使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现,既降低了硬件成本又提高了控制的灵活性,可靠性及多功能性。在当今社会的各个领域步进电机无处不在,应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。因此,设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。基于单片机的步进电机控制系统,能够有效地对步进电机转速、方向等进行控制。
本设计采用16位单片机AT89S52对步进电机进行控制,通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号,信号经过驱动芯片驱动步进电机;同时,用按键来对电机的状态进行控制,并用数码管显示电机的转速,
1 课题背景
步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一,是一种性能良好的数字执行元件,随着计算机应用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入,步进电机的需求量越练越大。
随着工业技术的不断发展,以及同类产品的不断出现,步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来,数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展,推动步进电机的发展,为步进电机的应用开辟了广阔的前景,近几年来,步进电机需求量一直呈现出较快的增长速度,其中扫描仪、打印机、传真、DVD-ROM/CD-ROM驱动器、空调及多功能自动化办公设备等应用对步进电机的需求增长最强。,步进电机向着小型、薄型和更小的步进角度发展。
步进电机有着方方面面重要应用,如何对其进行有效控制,使其能够发挥最大的优势是各个行业技术开发人员所共同关注的,本次设计了一套简单的通用控制系统,对步进电机的转速、方向实行手动控制,并能通过数码管显示其转速。
2 设计要求
本设计主要研究单片机控制步进电机,对步进电机的转速、方向进行控制和显示。
该系统的主要技术参数
(1)系统供电电源:电压:12V、5V;额定电流:。
(2)驱动电源输出:四相八拍方式。
(3)步踞角:°。
该系统要实现的主要功能:
(1)能实现步进电机的正转、反转控制。
(2)能实现步进电机的转速控制。
(3)扩展功能:实现步进电机点动的转动控制及正反转控制。
3 方案论证
步进电机选择
由于本系统是基于单片机的步进电机系统,实际上是设计步进电机的驱动电路,而设计步进电机的驱动电路有一个必须遵循的原则:先选择步进电机后进行驱动电路设计。所以在此先介绍步进电机的选择,而这个问题的又分为步进电机在理论上的选用以及理论联系实际对步进电机的选用。
步进电机作为本系统的主要组成部件,它的参数选取以及电机的性能指标直接影响到系统控制精度及运行可靠性。步进电机和一般直流电机不同,它的性能指标与驱动电源及测试条件关系很大。同样一个步进电机,当驱动电源或测试方法改变了,其性能会千差万别。不同厂家制造的步进电机,只有在相同的控制电源以及测试条件下进行比较才有意义。因此只有对步进电机的参数和特性有比较深刻的了解,才会更好地选用和使用步进电机。
(1)步进电机的主要参数
①步距角
在电机内不带任何减速装置的情况下,输入一个脉冲信号,步进电机所转过的机械位移即为步距角。电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。°/°(五相电机)、°/°(二相、四相电机)、°/3° (三相电机)等。鉴于在本市购买步进电机的困难以及目前市场上广泛应用的是二相、四相混合式电机,°四相混合式步进电机。
,通过计算:360°/°=400,则步进电机转一圈需要400步。
②步进电机的相数
步进电机的相数是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。每相都包括电机绕组以及和绕组串联成一个支路的其他元件。在没有细分驱动器时,主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。
③额定电压
指步进电机各相绕组主回路上的直流电压。电压波纹系数不宜过大,一般情况下应小于5%。为了步进电机及其配套电源的标准化,国家标准GBn113-81规定步进电机的额定电压为:
单电压驱动:6,1