四相双四拍步进电机控制系统设计.doc

-. z.目录1 引言 12 四项步进电机 12.1 步进电机 12.2 步进电机的控制 12.3 步进电机的工作过程 23 电路图设计 33.1 AT89S52 概述 33.2 最小系统 33.3 复位电路 43.4 拨码电路 43.5 电机驱动电路 54 程序设计 54.1 主程序框图 54.2 步进电机速度控制程序框图 64.3 拨码开关输入程序框图 85 总结与体会 9-. z.附录程序清单10参考文献 19-. z.1 1引言引言本实验旨在通过控制 AT89S52 芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。具体工作过程是：给试验箱上电后，拨动启动开关，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；拨动加速开关，步进电机转速加快，速度到达最大值，不再加速；拨动减速开关时，电机减速转动，速度减到最小速度，停顿减速。实验具体用到的仪器：AT89S52(试验箱上为 89C58)芯片、拨码开关单元、四项步进电机等硬件设备。实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、拨码开关连接电路。2 2四项步进电机四项步进电机2.12.1 步进电机步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停顿的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机那么转过一个步距角。2.22.2 步进电机的控制步进电机的控制1.换相顺序控制： 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为 A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制-. z.A,B,C，D 相的通断。2.控制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，如果按反序通电换相，那么电机就反转。3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。2.32.3 步进电机的工作过程步进电机的工作过程图 2.1 四相步进电机步进示意图开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 C、D 相绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错齿。当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线和 1、4 号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、3 号齿和A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，那么转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。双四拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 3 所示：图 2.2 步进电机工作时序波形图对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：-. z.双四拍运行：正转 AB-BC-CD-DA；反转 DC-CB-BA-AD3 3电路图设计电路图设计3.1AT89S523.1AT89S52 概述概述AT89S52 单片机是 ATMEL 公司推出的高档型 AT89S 系列单片机中的增强型产品。关于其功能原理及其应用不再赘述。这里只介绍本实验用到的端口和功能。P1 口：用户使用的通用 I/O 口，8 位准双向，编程和校验时，可做为高 8 位地址线；P1.0 和 P1.1 引脚另有第二功能此实验没用到，不再介绍P3 口：8 位准双向 I/O 口RST:复位信号输入端，高电平有效EA：访问芯片部和芯片外部程序存储器的选择信号XTAL1,XTAL2:芯片振荡器反相放大器的输出端和输入端3.23.2 最小系统最小系统单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对 52 系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路。图 3.1 最小系统3.33.3 复位电路复位电路复位电路采用手动复位和上电自动复位。-. z.上电自动复位：在单片机上电的瞬间，RC 电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以 RST 引脚出现高电平，RST 引脚出现的高电平将会随着对电容 C 的充电过程而逐渐回落。手动复位：当按下复位按钮时，RST 出现高电平，实现复位。图 3.2 复位电路3.43.4 拨码电路拨码电路拨码开关和 P3 口相连，拨动开关 sw1、sw2、sw3、sw4 来控制电机的启停、正反转、速度的加减。图 3.3 拨码电路3.53.5 电机驱动电路电机驱动电路将步进电机的 A、B、C、D 分别接到 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 管脚上图 3.4 电机驱动电路实物连接：图 3.5 实物连接4 4程序设计程序设计4.14.1 主程序框图主程序框图系统分为电机转动、电机正转、电机反转、电机加速、电机减速和电机停顿这几个局部组成，其主程序框图如图下所示：开场-. z.图 4.1 主程序框图4.24.2 步进电机速度控制程序框图步进电机速度控制程序框图正转局部: 送 P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机正转，数值分别为 0 xf8,0 xfc,0 xf4,0 xf6,0 xf2,0 xf3,0 xf1,0 xf9。流程图如下： 图 4.2 电机正转流程图反转局部:送 P1 口不同的值，从而改变电机电源的相序，是电机反转，数值分别为0 xf9,0 xf1,0 xf3,0 xf2,0 xf6,0 xf4,0 xfc,0 xf8。流程图如下：开场延时有外部中断使用up_date等待初始化定义引脚数据等调用定时器函数程序声明定义延时函数响应中断声明定义定时器初始化函数声明定义按键处理函数调用按键子程序等待电机运转与停顿电机加速电机减速电机正转与反转-. z.:图 4.3 电机反转流程图加速局部:当电机处于正转或反转的时候，按下 K2，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变短，从而实现电机的加速。图 4.4 电机加速流程图减速局部:当电机处于正转或反转的时候，按下 K3，调用加速程序，是电机每转动一部的延时时间变长，从而实现电机的减速。图 4.5 电机减速流程图运行与停顿:按下 K1 键，系统默认是停顿，拨动一次是运行，在拨动一次是停顿，即是基数次运行，偶数次停顿一般不会拨动 N 次，为了看到现象，就拨动少数几次图 4.6 电机开关流程图4.34.3 拨码开关输入程序框图拨码开关输入程序框图用于判断 P3.1、P3.2、P3.3、P3.4开场延时有外部中断奇数次运行偶数次停顿等待开场延时有外部中断速度减小等待开场延时有外部中断速度增加等待开场延时有外部中断down_date等待P3.1？运行或停顿电机加速P3.1？-. z.图 4.7 拨码开关输入程序框图5 5 总结与体会总结与体会通过这次设计实践。我学会了四相双四拍步进电机的工作原理，对计算机控制技术的工作原理和使用方法也有了更深刻的理解。在对理论的运用中，提高了我的工程素质，在没有做课程设计以前，我们对知道的撑握都是思想上的，对一些细节不加重视，当我们把自己想出来的程序用到课程设计中的时候，问题出现了，不是不能运行，就是运行的结果和要求的结果不相符合。通过解决一个个在调试中出现的问题，我对计算机控制技术的理解得到加强，看到了实践与理论的差距，深刻体会到这门课程与实际生活的严密联系。附录附录程序清单程序清单源程序如下：STACK1 SEGMENT STACK DW 256 DUP()STACK1 ENDSDATA SEGMENT K EQU 09H ;工作步数电机减速电机正转或反转P3.1？P3.1？-. z.TABSHZ DB 03H,06H,0CH,09H ;双四拍正转模型TABSHF DB 09H,0CH,06H,03H ;双四拍反转模型TABLE1 DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH ;七段数码管字模DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA,SS:STACK1 START:MOV AX,DATA MOV DS,AX MOV AL,80H ;初始化 8255，工作方式 0，A,、B、C 口均为输出 MOV DX,MY8255_MODE OUT DX,ALWAIT1:MOV AH,08H ;等待启动键0”按下 INT 21H CMP AL,30H JE MAIN JMP WAIT1 -. z. MAIN: MOV AH,08H ;判断工作方式控制键是否按下 INT 21H ;假设键按下转到相应的程序，否那么循环等待. CMP AL,33HJE SHUANGSI ;转双四拍正转CMP AL,34H JE SHUANGSI1;转双四拍反转CMP AL,35HJE QUIT1JMP MAIN;单四拍正转ZHENGSI: MOV AL,02H ;点亮正转指示灯 MOV DX,MY8255_C OUT DX,ALMOV CL,KZHENGSI0:LEA BX,TABLE1 ;数码管显示剩余步数-. z.MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALZHENGSI1: MOV BL,04H ;驱动电机MOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSZZHENGSI2: MOV AH,0BH ;判断是否有按键切换工作方式INT 21H ;有按键跳回判断按键对应程序，否那么继续执行程序INC ALJZ MAIN CALL XIAN ;调用显示子程序，显示工作剩余拍数MOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLY ;调用延时子程序INC DIDEC BL ;判断是否工作完所有拍数，有那么退出等待重选工作方式，否那么继续-. z.循环JNZ ZHENGSI2DEC CLJNZ ZHENGSI0JMP WAIT1;中间跳转SHUANGSI:JMP SHSIZHSHUANGSI1:JMP SHSIF ;双四拍正转SHSIZH: MOV AL,02H MOV DX,MY8255_C OUT DX,ALMOV CL,KSHSIZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CL-. z.XLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSHSIZH1: MOV BL,08HMOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSHZSHSIZH2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN1 CALL XIANMOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIZH2-. z.DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT1;中间跳转程序WAIT00:JMP WAIT1 ;双四拍反转SHSIF:MOV AL,01H MOV DX,MY8255_C OUT DX,AL MOV CL,KSHSIF0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,AL-. z.SHSIF1:MOV BL,4MOV DX,MY8255_BLEA DI,TABSHFSHSIF2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN1CALL XIANMOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SHSIF2DEC CLJNZ SHSIF0-. z.JMP WAIT00 MAIN11:JMP MAIN1 ;四相八拍正转SIBAZH: MOV AL,02H MOV DX,MY8255_C OUT DX,ALMOV CL,KSIBAZH0:LEA BX,TABLE1MOV AL,CLXLAT MOV DX,MY8255_AOUT DX,ALSIBAZH1: MOV BL,08HMOV DX,MY8255_BLEA DI,TABBZ-. z.SIBAZH2: MOV AH,0BHINT 21HINC ALJZ MAIN11CALL XIAN MOV AL,DI OUT DX,ALCALL DLYINC DIDEC BLJNZ SIBAZH2DEC CLJNZ SIBAZH0JMP WAIT00 QUIT:MOV DX,MY8255_A ;完毕退出程序 MOV AL,00H OUT DX,AL-. z. MOV AX,4C00H INT 21H ;软件延时子程序DLY PROC NEAR PUSH CX PUSH AX MOV CX,0FFFFH D1:MOV AX,5FFFH D2:DEC AX JNZ D2 LOOP D1 POP AX POP CX RETDLY ENDPXIAN PROC NEAR ;剩余拍数显示子程序PUSH DX-. z.MOV DL,BLADD DL,30HMOV AH,02HINT 21HMOV DL,20HMOV AH,02HINT 21HPOP DXRETXIAN ENDPCODE ENDS END START参考文献参考文献1艳兵，王忠庆.计算机控制技术.：国防工业，2006.8 2何立民，俊谟单片机中级教程：第 2 版M：航空航天大学，2002 3王鸿钰.步进电机控制入门M.:同济大学,1990. 4房玉明,杭柏林.基于单片机的步进电机开环控制系统J.电机与控制应用，2006，334：64-64. -. z.5强,吴红星.基于单片机的电动机控制技术.：中国电力，2008 6王晓明.电动机的单片机控制第二版.：航空航天，2007.8