《步进电机论》word版.doc

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY设计题目： 步进电机控制器 学生姓名： 李毅航 刘权兵 徐重瑶 张国为 学院名称： 电气与信息工程学院 专业名称： 电子信息工程 班级名称： 电子 0841 学 号： 22 24 34 37 完成时间： 2011年7月6日 2011 年 7 月 6 日小组成员：电子0841班 22号 李毅航 （程序源代码）电子0841班 24号 刘权兵 （Proteus电路设计）电子0841班 34号 徐重瑶 （论文）电子0841班 37号 张国为 （Protel原理图和PCB图）步进电机控制器李毅航、刘权兵、徐重瑶、张国为 （电子0841班 22号、24号、34号、37号）摘 要： 步进电机是一种以脉冲控制的转动器件，由于是以脉冲驱动，很适合心数字或微型计算机来控制，所以我们又把它当成是一种数字器件。本设计主要是运用51单片机控制4相步进电机系统，由单片产生驱动脉冲信号，控制步进电机以一定的转速向某一方向转动，并用LCD液晶显示器显示其实时工作状态关键词：单片机；步进电机；脉冲；LCD液晶显示器引言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止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，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 在工业控制系统中，最常见的是对步进电机的控制。步进电机的数字控制是步进电机控制的发展趋势， 用单片机对步进电机进行控制是实现电动机数字控制的最常用手段。1. 步进电机工作原理步进电机按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等4种主要型式，下面主要以四相磁阻式步进电机为例说明步进电机的工作原理。图1是一个四相磁阻式步进电机的结构示意图，该电机定子上有8个凸齿，相距180度的两个凸齿构成一相，每一相上的线圈反相连接，这样8个齿就构成四相，AA1,BB1,CC1,DD1，因此称为四相步进电机。 图1四相磁阻式步进电机的结构示意图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。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示： a b c图2 步进电机工作时序波形图 2. 步进电机控制系统设计本设计的功能是实现一个基于51单片机控制的4相步进电机系统，由单片机产生驱动脉冲信号，步进电机的驱动器收到驱动脉冲信号后，步进电机将会按照设定的方向转动一个固定的角度，将电脉冲转化成角位移。电机的转速由脉冲信号频率来控制决定，可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到调速的目的。 系统框图如图3所示:时 钟脉 冲单片机AT98C51电机驱动器步 进电 机128*64 LCD驱动与显示键 盘 图3系统框图驱动电路的主要作用是实现功率放大。一般脉冲分配器输出的驱动能力是有限的，它不可能直接驱动步进电机，而要经过一级功率放大。3. 硬件电路设计在单片机控制的步进电机系统中，输入由单片机接口电路构成的5个按键完成，单片机根据输人的键值控制步进电机的正反转、停止和加减速的操作信号，并在LCD显示器中显示出其工作状态，再由驱动电路输出脉冲控制步进电机的运行。如图4所示:图4 硬件电路图像直流电机一样，步进电机也需要驱动电路才能被单片机的I/O口控制，这是因为对于电机这类功率器件，普通单片机的I/O口驱动能力不够。为了让步进电机能够运转起来，还要有一套驱动电路才能让它有足够的能量。下面图5是一个12V的4相步进电机的驱动电路图:图5 步进电机的驱动电路在这个设计中，我用到了一个128*64的LCD液晶显示器来显示步进电机的实时工作状态。下面图6为LCD器件图，表1为LCD引脚功能: 表1 LCD显示器功能表引脚号引脚名称功能说明1H: 选择芯片IC1（右半屏）信号2H: 选择芯片IC2（左半屏）信号3GND模块的电源地 4VCC模块的电源正端 5V0LCD驱动电压输入端 6RSH/L 并行的指令/数据选择信号 7R/WH/L 并行的读写选择信号 8EH/L 并行的使能信号 9DB0数据0 10DB1数据1 11DB2数据212DB3数据313DB4数据414DB5数据5 15DB6数据6 16DB7数据717H/L 复位 低电平有效 18-Vout电源 图6 LCD器件图设计步进电机的Protel的原理图和PCD电路图如下图7、图8图7 Protel原理图图8 PCB电路图4 软件设计4.1 流程图 软件程序构成包括主程序和子程序两部分。主程序控制各个硬件电路的执行过程顺序而子程序主要是一些功能性程序，如定时器服务子程序、键消延时子程序以及键扫描程序。开始执行时，先初始化各引脚(设计用的是P2口引脚实现对驱动芯片及步进电机的控制，P1口用于键盘控制)。然后开始执行主程序，完成设置定时器选择及工作模式选择，再设置激励方式、转向轨迹、步进电机转向。尔后再调用键盘扫描函数，根据不同的按键信号执行不同的控制功能。流程图如图7、图8所示:图8 中断服务程序流程图图7 主程序流程图 4.2 软件编程PHASE EQU 11H;驱动方式TIMES EQU 10LCDPAGE EQU 0B8HLCDLINE EQU 040HPAG EQU R0COL EQU R1E BIT P3.5RW BIT P3.4RS BIT P3.2L BIT P3.1R BIT P3.0BUSY BIT P2.7 ORG 0000HAJMP STARTORG 0013HLJMP KEYORG 0100H;-主程序-;START: MOV P2,#0FFH ;显示 LCALL INILCDLCALL CLEARMOV PAG,#00HMOV COL,#10H MOV DPTR,#CHANG LCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#20HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#30HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#40HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#50HLCALL DISPLAYMOV PAG,#00HMOV COL,#60HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#00HMOV DPTR,#DIANLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#10HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#20HLCALL DISPLAYMOV PAG,#06HMOV COL,#30HLCALL DISPLAY MOV IE,#10000100BSETB IT1MOV SP,#070HSTR: JBC B.0,RL_11JBC B.2,RR_11MOV PAG,#02HMOV COL,#20HMOV DPTR,#R_0LCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#30HLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOV COL,#40HLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#50HLCALL DISPLAYMOV R5,#30LCALL DELAYMOV PAG,#02HMOV COL,#20HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#30HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOV COL,#40HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#50HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV R5,#30LCALL DELAYSJMP STRRL_11: LJMP RL_1RR_11: LJMP RR_1;-按键子程序-;KEY: ;定时器按键扫描 PUSH ACCPUSH PSWMOV R2,#200DJNZ R2,$ ;防抖延时MOV A,P1JNB ACC.0,KEY_1 JNB ACC.1,KEY_2 JNB ACC.2,KEY_3 JNB ACC.3,KEY_4 JNB ACC.4,KEY_5 KEY_1:;正转按键 MOV B,#00000001BJMP RET_0KEY_2:;停止按键 MOV B,#00000010BJMP RET_0KEY_3:;反转按键 MOV B,#00000100BJMP RET_0KEY_4:;加速按键 MOV B,#00001000BJMP RET_0KEY_5:;减速按键 MOV B,#00010000BRET_0: POP PSWPOP ACCRETIRL_1: ;左转 MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOVCOL,#18HMOV DPTR,#ZHENGLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOVCOL,#28HMOV DPTR,#ZHUANLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#ZHENGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#58HMOV DPTR,#CHANG_0LCALL DISPLAY MOV A,#PHASERL1:MOV R5,#TIMESRL2: MOV P0,A LCALL DELAYRL AJBC B.0,RL_1JBC B.1,STOPJBC B.2,RR_13JB B.3,ACCEJB B.4,DECEJMP RL1ACCE:;左转高速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#GAO LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAYMOV R5,#5JMP RL2DECE: ;左转低速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#DI LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAY MOV R5,#17JMP RL2RR_13: LJMP RR_1STOP: ;停止 MOV PAG,#02HMOV COL,#18HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#58HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY STP: JBC B.0,RL_13 JBC B.2,RR_1MOV PAG,#02HMOV COL,#28HMOV DPTR,#TINGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#ZHILCALL DISPLAYMOV R5,#30 LCALL DELAYJBC B.0,RL_13 JBC B.2,RR_1MOV PAG,#02HMOV COL,#28HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV R5,#30 LCALL DELAY SJMP STPRL_13: LJMP RL_1RR_1: ;右转 MOV PAG,#02H MOV COL,#30H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02H MOV COL,#40H MOV DPTR,#KONGLCALL DISPLAY MOV P AG,#02HMOV COL,#18HMOV DPTR,#FANLCALL DISPLAY MOV PAG,#02HMOV COL,#28HLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#48HMOV DPTR,#ZHENGLCALL DISPLAYMOV PAG,#02HMOV COL,#58HMOV DPTR,#CHANG_0LCALL DISPLAY MOV A,#PHASERR1: MOV R5,#TIMESRR2: MOV P0,ALCALL DELAYRR AJBC B.0,RL_12JBC B.1,STOP_2JBC B.2,RR_12JB B.3,ACCE0JB B.4,DECE0JMP RR1RL_12: LJMP RL_1STOP_2: LJMP STOPRR_12: LJMP RR_1ACCE0: ;右转高速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#GAO LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAY MOV R5,#5JMP RR2DECE0:;右转低速 MOV PAG,#02H MOV COL,#48H MOV DPTR,#DI LCALL DISPLAY MOV PAG,#02H MOV COL,#58H MOV DPTR,#SULCALL DISPLAY MOV R5,#17JMP RR2JMP RR1;-显示子程序-;DISPLAY:LCALL DISROM ;显示上半字INC PAG LCALL DISROM ;显示下半字RETINILCD: ;初始化LCD MOV R7,#38HLCALL WCODEMOV R7,#0FHLCALL WCODEMOV R7,#0C0HLCALL WCODEMOV R7,#01HLCALL WCODEMOV R7,#06HLCALL WCODERET CLEAR: ;清屏 PUSH BMOV COL,#00HMOV B,#00H CLE_0:MOV PAG,B MOV DPTR,#KONG LCALL DISPLAY MOV A,#10H ADD A,COL MOV COL,A CJNE COL,#80H,CLE_0 INC BINC BMOV PAG,BMOV COL,#00H CJNE PAG,#08H,CLE_0POP BRETCHKBUSY: ;检查LCD是否忙 SETB ECLR RSSETB RWMOV P2,#0FFHJNB BUSY,$RETWCODE: ;写入LCD命令 LCALL CHKBUSYMOV P2,#0FFHCLR RWCLR RS SETB EMOV P2,R7CLR ERETWDATA:;写入LCD数据 LCALL CHKBUSYMOV P2,#0FFHCLR RWSETB RSSETB EMOV P2,R7CLR ERETDISROM: ;显示写入 PUSH ACC CLR CMOV A,COLSUBB A,#64JNC RSIDELSIDE: SETB L CLR RMOV A,PAG ADD A,#LCDPAGE MOV R7,A LCALL WCODE MOV A,COL ADD A,#LCDLINE MOV R7,A LCALL WCODEMOV R2,#0WLS: CLR A MOVC A,A+DPTRMOV R7,A LCALL WDATAINC DPTRINC R2CJNE R2,#16,WLSJMP RET0RSIDE: CLR LSETB RCLR CMOV A,PAG ADD A,#LCDPAGE MOV R7,A LCALL WCODE MOV A,COL ADD A,#LCDLINESUBB A,#64 MOV R7,A LCALL WCODEMOV R2,#0WRS: CLR A MOVC A,A+DPTRMOV R7,A LCALL WDATAINC DPTRINC R2CJNE R2,#16,WRSRET0: POP ACC RET DELAY:;延时子程序 MOV R6,#50D1: MOV R7,#100 DJNZ R7,$DJNZ R6,D1DJNZ R5,DELAYRET;-汉字表-;ORG 2000HCHANG: /*- 文字: 长 -*/ DB 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