计算机控制课程设计步进电机的控制设计.doc

目 录 1设计目的及意义 - 1 - 1.1设计目的 - 1 - 1.2设计意义 - 1 - 2方案论证 - 2 - 2.1设计要求 - 2 - 2.2方案论证 - 2 - 3硬件电路设计 - 3 - 3.1设计思路，元件选型 - 3 - 3.2控制原理图 - 5 - 3.3硬件连线图 - 6 - 4软件设计 - 8 - 4.1.1微机方案的软件设计 - 8 - 4.1.2单片机方案的软件设计 - 8 - 4.2方框图 - 9 - 4.3程序清单 - 11 - 5总结 - 16 - 6参考文献 - 17 - 1设计目的及意义 1.1设计目的 1.巩固和加深课堂所学知识； 2.学习掌握一般的软硬件的设计方法和查阅、运用资料的能力； 3.通过步进电机控制系统设计与制作，深入了解与掌握步进电机的运行方式、方向、速度、启/停的控制以及单三拍、双三拍和三相六拍等工作方式的控制。 1.2设计意义 步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一。在数字控制系统中，由于它可以可以直接接受计算机来的数字信号，不需要进行数模转换，所以用起来更方便。步进电机角位移与控制脉冲间的精确同步。若将角位移的改变转变为线性位移、位置、体积、流量等物理量的变化，便可实现对它们的控制。 正因为步进电机具有快速启停，精确步进以及能直接接收数字量等特点，所以使其在定位场合中得到了广泛的应用。特别在工业过程控制系统中，使用开环控制模式，微型计算机可以很容易控制步进电机的位置和速度，而不用使用位移传感器，所以应用越来越广泛。学会使用微型计算机控制步进电机也就显得很重有必要了。 2方案论证 2.1设计要求 控制步进电机正转、反转，加速，减速。完成步进电机单三拍、双三拍和三相六拍等工作方式的控制，画出控制步进电机的电路图，并编程完成软件部分。 2.2方案论证 方案一：使用微机+8255A，外加驱动电路使用循环查表法实现 因为步进电机是通过改变其输入脉冲来改变步进电机的输出状态的，所以此方案考虑选择用开关电路来改变其调用的子程序已达到改变其输入的脉冲。故此方案使用开关电路，8255A的若干端口来进行。 由步进电机的原理可以知道其状态的特点，所以，可以考虑通过改变其脉冲的顺序来改变步进电机的转向，实现正转与反转，通过均匀地改变其脉冲时间间隔的长短来实现步进电机的加速与减速。故此方案可以用8255的PA口和开关电路来选择各种状态的改变。 方案二：使用单片机，外加驱动电路使用循环查表法实现 与方案一的区别不大，就是不需要8255, AT89C51直接与开关、接口电路相接，电路更简单。 3硬件电路设计 3.1设计思路，元件选型 ⑴用控制器输出接口的每一位控制一相绕组。 ⑵三种控制方式的数学模型分别为如下所述。 表3-1-1三相单三拍 表3-1-2三相双三拍 步序 控制位 工作状态 控制模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 3 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 步序 控制位 工作状态 控制模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 2 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 3 0 0 0 0 0 1 0 1 CA 05H 表3-1-3三相六拍 步序 控制位 工作状态 控制模型 P1.7 P1.6 P1.5 P1.4 P1.3 P1.2 C相 P1.1 B相 P1.0 A相 1 0 0 0 0 0 0 0 1 A 01H 2 0 0 0 0 0 0 1 1 AB 03H 3 0 0 0 0 0 0 1 0 B 02H 4 0 0 0 0 0 1 1 0 BC 06H 5 0 0 0 0 0 1 0 0 C 04H 6 0 0 0 0 0 1 0 1 CA 05H 本次设计我选择三相六拍的控制设计 微机控制部分： 步进电机接口的硬件部分主要是提供输送相序代码的并行数据线（6根），以及保护电机绕组的器件，所以接口电路以8255A为主芯片，将PA口作数据口，传送加电代码，再加上锁存器74LS373作绕组保护。另外，还有功率驱动管TIP122，以及二极管、开关K0、K1、K2、K3。 本实验采用A口作为控制口，B口作为输出口，PA0、PA1、PA2、PA3分别接开关的K0、K1、K2、K3，PB0、PB1、PB2分别接步进电机的ABC。 单片机控制部分： 使用单片机控制的电路与使用微机实现的电路很相似，主要由：AT89C51、TIP12