基于单片机及VC++的步进电机控制系统设计.docVIP

1 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，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[1]。本文设计了一种基于AT89S52 单片机和VC++的步进电机控制系统，可以实现对步进 电机的基本控制及状态实时显示。 　　2 系统组成 　　使用、控制步进电机必须由环形脉冲源、功率放大电路等部分组成控制系统，脉冲信号 一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则 越大。功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态 平均电流而非静态电流，平均电流越大，电机力矩越大，要达到平均电流大，这就需要驱动 系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的驱动方式。到目前为止，驱动方式 一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流等[2]。 　　本文设计系统中，脉冲信号由单片机AT89S52产生并分配给步进电机各相，功率放大部分由驱动电路完成，系统结构框图如图1所示。  　　本文所设计系统中，步进电机模块采用35BY48S03永磁式步进电机，用户利用4*4键盘或上位机的控制界面实现指令输入，采用上位机或1602字符型液晶模块实时显示运行状态。 　　3 硬件设计 　　3.1 单片机最小系统电路 　　单片机的最小系统电路包括时钟电路和复位电路。本文所设计系统中，时钟电路采用内 部振荡方式，所得的时钟信号比较稳定，实用电路中使用较多[3]。复位电路作用是使单片机 的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。复位电路采用2种基本形式：上 电复位、开关复位。 　　3.2 键盘电路 　　设计P1口接4*4键盘，键盘电路图如图2所示：  　　3.3 电机驱动电路 　　35BY48S03型步进电机接线图如图3所示，从图中可以看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使步进电机转动，只要以一定的 次序轮流给各引出端通电即可，加电的方式可以有多种，包括单相驱动、双相驱动、单－双 相驱动等，相应步进角有整步和半步区分。在本文设计的系统中，采用单相驱动和单－双相 驱动两种加电方式驱动步进电机运转。  　　根据该电机参数，不难设计出驱动电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因 此用一块开路输出达林顿驱动器(ULN2003)作为驱动，通过P2.7-P2.4来控制各线圈的接通与 切断。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向， 只要改变各线圈接通的顺序[4]。 　　3.4 串行通信电路 　　在PC机内接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIA-TTL的电平转换器和RS-232C连 接器，除鼠标占用一个串行口外，还留有两个串行口给用户，这就是COM1（地址3F8H-3FFH） 和COM2（地址2F8H-2FFH），通过这两个口，可以连接串行通信设备，如单片机、仿真机 等。由于单片机的串行发送和接收线TXD和RXD是TTL电平，而PC的COM1或COM2的 RS-232C连接器（D型9针插座）是EIA电平，因此单片机需加接MAX232芯片，通过串行电 缆线和PC相连接。本文所设计的串行通信电路如图4所示。  　　3.5 下位机显示电路 　　液晶采用显示容量为2行16个字的1602液晶，1602采用标准的16脚接口，内部的字符发 生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的 代码[5]。设计电路图如图5所示。  　　4 软件设计 　　软件设计可分为两个部分：上位机软件设计和下位机软件设计。上位机软件设计包括： 上位机控制环境设计、上位机通信程序设计以及上位机程序的封装发布；下位机软件设计包 括：键盘扫描程序、下位机通信程序、主驱动程序、测试部分程序、显示部分程序。 　　4.1 上位软件设计 　　Visual C++设计了一套基础类库（Microsoft Foundation Class Library, MFC）, MFC把编 程规范中的大多数内容封装成为各种类，使程序员从繁杂的编程中解脱出来[6]。根据系统设 计需要，设计一个基于对话框的应用程序即可，如图6所示。  　　为实现上位机与下位机通信，利用Microsoft提供的串行通信ActiveX控件。该控件的相 应文件是MSCOMM32.OCX。在基于对话框的程序中使用控件，需要进行以下几方面操作： 拖动控件图标