第3节 步进电动机控制系统设计.pptVIP

7.3.1 实例功能 采用AT89C51单片机控制实现步进脉冲软分配，驱动电路驱动步进电动机运行。 通过改变单片机输出脉冲的频率实现电动机的无级调速。 通过改变三相通电顺序实现电动机正反转运转。 本系统操作界面简单，具有置数、计数显示功能， 能设定步进电动机的工作状态(单三拍、双三拍、六拍式的正、反转)， 记录电动机运行的步数，动态观察各工作状态。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 1. 控制系统电路 控制系统由AT89C51单片机、隔离光耦、达林顿管 阵列驱动芯片ULN2803和人机接口部分组成 。 关键部分器件名称及其在电路中的主要功能如下： (1) AT89C51：步进电动机的方式控制、状态监测； (2) 光耦：隔离干扰信号； (3) ULN2803：驱动电动机； (4) 7407：驱动光耦。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 图7.13 控制系统电路 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 【步进电动机简介】 根据工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式三类。 以永磁式步进电动机为例，介绍步进电动机的基本结构和工作原理。 永磁式步进电动机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源，它的输出转矩大，动态性能好。断电时有定位转矩，消耗功率较低；转子的级数与定子的级数相同，所以步矩角较大，启动和运行频率较低，并需要正负脉冲信号。但在其相应相序加上反向绕组，就不需要负脉冲。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 永磁式步进电动机有三相：U、V、W。工作方式有： 三相单三拍，即UVWU顺序通电 三相双三拍，即UVVWWUUV顺序通电 三相六拍，即UUVVVWWWU顺序通电 其中双三拍循环通电，这种通电方式有一相线圈在过渡过程中不断电，因而运行较平稳。六拍通电方式步矩角减小二分之一，并且启动转矩增大。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 单路原理图如图7.14所示。 图7.14 ULN2803内部结构图 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 2. 地址分配和连接 　ULN2803引脚与单片机接口连接和地址分配如下： (1) 2B：驱动输入，与P2.0相连，P2.0低电平有效； (2) 6B：驱动输入，与P2.1相连，P2.1低电平有效； (3) 8B：驱动输入，与P2.2相连，P2.2低电平有效。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 3. 软件设计 1) 程序设计原则 步进电动机的控制程序能够根据键盘的设定改变电动机的转动方向，转动步数。 根据步进电动机与单片机的接口和有效电平方式，输出控制字。 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 控制模型如表7-7所示。 方 式 P2端口(电平有效0，无效1) 十六 进制 通电 绕组 7 6 5 4 3 2(C相) 1(B相) 0(A相) 三 相 单 三 拍 1 1 1 1 1 1 1 — 0FEH A相 1 1 1 1 1 1 0 1 0FDH B相 1 1 1 1 1 0 1 1 0FBH C相 三 相 双 三 拍 1 1 1 1 1 1 0 0 0FCH AB相 1 1 1 1 1 0 0 1 0F9H BC相 1 1 1 1 1 0 1 0 0FAH CA相 三 相 六 拍 1 1 1 1 1 1 1 0 0FEH A相 1 1 1 1 1 1 0 0 0FCH AB相 1 1 1 1 1 1 0 1 0FDH B相 1 1 1 1 1 0 0 1 0F9H BC相 1 1 1 1 1 0 1 1 0FBH C相 1 1 1 1 1 0 1 0 0FAH CA相 表7-7 三相步进电动机控制模型 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 2) 存储器分配 　单片机根据键盘的输入控制电动机工作和轮回显示各项参数。单片机的片内RAM分配和伪指令如表7-8所示。 符 号 伪指令 地 址 意 义 STYLE DATA 11H 为S表示单三拍，L表示单六拍，D表示双三 OV DATA 12H 为1表示正转，0表示反转 STEPM1 DATA 31H 运行步数显示寄存器 STEPM2 DATA 32H 设置步数显示寄存器 SETSTEP DATA 33H 设置步数寄存器 STEPO DATA 34H 运行完步数寄存器 表7-8 单片机片内RAM分配 SSPEEDH SSPEEDL DATA DATA 39H 40H 设置速度寄存器高位 设置速度寄存器低位 SPEEDMH SPEEDML DATA DATA 41H 42H 速度显示寄存器高位 速度显示寄存器低位 7.3.2 控制系统硬件、软件设计 3) 程序流程图和功能程序代码 (a) 主程序流程图 　　　 (b) 键盘中断程序流程图