基于單片機的步進電機控制畢業(yè)設(shè)計論文

1、1基于單片機的步進電機控制江寧校區(qū)08機電二 姓名周峰指導教師 丁紅【摘要】當今社會發(fā)展的腳步愈變愈快，科學技術(shù)也是日新月異。同時，對于生活工 作要求簡單化、智能化、系統(tǒng)化。對于各個領(lǐng)域的應用設(shè)備要操作簡單，功能齊全應用自 如等等苛刻的要求。在眾多條件的促使下，弓I入了步進電機，而且使之被系統(tǒng)化操作。現(xiàn) 今已有如步進電機 控制器和 驅(qū)動器為一體的步進電 機控AT89C51和脈沖分 配器PMM8713完成步進電機的各種運行控制。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可靠，通過人機交互換接口能設(shè)置，操作簡單，易于掌握。該系統(tǒng)可應用于步進電機在機電一體多數(shù)場合。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈

2、。更多的實踐證明，基于單片機控制的步進電機比傳統(tǒng)的步進控制器具有更加簡單、方便、可靠。本設(shè)計的主要研究對象就是開環(huán)伺服系統(tǒng)中最器件一一步進電機。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。【關(guān)鍵詞】步進電機，單片機，正反轉(zhuǎn)控制，加減速控制，XY工作臺2目錄第一章 緒論 .3釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.1步進電機的發(fā)展鹵廡。1.2本文研究內(nèi)容.薔。.33彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣3第二章 步進電機的工作原理、分類、特性及指標 .32.1反應式步進電機原理 . .4廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2.2感應子式步進電機特點： .分類 .5.4煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈2.3淚。第三章賴。步進電機的驅(qū)動 . .5鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛3

3、.1練淨。脈沖信號的產(chǎn)生 .5籟叢媽羥為贍僨蟶3.2驊糴。信號分配 .5預頌圣鉉儐歲齦訝3.3硯錦。功率放大 .5滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)3.4頂廡。細分驅(qū)動器 .6鐃誅臥瀉噦圣騁貺第四章步進電機的單片機控制 .74.1爛薔。步進電機控制系統(tǒng)組成 .7擁締鳳襪備訊顎輪4.2鎵騷。步進電機控制系統(tǒng)原理 .7贓熱俁閫歲匱閶鄴4.3氈淚。脈沖分配 .7壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴4.4步進電機與微型機的接口電路.9第五章步進電機的運行控制 .105.1鈰贅。步進電機的速度控制 .10蠟變黲癟報倀鉉錨5.2擷凄。步進電機的位置控制 .10買鯛鴯譖曇膚遙閆5.3轔糴。步進電機的加減速控制 .10綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋第六章步進電

4、機的 XY 工作臺.126.1憂錦。設(shè)計目標 .12驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴6.2 X、Y工作臺的傳動方式 .12貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。46.3程序框圖.13婭薔。6.4匯編程序.14話騖。設(shè)計總結(jié).16號澩。蜆贅。第一章緒論1.1步進電機的發(fā)展步進電機的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后開始以控制為目的的嘗試， 應用于氬弧燈的電極輸送機構(gòu)中，這被認為最早的步進電機。1950年后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到20世紀60年代后期,在步進電機本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實用性步進電機應運而生。步進電機往后 經(jīng)過不斷改良，使得今日步進電機已廣泛

5、運用在需要高定位精度、高分解能、高響應性、 信賴性等靈活控制性高的機械系統(tǒng)中。在生產(chǎn)過程中要求自動化、省人力、效率高的機器 中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進電機的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項指 令動作的靈活控制性場合步進電機用得最多。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。1.2本文研究內(nèi)容本設(shè)計主要是研究基于單片機的步進電機控制，采用單片機AT89C51和脈沖分配器PMM8713空制步進電機在三相六拍工作方式下的啟停控制，正反轉(zhuǎn)控制和加減速控制，以 實現(xiàn)基于步進電機的XY工作臺兩點間的位移控制。凍鈹鋨勞臘錯癇婦脛糴。第二章 步進電機的工作原理、分類、特性及指標2.1反應式步進電機原理2.1.1結(jié)構(gòu)：

6、電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3T、2/3T,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以T表示），即A與齒1相對鍬籟饗逕瑣筆襖鷗構(gòu)氽頑黌碩飩薺齦輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂參考文獻.17堯側(cè)閆繭絳闕絢勵圖1.1步進電機的外觀圖5齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3T，A與齒5相對齊，（A就是A，齒5就是齒1）下面是定轉(zhuǎn)子的展開圖：恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。6圖2.1定轉(zhuǎn)子的展開圖2.1.2、旋轉(zhuǎn)：如A相通電，B,C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何 力以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右

7、移過1/3L，此 時齒3與C偏移為1/3T，齒4與A偏移（T-1/3T）=2/3T。女口C相通電，A，B相不通電， 齒3應與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3T，此時齒4與A偏移為1/3T對齊。鯊腎鑰詘漣鉀 溈懼統(tǒng)庫。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3T，樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果 不斷地按A, B, C,A通電，電機就每步（每脈沖）1/3T,向右旋轉(zhuǎn)。如按A, C, B, A通電，電機就反轉(zhuǎn)。碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成- 對應關(guān)系。而方向由導電順序決

8、定。 不過， 出于對力矩、 平穩(wěn)、 噪音及減少角度等方面考慮。 往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3T改變?yōu)?/6T。甚至于通過二相 電流不同的組合，使其1/3T變?yōu)?/12T,1/24T，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。閿 擻輳嬪諫遷擇植秘騖。不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m（m-1）/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制-這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等 多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。氬嚕躑竄貿(mào)懇彈濾頷澩。2.1.3力矩：電

9、機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量）當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F與（d/d B）成正比其磁通量=BrX S圖2.2轉(zhuǎn)子與定S子錯開角度圖B1IA7Br為磁密，S為導磁面積F與LX DX Br成正比L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑Br=N X I/RN- I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力乂半徑力矩與電機有效體積X安匝數(shù)X磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）。因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。2.2感應子式步進電機特點：感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提 供軟磁材料的工作點，

10、而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能， 因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自 身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四 相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應式電機則不能如此。例 如：四相，八拍運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā) 現(xiàn)其條件為C=A ,D= B.諺辭調(diào)擔鈧諂動禪瀉類。為了方便使用，靈活改變電機的一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致，

11、小功 率電機一般直接接為二相，而功率大一動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相）， 這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。2.3分類感應子式步進電機以相數(shù)可分為： 二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。 以機座號（電機外徑）可分為：42BYG（BY為感應子式步進電機代號）、57BYG 86BYG 110BYG（國際標準），而像70BYG 90BYG 130BYG等均為國內(nèi)標準。熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。第三章 步進電機的驅(qū)動使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下:圖3.1步進電機控制系統(tǒng)3.1脈沖信號的產(chǎn)

12、生脈沖信號一般由單片機或CPU產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電 機轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。3.2信號分配8很多生產(chǎn)的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作萬式有二相四 拍和二相八拍二種， 具體分配如下： 二相四拍為AB入BAB-AB,步距角為1.8度；二相八拍為ABBAB-A-AB-B-AB-A AB,步距角為0.9度。四相電機工作方式 也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角為0.9度）。紂憂蔣氳頑薟驅(qū)藥憫騖。3.3功率放大功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電

13、機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越 大，要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不 同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū) 動、恒流、細分數(shù)等。穎芻莖峽餑億頓裊賠瀧。為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源。 像SH系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下：濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。3圖3.2硬件接線示圖說明：CP接CPLB沖信號（負信號，低電平有效）OPTO接CPU+5VFREE脫機，與CPU地線相接，驅(qū)動電源不工作

14、DIR方向控制，與CPU地線相接，電機反轉(zhuǎn)VCC直流電源正端GND直流電源負端A接電機引出線紅線A接電機引出線綠線B接電機引出線黃線百接電機引出線藍線步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進電機轉(zhuǎn)速越高，力距越 大則要求電機的電流越大， 驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼力矩脈沖信號單片機或CPUCPUCPOPTOFREEDIRvccA真BEGMD高壓堇9頻率10圖3.3電壓頻率特性圖3.4細分驅(qū)動器在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機， 細分驅(qū)動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步 進電機

15、運轉(zhuǎn)的。擠貼綬電麥結(jié)鈺贖嘵類。圖3.4細分驅(qū)動器原理圖第四章步進電機的單片機控制4.1步進電機控制系統(tǒng)組成圖4.1用微型機控制步進電機原理系統(tǒng)圖與傳統(tǒng)步進控制器相比較有以下優(yōu)點：一、 用微型機代替了步進控制器把并行二進制碼轉(zhuǎn)換成串行脈沖序列，并實現(xiàn) 方向控制。二、 只要負載是在步進電機允許的范圍之內(nèi)，每個脈沖將使電機轉(zhuǎn)動一個固定 的步距角度。三、 根據(jù)步距角的大小及實際走的步數(shù)，只要知道初始位置，便可知道步進電 機的最終位置。4.2步進電機控制系統(tǒng)原理4.2.1脈沖序列的生成1i圖4.2脈沖的生成圖脈沖幅值：由數(shù)字元件電平?jīng)Q定。TTL 05V11CMOS 0接通和斷開時間可用延時的辦法控制。要

16、求：確保步進到位。422方向控制步進電機旋轉(zhuǎn)方向與內(nèi)部繞組的通電順序相關(guān)。三相六拍，通電順序為：正轉(zhuǎn)：AA4 BBS CCA反轉(zhuǎn)：AACCCM BBA改變通電順序可以改變步進電機的轉(zhuǎn)向4.3脈沖分配實現(xiàn)脈沖分配（也就是通電換相控制）的方法有兩種：軟件法和硬件法4.3.1通過軟件實現(xiàn)脈沖分配軟件法是完全用軟件的方式，按照給定的通電換相順序，通過單片機的I/O向驅(qū)動電路發(fā)出控制脈沖，下面以三相六拍為例：賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。上面提到了三相六拍工作方式通電換相得正序為A-AB-B-BC-C-CA-A,，反序為A-AC-C-CB-B-BA-A圖4.3用軟件實現(xiàn)脈沖分配的接口示意圖注：P1.0:A相驅(qū)動

17、P1.1:B相驅(qū)動P1.2:C相驅(qū)動三相六拍控制字如下表所示：表4.1三相六拍工作方式的控制字通電狀擊Pl. 2Pl. 1n.D擰制亍A00LOlHAH0Li0311酉0L0L0OfiJfCI00CHHCA10LOSH注：0代表使繞組斷電，1代表使繞組通電10V12在程序中，只要依次將這10個控制字送到P1口，步進電機就會轉(zhuǎn)動一個齒距角，每送一個控制字，就完成一拍，步進電機轉(zhuǎn)過一個步距角。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。軟件法在電動機運行過程中，要不停地產(chǎn)生控制脈沖，占用了大量的CPU時間，可能使單片機無法同時進行其他工作（如監(jiān)測等），所以，人們更喜歡用硬件法。裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。4.3.2通過硬件實

18、現(xiàn)脈沖分配所謂硬件法實際上就是使用脈沖分配器8713,來進行通電換相控制。8713是屬于單極性控制， 用于控制三相和四相步進電機， 我們選擇的是三相六拍工 作方式。8713可以選擇單時鐘輸入或雙時鐘輸入，具有正反轉(zhuǎn)控制、初始化復位、工作方 式和輸入脈沖狀態(tài)監(jiān)視等功能，所有輸入端內(nèi)部都設(shè)有斯密特整形電路， 提高抗干擾能力， 使用418V直流電源，輸出電流為20mA。本例選用單時鐘輸入方式，8713的3腳為步 進脈沖輸入端，4腳為轉(zhuǎn)向控制端，這兩個引腳的輸入均由單片機提供和控制，選用對三 相步進電機進行六拍方式控制，所以5、6腳接高電平，7腳接地。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驚。如圖4.4所示：歩進辱沖圖4

19、.4 89C51單片機系列和8713脈沖分配器的接口圖由于采用了脈沖分配器，單片機只需提供步進脈沖，進行速度控制和轉(zhuǎn)向控制，脈沖 分配的工作交給8713來自動完成，因此，CPU的負擔減輕許多。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。4.4步進電機與微型機的接口電路由于步進電機的驅(qū)動電流較大，所以微型機與步進電機的連接都需要專門的接口及驅(qū) 動電路。驅(qū)動器可用大功率復合管，也可以是專門的驅(qū)動器。總之，只要按一定的順序改變8713脈沖分配器的13腳15腳 三位通電的狀況，即可控制步進電機依選定的方 向步進。由于步進電機運行時功率較大，可在微型機與驅(qū)動器之間增加一級光電隔離器（是抗干擾，二是電隔離。）以防強功率的干擾信

20、號反串進主控系統(tǒng)。驍顧燁鶚巰瀆蕪領(lǐng)鱺賻。電路圖如圖4.5所示：13二、 因為我們討論的是三相六拍的工作方式，所以P0.4和P0.6接高電平，P0.7接低電平。三、P0.0輸出步進脈沖。四、P0.1控制步進電機的轉(zhuǎn)向。第五章 步進電機的運行控制5.1步進電機的速度控制步進電機的速度控制是通過單片機發(fā)出的步進脈沖頻率來實現(xiàn)，對于軟脈沖分配方式， 可以采用調(diào)整兩個控制字之間的時間間隔來實現(xiàn)調(diào)速，對于硬脈沖分配方式，可以控制步 進脈沖的頻率來實現(xiàn)調(diào)速。瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。一、 軟件延時法：改變延時的時間長度就可以改變輸出脈沖的頻率，但這種方法CPU長時間等待，占用大量的機時，因此沒有實踐價值。鎦詩涇

21、艷損樓紲鯗餳類。二、定時器中斷法：在中斷服務(wù)子程序中進行脈沖輸出操作，調(diào)整定時器的定時常數(shù)就可以實現(xiàn)調(diào)速，這種方法占有的CPU寸間較少，在各種單片機中都能實現(xiàn)，是一種比較 實用理想的調(diào)速方法。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。5.2步進電機的位置控制步進電機的位置控制，指的是控制步進電機帶動執(zhí)行機構(gòu)從一個位置精確地運行到另 一個位置，步進電機的位置控制是步進電機的一大優(yōu)點，它可以不用借助位置傳感器而只 需要簡單的開環(huán)控制就能達到足夠的位置精度，因此應用很廣。步進電機的位置控制需要 兩個參數(shù)。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。一、 步進電機控制執(zhí)行機構(gòu)當前的位置參數(shù)（我們稱為絕對位置），絕對位置時有極限的，其極限時執(zhí)行

22、機構(gòu)運動的范圍，超越了這個極限就應報警。峴揚爛滾澗輻灄興渙藺。二、從當前位置移動到目標位置的距離我們可以用折算的方式將這個距離折算成步進電機的步數(shù)，這個參數(shù)是外界通過鍵盤或可調(diào)電位器旋鈕輸入的，所以折算的工作應該14在鍵盤程序或A/D轉(zhuǎn)換程序中完成。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。對步進電機位置控制的一般作法是：步進電機每走一步，步數(shù)減1,如果沒有失步存在,當執(zhí)行機構(gòu)到達目標位置時，步數(shù)正好減到0,因此，用步數(shù)等于0來判斷是否移動到目 標位，作為步進電機停止運行的信號。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。5.3步進電機的加減速控制步進電機驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)從A點到B點移動的時，要經(jīng)歷升速，恒速，減速過程，如果 啟動時一次將

23、速度升到給定速度，由于啟動頻率超過極限啟動頻率，步進電機就有失步現(xiàn) 象，因此會造成不能正常啟動，如果到終點時突然停下來，由于慣性作用，步進電機會發(fā)生過沖現(xiàn)象，會造成位置精度降低。如果升速非常緩慢的升降速，步進電機雖然不會發(fā) 生失步和過沖現(xiàn)象，但影響執(zhí)行機構(gòu)的工作效率，所以，對步進電機的加減速要有嚴格的 要求，那就是保證在不失步和過沖的前提下，用最快的速度（或最短的時間）移動到有可 能指定位置。為滿足加減速要求，步進電動機運行通常按照加減速曲線進行。圖5.1是加減速運行曲線。加減速運行曲線沒有一個固定的模式，一般根據(jù)經(jīng)驗和實驗得到的。最簡單的是勻加速和勻減速曲線，其加減速曲線都是直線，因此容易編

24、程實現(xiàn)。按直線加 速時，加速度是不變的，因此要求轉(zhuǎn)矩也應該是不變的。但是，由于步進電動機的電磁轉(zhuǎn) 矩玉轉(zhuǎn)速時非曲線關(guān)系，因而加速度玉頻率也應該是非曲線關(guān)系。因此，實際上當轉(zhuǎn)速增 加時，轉(zhuǎn)矩下降，所以，按直線加速時，有可能造成因轉(zhuǎn)矩不足而產(chǎn)生失步的現(xiàn)象。脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。如圖5.1所示：圖5.1加減速曲線圖采用指數(shù)加、減速曲線或S形（分段指數(shù)曲線）加、減速曲線是最好的選擇。步進 電機的運行可以根據(jù)距離的長短分如下三種情況處理：鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。一、短距離由于距離較短，來不及升到最高速，因此，在這種情況下，步進電機以潔凈啟動頻率 運行，運行過程沒有加、減速。稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。二、中、短

25、距離在這樣的距離里，步進電機只有加、減速過程，而沒有恒速過程。三、中、長距離在這樣的距離里，步進電機不經(jīng)有加、減速過程，而且還有恒速過程。由于距離較長，要盡量縮短用時，保證快速反應性。因此，在加速時，盡量用接近啟 動頻率啟動，在恒速時，盡量工作在最高速。單片機在用定時器法調(diào)速時，用改變定時常 數(shù)的方法來改變輸入步進脈沖頻率，達到改變轉(zhuǎn)速的目的，對于MCS-51系列單片機，其15定時器屬于加1定時器。因此，在步進電機加速時，定時常數(shù)應增加；減速時，定時常 數(shù)應減小。如果采用非線性加、減速曲線，要用離散法將加減速曲線離散化，將離散所得 的轉(zhuǎn)速序列所對應的定時常數(shù)序列，做成表格存儲在程序存儲器重。在

26、程序運行中，使用 查表得方式重裝定時常數(shù)，這樣做比用計算機節(jié)省時間，提高系統(tǒng)的響應速度。陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。在下章的程序中，參數(shù)除了有速度級數(shù)N和極步數(shù)NC以外，還有以下參數(shù)：一、 加速過程的總步數(shù)：電動機在升速過程中每走一步，加速總步數(shù)就減1，直到減為0，加速過程結(jié)束，進入恒速過程。溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應。二、 恒速過程的總步數(shù)：電動機在恒速過程中每走一步，恒速總步數(shù)就減1,直到減為0，恒速過程結(jié)束，進入減速過程。鋇嵐縣緱虜榮產(chǎn)濤團藺。三、 減速過程的總步數(shù)：電動機在減速過程中每走一步，減速總步數(shù)就減1，直到減為0，減速過程結(jié)束，電動機停止運行。懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。第六章 步進電機的 XY

27、 工作臺6.1設(shè)計目標利用兩個步進電機組成X、丫坐標系，并分別控制工作臺上X軸和丫軸的步進脈沖, 實現(xiàn)從起點A點到預定點B點的走向控制。謾飽兗爭詣繚鮐癩別濾。對步進電機的控制要求：一、判斷旋轉(zhuǎn)方向；二、按順序傳送控制脈沖；三、判斷所要求的控制步數(shù)是否傳送完畢。6.2 X、丫工作臺的傳動方式為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用滾珠絲桿螺母傳動副。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結(jié)構(gòu)。由于工作臺的運動部件重量和工作載荷不大，故選用滾動直線導軌副，從而減少工作 臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺?？紤]電機步距角和絲杠導程只能按標準選取，為達到分辨率的要求，以及考

28、慮步進電 機負載匹配，采用齒輪減速傳動，系統(tǒng)總體框圖如下：瑩諧齷蘄賞組靄縐嚴減。圖6.1步進電機控制XY軸系統(tǒng)總體框圖如圖6.1所示，分別用兩臺步進電機控制XY軸工作臺，具體控制圖如下16所示:圖6.2絲杠螺母傳動如圖6.2所示，當步進電機轉(zhuǎn)動時，帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠和工作臺紋合，致使工作 臺直線位移。為了方便計算，本文以90BF001系列磁阻式步進電機中的90BF003三相步進電機為例：麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。表6.1 90BF003步進電機技術(shù)參數(shù)表型號主要技術(shù)移數(shù)步觸(Deg.)電圧柑電怵（A）率他）卓（Hz分配方式31.5* fl605L煩80003相&拍外形尺寸mm重量長度k90

29、12594.51764由上表可知，步進電機的步距角為1.5。，由9 b=9 z/N = 2 n /NZ可得知步進電機的齒數(shù)為40。步進電機的軸周長為C=2 n R= n D=9冗，所以步進電機走過一個步距角即1.5 ， 它所連的絲杠走過約為8.5mm設(shè)起點A的坐標為（0,0）通過兩臺步進電機分別控制XY軸使得軌跡達到B點（34,34）。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。表6.2步進電機的運動坐標分配表電機SI號坐贓mm）步坯電機創(chuàng)（X00S.58.3171725.523*34步進電機O2（Y）08.58.5171723,525.33454圖6.3步進電機絲杠連動運動軌跡圖根據(jù)坐標分配表可畫出步進電機絲杠連

30、動在XY軸上的運動軌跡圖如圖6.3所示，由 圖可知，步進電機走的不是直線，而是折線。風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。下面根據(jù)基于XY軸的步進電機控制系統(tǒng)的原理對機床工作臺移動的移動量、速度和 移動方向進行控制三個方面進行介紹。滅曖駭諗鋅獵輛覯餿藹。一、工作臺位移量的控制17數(shù)控機床控制系統(tǒng)發(fā)出的N個進給脈沖， 經(jīng)驅(qū)動線路之后， 變成控制步進電機定子繞 組通電、斷電的電平信號變化次數(shù)N，使步進電機定子繞組的通電狀態(tài)變化N次。由步進 電機工作原理可知，定子繞組通電狀態(tài)的變化次數(shù)N決定了步進電機的角位移, （a即步距角）。該角位移經(jīng)絲杠、螺母之后轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_的位移量L,（t為螺距）。即進給脈沖的數(shù)量N-定子繞

31、組通電狀態(tài)變化次數(shù)N一步 進電機的轉(zhuǎn)角工作臺位移量L。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。二、工作臺進給速度的控制 機床控制系統(tǒng)發(fā)出的進給脈沖的頻率，經(jīng)驅(qū)動控制線路之后，表現(xiàn)為控制步進電機定子繞組通電、斷電的電平信號變化頻率，也就是定子繞組通電狀態(tài)變化頻率。而定子繞組 通電狀態(tài)的變化頻率決定了步進電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速經(jīng)絲杠螺母轉(zhuǎn)換之后，體現(xiàn) 為工作臺的進給速度。即進給脈沖的頻率 定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率 步進電機 的轉(zhuǎn)速 工作臺的進給速度。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。三、工作臺運動方向的控制 當控制系統(tǒng)發(fā)出的進給脈沖是正向時，經(jīng)驅(qū)動控制線路，使步進電機的定子各繞組按一定的順序依次通電、斷電；當進給脈沖是負

32、向時，驅(qū)動控制線路則使定子各繞組按與進 給脈沖是正向時相反的順序通電、斷電。由步進電機的工作原理可知，通過步進電機定子 繞組通電順序的改變，可以實現(xiàn)對步進電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的控制，從而實現(xiàn)對工作臺的進給 方向的控制。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。6.3程序框圖 根據(jù)設(shè)計任務(wù)，可畫出控制步進電機正反轉(zhuǎn)，加減速控制，工作方式為雙時 鐘，程序框圖如圖6.4：18圖6.4基于單片機的步進電機控制程序框圖6.4匯編程序本程序的資源分配如下：R0中間寄存器；R1儲存速度級數(shù)；R2儲存級數(shù)步數(shù)；R3加減速狀態(tài)指針，加速時指向3AH;32H- 34H存放絕對參數(shù)（假設(shè)用35H 36H存放加速總步數(shù)（假設(shè)37H- 39H存

33、放恒速總步數(shù)（假設(shè)3AH 3BH存放減速總步數(shù)（假設(shè)35H,恒速時指向37H，減速時指向3個字節(jié)），低位在前；2個字節(jié)），低位在前；3個字節(jié)），低位在前；2個字節(jié)），低位在前；戰(zhàn)豊PU_C1狀爭19P0.0正轉(zhuǎn)脈沖輸入；P0.1反轉(zhuǎn)脈沖輸入；P1.3正轉(zhuǎn)按鈕K1;P1.4反轉(zhuǎn)按鈕K2;P1.5加速按鈕K3;P1.6減速按鈕K4;定時常數(shù)序列放在以ABC為起始地址的ROM中。初始R3=35H,R1、R2都有初始值。程序如下：ORG 0000HJNB P0.0 ZZ;JNB P0.1 FZ;ZZ:INC R0CJNE R0,#06H ZZ1;MOV R0,00H;ZZ1:MOV A,R0;MOV DPTR,#ABC;MOVC A,A+DPTR;MOV P0 A;FZ: DEC R0;CJNE R0 #0FFH,FZ1;MOV R0,#05H ;FZ1:MOV A,R0;MOV DPTR,#ABC;MOVC A,A+DPTR;MOV P0,A;ABC:DB 01H