步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)

1、步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私獠竭M(jìn)電機(jī)工作原理，掌握用單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方法，熟悉步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)與調(diào)試，提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試水 平。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：編寫并調(diào)試出一個(gè)實(shí)驗(yàn)程序按下圖所示控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)：三、工作原理：步進(jìn)電機(jī)是工業(yè)過(guò)程控制及儀表中常用的控制元件之一，例如在機(jī)械裝置中可以用絲杠把角度變?yōu)橹本€位移，也可以用步進(jìn)電機(jī)帶螺旋電位器，調(diào)節(jié)電壓或電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。步進(jìn)電機(jī)可以直接接收數(shù)字信號(hào)，不必進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，用起來(lái)非常方便。步進(jìn)電機(jī)還具有快速啟停、精確步進(jìn)和定位等特點(diǎn)，因而在數(shù)控機(jī)床、繪圖儀、打印機(jī)以及光學(xué)儀器中得到廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)實(shí)際上

2、是一個(gè)數(shù)字 / 角度轉(zhuǎn)換器，三相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。從圖中可以看出，電機(jī)的定子上有六個(gè)等分磁極，A、A'、B、B'、C C ',相鄰的兩個(gè)磁極之間夾角為60°,相對(duì)的兩個(gè)磁極組成一相( A-A' , B-B',C-C'),當(dāng)某一繞組有電流通過(guò)時(shí)，該繞組相應(yīng)的兩個(gè)磁極形成N極和S極，每個(gè)磁極上各有五個(gè)均勻分布矩形小齒，電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有40 個(gè)矩形小齒均勻地分布的圓周上，相鄰兩個(gè)齒之間夾角為9°。當(dāng)某一相繞組通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁極就產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路，如果這時(shí)定子的小齒和轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子將轉(zhuǎn)動(dòng)一

3、定的角度，使轉(zhuǎn)子和定子的齒相互對(duì)齊。由此可見(jiàn)，錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的原因。三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖例如在三相三拍控制方式中，若 A相通電，B、C相都不通電，在磁場(chǎng)作用下使轉(zhuǎn)子齒和 A 相的定子齒對(duì)齊，我們以此作為初始狀態(tài)。設(shè)與A 相磁極中心線對(duì)齊的轉(zhuǎn)子的齒為0號(hào)齒，由于B相磁極與A相磁極相差120° ,不是9°的 整數(shù)倍(120+9=40/3),所以此時(shí)轉(zhuǎn)子齒沒(méi)有與 B相定子的齒對(duì)應(yīng)，只是第 13 號(hào)小齒靠近B 相磁極的中心線， 與中心線相差 3 °， 如果此時(shí)突然變?yōu)?B 相通電，A C相不通電，則B相磁極迫使13號(hào)轉(zhuǎn)子齒與之對(duì)齊，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)3° ,這

4、樣使電機(jī)轉(zhuǎn)了一步。如果按照QB”C的順序輪流通電一周，則轉(zhuǎn)子將動(dòng)9° o步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)是由脈沖信號(hào)控制的，傳統(tǒng)方法是采用數(shù)字邏輯電路環(huán)形脈沖分配器控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)。 下圖為環(huán)形脈搏沖分配器的簡(jiǎn)化框圖。三相六拍環(huán)形脈搏沖分配器1、運(yùn)轉(zhuǎn)方向控制。如圖所示，步進(jìn)電機(jī)以三相六拍方式工作，若按A-ABf Bf BJ5CZA次序通電為正轉(zhuǎn)，則當(dāng)按 2AOCf CBHBf BA次序通 電為反轉(zhuǎn)。2、運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制。圖中可以看出，當(dāng)改變CP脈沖的周期時(shí)，ABC三相繞組高低電平的寬度將發(fā)生變化，這就導(dǎo)致通電和斷電時(shí)速率發(fā)生了變化，使電 機(jī)轉(zhuǎn)速改變，所以調(diào)節(jié) CP脈沖的周期就可以控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度

5、。3、旋轉(zhuǎn)的角度控制。因?yàn)槊枯斎胍粋€(gè)CP脈沖使步進(jìn)電機(jī)三相繞組狀態(tài)變化一次，并相應(yīng)地旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，所以步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度由輸入的CP脈沖數(shù)確定。單片機(jī)實(shí)驗(yàn)儀選用的是 20BY-0型4相步進(jìn)電機(jī)，其工作電壓為 4.5V,在雙 四拍運(yùn)行方式時(shí)，其步距角為18O,相直流電阻為55 Q,最大靜電流為80Ma采用 8031單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)， 按四相四拍方式在 P1 口輸出控制代碼，令其 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。因此P1 口輸出代碼的變化周期 T控制了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度：n=60/T.N 式中：n步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）；N 步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需輸出的字節(jié)數(shù)；T 代碼字節(jié)的輸出變化周期。設(shè)N=360° /

6、 18 ° =20, T=1.43ms,則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 2100轉(zhuǎn)/分。控制P1 口輸出的代碼字節(jié)個(gè)數(shù)即控制了步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度。正方向：ABC廠一反方向：ADCB *r四、接線圖案：根據(jù)步進(jìn)電機(jī)工作原理，使用 8031的P1.0-P1.3分別驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī) A、R G D 相，用軟件控制P1 口輸出一脈沖序列，控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、方向、步距。同時(shí)為能觀 察步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，在 A、B、C D相輸出到狀態(tài)指示燈。五、實(shí)驗(yàn)步驟：1、“總線插孔”區(qū)的 P1.0-P1.3孔接步進(jìn)電機(jī)的BA-BD孔，“發(fā)光二極管 組”的L0-L3孔接步進(jìn)電機(jī) A、B、C、D孔。P1.7孔連L7。2、編寫程序

7、、編譯程序。用單步、全速斷點(diǎn)、連續(xù)方式調(diào)試程序，觀察數(shù) 碼管上數(shù)字變化，檢查程序運(yùn)行結(jié)果，觀察步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，連續(xù)運(yùn)行時(shí) 用示波器測(cè)試P1 口的輸出波形，排除軟件錯(cuò)誤，直至達(dá)到本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求。 六、程序框圖：rA清狀態(tài)寄存器進(jìn)代機(jī)控制上件序框圖 I開始I步計(jì)數(shù)器R7置100步延時(shí)計(jì)數(shù)器42H置 (40山+1定反轉(zhuǎn)步起子程序框圖七、八、思考問(wèn)題:著將步4 £42%、致，*(40H)6. 6 G D相分別接到P1.4 - P0740H1.7,軟件功能與本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)程序:OSTR: MqV SP,#6FHMOV 20H,#0根據(jù)(40W查FTAIMLP1OV P1,#0f1H 32局M

8、OV R7,#64h;R71OV 42H,#0C8H ;42H產(chǎn) §2距戰(zhàn)器，正轉(zhuǎn)1I :<-為延時(shí)療數(shù)器00步MLP0: MOV R642W 步進(jìn) 越他前20AMs5sf3(20H) 0步計(jì)數(shù)器R7置1001MLPLCALL STEPS9: LCALL DELDjNZN6；DEC 42H9MOV R7,#MLPh；DJNZ R7器.Yi用步進(jìn)子程產(chǎn) R7置?卜100序20Hi f P1(42)L R61MS調(diào)用延時(shí)1ms子MLP1: MOV R6,42HMLPX: LCALL DEL _(42)尸 R6DJNZ R6,MLPXLCALL STEPSdjnz r7,mL調(diào)用延時(shí)

9、 1ms子MOV以下為減速程序R7,#64HMLP2: MDJNZ R6,MLEYYMLPY: LCALL DELLCALL STENC 42HdjPS，調(diào)用步中電機(jī)子R7,MLP2CPLLJMP MLPSTEPS:INC 20H；Y 正反轉(zhuǎn)步進(jìn)子程序Y調(diào)用步坤電機(jī)子i F(42H) +1M2HANL 20H,#83HMOV A,20HANL A,#3JB 7,STPSC延時(shí)子程序?qū)嶒?yàn)七 * * 步進(jìn)電控制機(jī)初始化狀態(tài)寄存器清零正轉(zhuǎn) A 相通電MOV DPTR,#FTABSJMP STPWSTPSC:MOV DPTR,#CTABSTPW: MOVC A,A+DPTRMOV P1,ARETFTA

10、B: DB 0F3H,0F6H,0FCH,0F9HCTAB: DB 79H,7cH,76H,73HDEL: MOV R5,#0DEL0: DJNZ R5,DEL0RETEND ;ORG 0000HSTRT: MOV SP,#6FHMOV 20H,#0MOV P1,#0F1HMLP: MOV R7,#64H;R7 為步計(jì)數(shù)器 , 正轉(zhuǎn) 100 步MOV 42H,#0C8H;42HMLP0: MOV R6,42H;MLP9: LCALL DELDJNZ R6,MLP9DEC 42HLCALL STEPS ;DJNZ R7,MLP0 ;MOV R7,#64H;MLP1: MOV R6,42HMLPX: LCALL DELDJNZ R6,MLPXLCALL STEPSDJNZ R7,MLP1MOV R7,#64H;MLP2: MOV R6,42HMLPY: LCALL DELDJNZ R6,MLPYLCALL STEPSINC 42HDJNZ R7,MLP2CPL 7LJMP MLPSTEPS:INC 20H;為延時(shí)計(jì)數(shù)器調(diào)用延時(shí)200Ms子程序調(diào)用步進(jìn)子程序 以上為加速程序 以下為恒速程序以下為減速程序正反轉(zhuǎn)步進(jìn)子程序ANL 20H,#83HMOV A,20HANL A,#3JB 7,STPS