基于单片机的三相步进电机控制系统设计

基于单片机的三相步进电机控制系统设计内容摘要：

进电机驱动电路及工作状态显示模块， P0 和 P2 分别接步数显示中对数码管的字段控制及数码管片选， P1 接工作状态控制电路 ,，时钟用内部方式需外接晶体振荡器。 硬件图如图 4 所示。 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 7 图 4 单片机模块原理图 此设计中接的是 12MHZ 的晶振，故一个机器周期为 1/12us。 根据经验数据，与晶振一起的两个电容设为 15PF。 单片机的 VCC 和 GROUD 都隐藏了，已自动接好， VCC 应设为 +5V。 按键选择工作状态 模块 首先我们来考虑所有机械触点式按键在状态输出时的共性问题就是按键抖动问题， 由于机械触点的弹性振动，按键在按下时不会马上稳定地接通而在弹起时也不能一下子完全地断开 ，因而在按键闭合和断开的瞬间均会出现一连串的抖动，这称为按键的抖动干扰。 这 种 抖动可能 会造成按一次键产生的开关状态被 CPU 误读几次。 为了使 CPU 能正确地读取按键状态， 本次设计中 我们采用 并联电容消抖法 ， 利用电容的放电延时 来实现。 如图 5 所示，这是唯一的一块输入模块的设计。 5 个按键开关一端通过电阻接高电平 ，另一端全部接到地，其中接高电平的一端对应也接到单片机的 P1 口分别为 ~。 当开关断开，就是输入到单片机对应端口高电平，而开关闭合，是使端口接地，输入低电平。 所以这个设计中开关断开时才是有效的。 各按键功能： （ 1） K0K2 为工作模式控制开关， KO 接电时，为步进电机单三拍工作模式； K1 接武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 8 电时，为步进电机双三拍工作模式； K2 接电时，步进电机工作模式为三相六拍。 （ 2） K3 为启 /停控制开关，控制整个系统的开启和关闭。 （ 3） K4 为正 /反转控制开关，控制步进电机的转向。 图 5 按键模块原理图 步进电机 工作 模块 将三相步进电机三个端口直接接到单片机 ~ 即可，另三个端口接到 +12V 的高电平给步进电机供电。 只需在软件编写上控制算法便可以调节这三个端口的高低电平来控制步进电机的开启与停止，正反转以及工作模式。 步进电机硬件接线图如图 6 所示。 图 6 步进电机模块原理图 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 9 工作状态显示模块 LED 发光二极 管 显 示步进电机的工作状态，它们分别接到单片机的 ~。 如图 7，让单片机输出通过一个反相器再接到 LED 阴极， LED 阳极接 VCC。 这样可以提高电流，有利于二极管的导通， 我们 可以通过控制 P3 口的数据，实现 LED 的亮灭。 图 7 工作状态显示模块原理图 4 位数码管显示步数模块 LED 数码管实际上是由七个发光管组成 8 字形构成的，加上小数点就是 8 个。 这些段分别由字母 a,b,c,d,e,f,g,dp 来表示。 当数码管特定的段加上电压后，这些特定的段就会发亮，以形成我们眼睛看到的字样了。 通 过分时轮流控制各个 LED 数码管的 COM 端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动。 P0 口和 P2 口的前四个分别接步数显示中对数码管的字段控制及数码管片选，如图 8所示，这里主要是由软件算法来实现单片机输出的控制。 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 10 图 8 数码管显示模块原理图 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 11 开始 数码管显示清零 启动。 选择工作模式 正转。 b 赋予正向指针增量 b 赋予反向指针增量 红灯亮 黄灯亮 P3 输出控制模块使电机运转 P1 口改变。 步数自增一 调用步数显示程序 绿灯亮 N N N Y Y Y 5 软件设计 系统总体设计 图 9 系统总流程图 武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书 12 设计说明：首先是数码管显示清零，单片机再读入 P1 口输入的按键状态，先判断是否启动，如果没有启动则是绿灯亮并再判断，如果启动了，就接着判断所需的电机工作模式，再读入 P1 口状态判断电机的转向，输出控制信号为正转红灯亮，反转黄灯亮，由此可以让步进电机按照指定的方式运转，并且累计步数再显示到数码管上。 最后检验 P1 口是否状态改变，如果改变则步数清零重新开始判断，不改变则继续转动。 步进电机工作模块 步进电机的工作方式 说明 （ 1） 三相单三拍工作方式 在这种工作方式下 ,A、 B、 C 三相轮流通电 ,电流切换三次 ,磁场旋转一周 ,转子向前转过一个齿距角。 因此这种通电方式叫做三相单三拍工作方式。 这时步距角 b (度 )为： mzb /360 ○ 1 式中 :m──定子相数。 z ──转子齿数 表 1 单三拍的相位控 制 步序 控制位 工作 状态 控制 模型 C 相 B 相 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 （ 2） 三相双三拍工作方式 这种工作方式每次都是有两相导通 ,两相绕组处在相同电压之下 ,以 AB─ BC─ CA─AB (或反之 )方式通电 ,故称为双三拍工作方式。 以这种方式。