康 健,王國(guó)戰(zhàn),劉 靜,盧 超

(陜西理工學(xué)院 物理系,漢中 723000)

PROTEUS環(huán)境下步進(jìn)電機(jī)的控制研究

康 健,王國(guó)戰(zhàn),劉 靜,盧 超

(陜西理工學(xué)院 物理系,漢中 723000)

通過(guò)EDA工具軟件實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì),從仿真軟件的仿真步驟到軟硬件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)再到整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)仿真,展現(xiàn)的PROTEUS軟件在微控制器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的優(yōu)越性、便捷性.同時(shí)在PROTEUS軟件環(huán)境下對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制的研究,通過(guò)模型庫(kù)中的電機(jī)等模型很方便的實(shí)現(xiàn)電機(jī)控制系統(tǒng)的虛擬化設(shè)計(jì),具有很好的低成本及高效性特點(diǎn).

PROTEUS;電機(jī);虛擬化;仿真分析

1 仿真軟件Proteus介紹

Proteus軟件是來(lái)自英國(guó)Labcenter electronics公司的EDA工具軟件,組合了高級(jí)原理布圖、混合模式SPICE仿真,PCB設(shè)計(jì)以及自動(dòng)布線來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的電子設(shè)計(jì)系統(tǒng).-個(gè)易用而又功能強(qiáng)大的ISIS原理布圖工具;PROSPICE混合模型SPICE仿真;ARES PCB設(shè)計(jì).它 提供可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件和多達(dá)30多個(gè)元件庫(kù).軟件提供多種現(xiàn)實(shí)存在的虛擬儀器儀表.支持許多通用的微控制器,如ARM7,PIC,AVR,HC11以及8051;交互的裝置模型包括:LED和 LCD顯示,RS232終端,通用鍵盤(pán)等;強(qiáng)大的調(diào)試工具,包括寄存器和存儲(chǔ)器,有多種不同的調(diào)試模式.用戶(hù)可以對(duì)基于微控制器包含外設(shè)的設(shè)計(jì)進(jìn)行交互仿真,對(duì)微控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了相當(dāng)大的便利.

2 仿真分析步驟

步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可以在無(wú)速度傳感器和無(wú)位置傳感器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)精確的開(kāi)環(huán)狀態(tài)定位或同步運(yùn)行.我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)脈沖個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的位移或者角度定位,還可以通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)送的步進(jìn)脈沖頻率實(shí)現(xiàn)速度自由變換,這些都對(duì)裝置或設(shè)備起到了優(yōu)化作用.基于微控制器控制的電機(jī)系統(tǒng),易于控制,易于定位,在精確控制中特點(diǎn)尤為突出.

2.1 硬件電路

首先在PROTEUS文件下創(chuàng)建步進(jìn)電機(jī)電路原理圖.根據(jù)設(shè)計(jì)需求打開(kāi)器件模型庫(kù),在MCU庫(kù)查找AT89C51模型,在電機(jī)類(lèi)庫(kù)中查找步進(jìn)電機(jī)模型,在模擬IC庫(kù)查找電機(jī)驅(qū)動(dòng)器ULN2003A模型,依次在相應(yīng)器件模型子庫(kù)中查找單片機(jī)的外圍復(fù)位電路,晶振電路等的常用器件模型;然后將軟件左側(cè)的器件拾取框?qū)⑾鄳?yīng)器件拖入原理圖工作區(qū),單片機(jī)的P1口的低四位作為步進(jìn)電機(jī)的控制輸出,P0.0,P0.1連接兩點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān),作為電機(jī)運(yùn)行模式的切換控制方式.基于單片機(jī)控制的電機(jī)電氣原理圖如圖1所示.

2.2 軟件驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)是通過(guò)時(shí)下最流行的KEIL UVISION3一體化集成編程軟件完成,在KEIL環(huán)境下編寫(xiě)程序并生成二進(jìn)制文件.軟件流程圖如圖2所示.主要是設(shè)置兩個(gè)按鍵對(duì)電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制,在驅(qū)動(dòng)程序中設(shè)定每次按鍵的步進(jìn)值.

圖2 軟件流程圖

在軟件設(shè)計(jì)部分,首先要進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化,然后進(jìn)行首要操作判決,執(zhí)行如下語(yǔ)句即可實(shí)現(xiàn)對(duì)按鍵的掃描,其中第一句為步進(jìn)電機(jī)的初始角度定義,一般定義起始角度為0.POS為正轉(zhuǎn)控制子程序,NEG為反轉(zhuǎn)控制子程序.

在按鍵判斷完成后,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,如下為正轉(zhuǎn)子程序,在執(zhí)行以下語(yǔ)句后還要判斷按鍵是否持續(xù),若持續(xù)按鍵,則步進(jìn)值遞增,對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行連續(xù)驅(qū)動(dòng),否則當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)按鍵步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng).

當(dāng)為反轉(zhuǎn)控制時(shí),控制方式同正轉(zhuǎn)相同.下面為反轉(zhuǎn)處理子程序.在此次設(shè)計(jì)中將步進(jìn)制設(shè)為9°.

在初始化中必須包含步進(jìn)數(shù)據(jù)模型TAB1,在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中進(jìn)行不斷查表輸出控制量,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制.在數(shù)據(jù)處理完成后送出P1口低四位,經(jīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn).

2.3 加載驅(qū)動(dòng)

在KEIL環(huán)境下編寫(xiě)好的程序二進(jìn)制文件,加載至微控制器模型中,就可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)仿真,驗(yàn)證硬件設(shè)計(jì)和軟件驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)的正確性.同時(shí)可以根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo).最終達(dá)到理想的設(shè)計(jì)目標(biāo).具體加載步驟:

在PROTEUS7.12版本環(huán)境下鼠標(biāo)雙擊單片機(jī)模型彈出如下圖3對(duì)話(huà)框,在圖中黑線區(qū)域點(diǎn)擊文件夾圖標(biāo),然后尋找生成二進(jìn)制文件的路徑,然后點(diǎn)擊OK確認(rèn),完成后點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕即可實(shí)現(xiàn)仿真.

圖3 軟件驅(qū)動(dòng)加載窗口

3 仿真分析

當(dāng)完成第二部分的所有步驟時(shí),就要進(jìn)行模擬仿真,對(duì)程序驅(qū)動(dòng)和硬件形成的完整系統(tǒng)進(jìn)行仿真,從而驗(yàn)證軟硬件是否達(dá)到設(shè)計(jì)的指標(biāo).當(dāng)在仿真狀態(tài)下,點(diǎn)擊按鍵一下,電機(jī)步進(jìn)9°,連續(xù)按鍵將持續(xù)以9°步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn),當(dāng)P0.0掃描到按鍵,則為順時(shí)針正轉(zhuǎn),當(dāng)P0.1掃描到按鍵,則為反轉(zhuǎn).通過(guò)點(diǎn)動(dòng)正反轉(zhuǎn)按鍵,以及連續(xù)正反轉(zhuǎn)按鍵四種運(yùn)行模式,很好的驗(yàn)證了基于微控制器的電機(jī)控制系統(tǒng)功能,在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的截圖如圖4、圖5所示.

圖4 電機(jī)正向運(yùn)轉(zhuǎn)圖

圖5 電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)圖

4 總 結(jié)

PROTEUS仿真軟件,在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色,在PROTEUS環(huán)境下對(duì)步進(jìn)電機(jī)控制的研究具有很好的實(shí)用性,高效性和節(jié)約性,符合電子設(shè)計(jì)的根本思想,通過(guò)仿真軟件進(jìn)行控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),具有很好的優(yōu)越性,由于PROTEUS軟件有很強(qiáng)的與第三方軟件接口的能力,通過(guò) PROT EUS和KEIL即可以完成各種控制系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì),提高了設(shè)計(jì)效率,降低的電子設(shè)計(jì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本和周期.通過(guò)基于PROTEUS環(huán)境下的電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的研究,其優(yōu)越性是顯而易見(jiàn)的.

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Study on Control of Stepper Motor in PROTEUS

KANG Jian,WANG Guo-zhan,LIU Jing,LU Chao
(Department of Physics,Shannxi University of Technology,Hanzhong 723000,China)

Through EDA tools,the system design of the stepper motor is achieved.From the step of simulation software to the structural design of the hardware and software and the whole system simulation,the advantages and conveniences of the PROTEUS software are showed in microcontroller system design.With PROTEUS software environment,the control of stepper motor is studied.Through the model library,it is very convenient to achieve the virtual motor control system design with good characteristics of low-cost and high efficiency.

PROTEUS;motor;virtualization;simulation analysis

TP323

A

1671-119X(2010)01-0031-04

2009-09-22

康 健(1986-),男,本科生,研究方向:電子信息科學(xué)技術(shù).

book=144,ebook=144