張思瑤（安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院,合肥　230601）

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張思瑤
（安徽大學(xué)電子信息工程學(xué)院,合肥230601）

本設(shè)計(jì)通過(guò)開(kāi)發(fā)運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，輸出控制時(shí)序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，針對(duì)步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)，輸出對(duì)應(yīng)的音頻或光、顯示信息。本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是結(jié)合溫度保護(hù)程序，通過(guò)比較當(dāng)前溫度與設(shè)定的溫度值控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保護(hù)步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)；微機(jī)；匯編；控制

1　星研集成環(huán)境介紹

（1）提供DOS、WIN95/98/ME/NT/2000/2003/XP二個(gè)版本的集成環(huán)境軟件，與KEIL公司提供的C51調(diào)試軟件很大部分相同，也有自己的特色。集編輯編譯器(VC++風(fēng)格)、項(xiàng)目管理、編譯、連接、錯(cuò)誤定位、下載于一體，并提供調(diào)試功能。

（2）功能強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能：現(xiàn)在單片機(jī)軟件越來(lái)越大，也越來(lái)越復(fù)雜，維護(hù)成本也很高。通過(guò)項(xiàng)目管理可化大為小、化整為零，便于管理。項(xiàng)目管理功能也使多模塊、多語(yǔ)言混合調(diào)試成為可能。支持宏匯編、C、PLM語(yǔ)言混合編程，有強(qiáng)大的項(xiàng)目管理功能，含并且包含調(diào)試與該項(xiàng)目相關(guān)的仿真器件、相關(guān)文件、編譯軟件以及編譯連接控制等硬軟件信息。

（3）本次設(shè)計(jì)基于星研集成環(huán)境，所有硬件、軟件環(huán)境都已集成。

2　編寫步進(jìn)電機(jī)匯編程序的方法

2.18255可編程并行接口芯片介紹

8255可編程外圍接口芯片是Intel公司生產(chǎn)的通用并行I/0接口芯片，它具有A、B、C三個(gè)并行接口，用+5V單電源供電，能在以下三種方式下工作：

方式0—基本輸入/出方式；方式1—選通輸入/出方式；方式2—雙向選通工作方式。

2.2 編程中三個(gè)重要的參數(shù)

（1）運(yùn)轉(zhuǎn)步數(shù)N：操控步進(jìn)電機(jī)的定位精度。

（2）延時(shí)時(shí)間DELAY：控制步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)的速率。

（3）溫度：控制步進(jìn)電機(jī)停止工作的最大溫度。

3　　工作過(guò)程

3.1步進(jìn)電機(jī)的概述及四相八拍步進(jìn)電機(jī)的工作原理：

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的機(jī)電元件。此步進(jìn)電機(jī)工作方式為四相八拍，由單極性直流電源進(jìn)行供電。只需變換不同合適的時(shí)序?qū)Σ竭M(jìn)電機(jī)的各相繞組通電，就可以使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

四相步進(jìn)電機(jī)按根據(jù)電順序的不同，可以分為單四拍、雙四拍等工作方式。單四拍和雙四拍的步距角相等，但是單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩較小。而八拍工作方式的步距角是單四拍以及雙四拍的一半，所以，八拍的工作方式不但可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩而且可以提高控制精度。

3.2步進(jìn)電機(jī)的工作方式：

35BYJ46有四個(gè)相“ABCD”，如果對(duì)每個(gè)相單獨(dú)依次通電，"A-B-C-D"，旋轉(zhuǎn)一周需要磁場(chǎng)換相四次，稱為四相單四拍；如果每次兩相一組同時(shí)通電，"AB-BC-CD-DA"，這稱為四相雙四拍；而單四拍和雙四拍相互交替使用，則稱為四相八拍，如："A-AB-B-BC-C-CD-D-DA"、"AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB"，此時(shí)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一周需要換相八次。四相八拍與四相四拍相比，步距角減少了一倍，這有利于削弱振蕩，從而提高了電機(jī)的帶負(fù)載能力。

3.3 控制原理

步進(jìn)電機(jī)通過(guò)順序切換它的每相線圈電流來(lái)使電機(jī)作步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)脈沖控制，因此調(diào)節(jié)脈沖頻率可調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。另外，由于電機(jī)存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，故其轉(zhuǎn)動(dòng)速度還受到驅(qū)動(dòng)功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機(jī)將不再轉(zhuǎn)動(dòng)。

4　設(shè)計(jì)系統(tǒng)的操作

4.1 怎樣改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速

程序下載好后在試驗(yàn)箱上可以通過(guò)按鍵改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，按鍵A可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，‘1’是順時(shí)針，‘0’是逆時(shí)針；B按鍵可增大步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，C鍵可減小步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，D鍵能控制步進(jìn)電機(jī)工作，A、B、C任一按鍵的改變都會(huì)使步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

4.2 通過(guò)實(shí)驗(yàn)找出電機(jī)轉(zhuǎn)速的上限，如何能進(jìn)一步提高最大轉(zhuǎn)速

例示程序速度最大顯示為B，即“11”，通過(guò)更改步進(jìn)延時(shí)可以增大轉(zhuǎn)動(dòng)速度。當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)至C，即“12”時(shí)，步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)速很快，然后會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在，故其轉(zhuǎn)動(dòng)速度還受到驅(qū)動(dòng)功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機(jī)將不再轉(zhuǎn)動(dòng)。故想要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)速，應(yīng)該增大驅(qū)動(dòng)功率。

4.3 怎樣能使電機(jī)反轉(zhuǎn)

按鍵A可以改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，‘1’是順時(shí)針，‘0’是逆時(shí)針；若在程序中修改，則只需將MOVbclockwise，1改為MOVbclockwise，0則會(huì)使按鍵控制效果相反。

4.4 通過(guò)其它外設(shè)的檢測(cè)（如光電），控制步進(jìn)電機(jī)的停、轉(zhuǎn)

本次設(shè)計(jì)我通過(guò)將步進(jìn)電機(jī)與溫度計(jì)結(jié)合，設(shè)計(jì)出了一個(gè)用溫度控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的程序，即當(dāng)溫度超過(guò)40度時(shí)控制步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的基本功能，也可以實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。

5　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)因計(jì)時(shí)水平有限以及視覺(jué)誤差存在誤差，故不是很精確，但卻很明顯的反應(yīng)了增加速度等級(jí)可以增加轉(zhuǎn)速，B級(jí)速度為最大值。若速度再次增加，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的存在，故其轉(zhuǎn)動(dòng)速度還受到驅(qū)動(dòng)功率大小的影響，若脈沖的頻率大于某一固定值（本系統(tǒng)f＞100hz），電機(jī)將不再轉(zhuǎn)動(dòng)。在具體實(shí)驗(yàn)中可通過(guò)溫度控制部分將設(shè)定溫度值改為15度進(jìn)行測(cè)試，理論上可以在15度時(shí)將步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)終止。

[1]http://wenku.baidu.com/link?url=Srp-vooRrIlVcyvz5DKKFTvRr 5A4d9ES1VG696cL5GWLCPJkVWth9V01YdUjq1fM2_8zbrpN3CfL8f6TkIAcb Qgiz99DM_BdeS3Endi5jK3

[2] 楊季文著.80X86匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)教程[M].清華大學(xué)出版社,1998.

[3]（美）Kip R. Irvine著：Intel匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)（第四版）[M].電子工業(yè)出版社,2004.

張思瑤（1993-），男，安徽巢湖人，安徽大學(xué)12級(jí)通信專業(yè)，本科在讀。