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        基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究

        2016-10-22 01:38:50曹宇
        數(shù)碼世界 2016年10期
        關(guān)鍵詞:單片機(jī)程序系統(tǒng)

        曹宇

        渤海大學(xué)

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        基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)研究

        曹宇

        渤海大學(xué)

        本設(shè)計(jì)運(yùn)用了單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)芯片以及各種鍵盤(pán)等有利于步進(jìn)電機(jī)、控制器及驅(qū)動(dòng)器的相互結(jié)合。本文分析了步進(jìn)電機(jī)的調(diào)頻模式,使用L協(xié)同仿真的方法,對(duì)于系統(tǒng)周期良好運(yùn)行有著重要的意義。

        單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) 控制系統(tǒng) 調(diào)頻

        1 引言

        步進(jìn)電機(jī)對(duì)于實(shí)現(xiàn)脈沖信號(hào)的轉(zhuǎn)換有著重要的意義,傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制模式是通過(guò)觸發(fā)器進(jìn)行控制,如果改變了步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)可以更好地設(shè)計(jì)控制器。這種觸發(fā)器有利于控制系統(tǒng),而且控制的電路比較復(fù)雜,精度也不會(huì)很高,而且生產(chǎn)過(guò)程中可能產(chǎn)生比較高的成本。電子功率作為一種執(zhí)行機(jī)構(gòu),需要步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制才能運(yùn)作,然后根據(jù)人們希望的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng),最終克服傳統(tǒng)控制器的不足。這種運(yùn)行方式符合工業(yè)生產(chǎn)的基本需求,并且有利于提升生產(chǎn)積極性,在數(shù)字系統(tǒng)的控制過(guò)程中的應(yīng)用也很廣泛。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

        步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)一般由鍵盤(pán)以及上位機(jī)等構(gòu)成,PC模塊也可以很好的進(jìn)行控制,這種控制系統(tǒng)的功能很多,包括系統(tǒng)的啟動(dòng)以及暫停,有利于電機(jī)更好的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向,通過(guò)三相和四相電機(jī)就可以進(jìn)行控制,通過(guò)PC上位機(jī)也可以很好的進(jìn)行控制,為了更好地控制PC單片機(jī),必須要設(shè)置各種保護(hù)電路。

        3 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

        3.1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

        步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)一般是管道的控制端口,通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的P10,P11,P123位接口可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)的A,B,C 3組進(jìn)行控制,而且通過(guò)各種驅(qū)動(dòng)電路可以更好地控制單片機(jī)以及步進(jìn)電機(jī),通過(guò)步進(jìn)電機(jī)可以對(duì)軟件進(jìn)行很好的控制,功率放大器有利于功率的放大,我們知道單片機(jī)的輸出為1,反相器就可以成為低電平,而且也不會(huì)發(fā)生二極管發(fā)光的情況,也會(huì)讓三極管截止,電機(jī)也不利于對(duì)電源的接通,如果單片機(jī)的接口為0時(shí),那么轉(zhuǎn)向器就會(huì)是高電平而且有利于三極管的導(dǎo)通,電機(jī)組可以進(jìn)行通電,很好地進(jìn)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng),而且可以根據(jù)順序的變化對(duì)接口的通電順序進(jìn)行變化,也可以對(duì)點(diǎn)擊的方向進(jìn)行控制,通過(guò)隔離的方法控制器以及外部驅(qū)動(dòng)電路,那么就不會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,有利于提升系統(tǒng)的可靠性,而且增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力,圖中電阻 R14、R21、R22 為 50 ? 起限流作用。第一和第三流為細(xì)流二極管,電阻可以通過(guò)二極管得到衰減,也能夠很好的保護(hù)步進(jìn)電機(jī),最終保護(hù)了功率管,降低了電流的放電次數(shù),而電流次數(shù)的不斷下降使高頻工作性能的提升得到了保障。

        圖2 驅(qū)動(dòng)電路

        圖1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)框圖

        3.2鍵盤(pán)電路設(shè)計(jì)

        鍵盤(pán)部分需要進(jìn)行參數(shù)設(shè)定,而且要注意啟動(dòng)以及停止功能的操作。在啟動(dòng)電機(jī)的時(shí)候需要進(jìn)行電機(jī)的運(yùn)行,輸入數(shù)字之后就可以傳入?yún)?shù),為了促進(jìn)系統(tǒng)移動(dòng)和運(yùn)轉(zhuǎn),需要設(shè)置相關(guān)的功能鍵,選用 8155 接口芯片作為鍵盤(pán)與顯示接口,有16鍵鍵盤(pán)和8位led數(shù)碼顯示管,8155芯片的片選信號(hào)CE與高位地址P2.7連接。

        因?yàn)槠叫芯€通過(guò)上拉電阻可以進(jìn)行電源的連接,如果按鍵不需要向下按時(shí),各個(gè)線路就輸出高電平;如果線路出現(xiàn)低電平時(shí),按下按鍵就會(huì)產(chǎn)生低電平。據(jù)此原理,可以掃描整個(gè)鍵盤(pán),也可以對(duì)輸入狀態(tài)進(jìn)行檢查,最終確定按鍵的情況。如果沒(méi)有按鍵按鈕,新線和年線就會(huì)斷開(kāi),行線與列線也會(huì)斷開(kāi)。行線上全是高電平,就是不全部為1,獲得的鍵值就是按鍵值,一般掃描鍵盤(pán)的時(shí)間不長(zhǎng),只需要花費(fèi)10微秒的時(shí)間。但可能會(huì)花費(fèi)較長(zhǎng)的按鍵時(shí)間,所以只要按鍵按下的時(shí)候就可以被掃描,因?yàn)榧みM(jìn)點(diǎn)的彈性以及電壓的問(wèn)題,在閉合或者是斷開(kāi)的瞬間就會(huì)產(chǎn)生電壓抖動(dòng)的情況,所以要做好去抖動(dòng)處理,通過(guò)軟件的延時(shí)就可以躲過(guò)抖動(dòng),一般花費(fèi)10秒的時(shí)間。

        3.3顯示電路設(shè)計(jì)

        Led 2極管作為一種顯示元件,通過(guò)擴(kuò)展芯片就可以點(diǎn)燃數(shù)碼管。要點(diǎn)亮led數(shù)碼管,需要轉(zhuǎn)換LED的數(shù)字段碼,在顯示的過(guò)程中要通過(guò)查表程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換,led的轉(zhuǎn)換方式一般是靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示,本系統(tǒng)主要通過(guò)動(dòng)態(tài)顯示的方法來(lái)轉(zhuǎn)換。

        系統(tǒng)的設(shè)置一般是上下限的溫度報(bào)警,如果測(cè)量的溫度比系統(tǒng)設(shè)置的溫度要高,那么報(bào)警系統(tǒng)就會(huì)提示。為了促進(jìn)雙重保險(xiǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),在電路中可以實(shí)現(xiàn)蜂鳴報(bào)警,通過(guò)視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的方法發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警,鍵盤(pán)中的鍵會(huì)和單片機(jī)相連接,所以要進(jìn)行硬件的抖動(dòng)處理,一般需要使用16個(gè)鍵盤(pán),在這里我們使用了5個(gè)鍵盤(pán),降低了硬件損耗。5 個(gè)按鍵分別是“進(jìn)入”、“確定”、“△”、“ ”和“返回”;5 個(gè)按鍵分別接入“P3.2”、“P1.0—P1.3I/O”口。在按下按鍵的時(shí)候,輸入口一般是高電平,如果沒(méi)有發(fā)生按鍵事件,輸入口就是低電平,1.0μF 電容用于鍵盤(pán)消抖;綠、黃兩個(gè)指示燈分別指示溫度源的狀態(tài):自動(dòng)、手動(dòng)。高電平有效(TTL),分別接入單片機(jī)“P1.4”、“P1.5I/ O”口。

        4 軟件結(jié)構(gòu)

        4.1軟件設(shè)計(jì)思想

        軟件系統(tǒng)一般需要匯編語(yǔ)言編寫(xiě),時(shí)鐘的晶振為12mhz,可以根據(jù)不同的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行掃描,而且可以依照不同的功能需要進(jìn)入模塊中,主要的設(shè)計(jì)程序包括掃描程序以及按鍵掃描程序,控制系統(tǒng)中單片機(jī)可以發(fā)生各種脈沖,系統(tǒng)的軟件編制是一種定時(shí)訓(xùn)練,不需要軟件的原始操作,也不會(huì)占用許多的CPU,可以更好的進(jìn)行操作和運(yùn)行,也能夠更好的操作脈沖信號(hào),步進(jìn)電機(jī)的工作方法以及工作程序如下:

        A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。

        如果要更好進(jìn)行通電操作,就要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)操作,如果通電程序相反就要對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行反向操作。在編制各種程序的時(shí)候,存儲(chǔ)器必須要能夠存貯各種代碼,這樣單片機(jī)接口就可以傳送各種代碼,對(duì)于控制步進(jìn)電機(jī)有著良好的作用,要尋找更好的步進(jìn)電機(jī)控制方法,不改變脈沖頻率的方式就可以促使速度改變,但是脈沖頻率不能夠太高,這樣可能會(huì)導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)的情況發(fā)生,為了讓電機(jī)更加穩(wěn)定地得到運(yùn)行,通過(guò)定時(shí)器就可以對(duì)脈沖進(jìn)行控制,而且可以很好地保證CPU運(yùn)行,有利于脈沖輸出程序的執(zhí)行。

        4.2軟件總系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        一般的流程圖是一種模塊化結(jié)構(gòu),可以對(duì)各種控制量進(jìn)行映射,也能夠修改模塊,這種模塊是一種無(wú)擾動(dòng)的輸入模式,軟件模塊的功能通過(guò)子程序可以得到劃分,程序可以對(duì)各個(gè)功能進(jìn)行調(diào)動(dòng),有利于明確模塊功能,這種直流電源供電的方式有利于電機(jī)更好通電,而且有利于電機(jī)保持更好的運(yùn)轉(zhuǎn)方向,按鍵程序包括按鍵掃描和按鍵抖動(dòng),通過(guò)對(duì)不同的按鍵進(jìn)行掃描方式,對(duì)相關(guān)的程序做好各種處理工作。前置的掃描是一種控制型按鍵,因?yàn)檫@種模塊使用了傳統(tǒng)的編碼模式,所以更容易進(jìn)行程序的編譯,而且資源的占用量不多,可以通過(guò)數(shù)碼管以及動(dòng)態(tài)的掃描方式進(jìn)行掃描。

        5 結(jié)語(yǔ)

        單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)可以對(duì)鍵盤(pán)的參數(shù)進(jìn)行控制,包括進(jìn)行啟動(dòng)以及停止操作,顯示器可以輸入數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài),通過(guò)輸入鍵盤(pán)可以帶動(dòng)電機(jī)的工作,因?yàn)閱纹瑱C(jī)可以進(jìn)行電機(jī)的控制,而且控制的價(jià)格很高,本次步進(jìn)電機(jī)的控制有利于步進(jìn)速度的控制,對(duì)于步進(jìn)電機(jī)更平穩(wěn)的運(yùn)行,有利于抗干擾能力加強(qiáng),而且在許多方面應(yīng)用很廣泛。

        [1]楊許.民辦高校機(jī)械專(zhuān)業(yè)本科學(xué)生加強(qiáng)實(shí)踐能力培養(yǎng)的研究[J].輕工科技,2012(08)

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