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基于单片机及VC++的步进电机控制系统设计

宣布时间:2010年08月17日 13:08    宣布者:lavida
要害词: 步进电机 , 单片机
1 弁言  

步进电机是将电脉冲旌旗暗记改酿成角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情形下, 电机的转速、阻拦的职位只取决于脉冲旌旗暗记的频率和脉冲数,而不受负载变换的影响,即给 电机加一个脉冲旌旗暗记,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只需周 期性的误差而无积累误差,使得在速率、职位等控制领域,用步进电机来控制变的异常的简 单。本文设计了一种基于AT89S52 单片机和VC++的步进电机控制系统,可以完成对步进 电机的基本控制及状态实时显示。  

2 系统组成  

应用、控制步进电机必须由环形脉冲源、功率镌汰年夜电路等部门组成控制系统,脉冲旌旗暗记 浅易由单片机或CPU发生,浅易脉冲旌旗暗记的占空比为0.3-0.4左右,电机转速越高,占空比则 越年夜。功率镌汰年夜是驱动系统最为主要的部门。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的静态 匀称电流而非静态电流,匀称电流越年夜,电机力矩越年夜,要到达匀称电流年夜,这就须要驱动 系统尽能够战胜电机的反电势。是以不合的场所接纳不合的驱动要领。到现在为止,驱动要领 浅易有以下几种:恒压、恒压串电阻、高高压驱动、恒流等。  

本文设计系统中,脉冲旌旗暗记由单片机AT89S52发生并分配给步进电机各相,功率镌汰年夜部门由驱动电路完成,系统结构框图如图1所示。  


  
本文所设计系统中,步进电机模块接纳35BY48S03永磁式步进电机,用户应用4*4键盘或上位机的控制界面完成指令输入,接纳上位机或1602字符型液晶模块实时显示运转状态。  

3 硬件设计  

3.1 单片机最小系统电路  

单片机的最小系统电路网罗时钟电路和复位电路。本文所设计系统中,时钟电路接纳内 部振荡要领,所得的时钟旌旗暗记较量稳固,适用电路中应用较多。复位电路作用是使单片机 的片内电路初始化,使单片机从一种一定的状态泉源运转。复位电路接纳2种基本形式:上 电复位、开关复位。  

3.2 键盘电路  

设计P1口接4*4键盘,键盘电路图如图2所示:  


  
3.3 电机驱动电路  

35BY48S03型步进电机接线图如图3所示,从图中可以看出,电机共有四组线圈,四组线圈的一个端点连在一起引出,这样一共有5根引出线。要使步进电机迁徙改变,只需以一定的 序次轮替给各引出端通电便可,加电的要领可以有多种,网罗单相驱动、双相驱动、单-双 相驱动等,照顾步进角有整步和半步分辨。在本文设计的系统中,接纳单相驱动和单-双相 驱动两种加电要领驱动步进电机运转。  


  
凭证该电机参数,不难设计出驱动电路,因其使命电压为12V,最年夜电流为0.26A,因 此用一块开路输入达林顿驱动器(ULN2003)作为驱动,经由历程P2.7-P2.4来控制各线圈的接通与 切断。假定要改变电机的迁徙改变速率只需改变两次接通之间的时间,而要改变电机的迁徙改变偏向, 只需改变各线圈接通的序次。  

3.4 串行通讯电路  

在PC机内接有PC16550(和8250兼容)串行接口、EIA-TTL的电平转换器和RS-232C连 接器,除鼠标占用一个串行口外,还留有两个串行口给用户,这就是COM1(地址3F8H-3FFH) 和COM2(地址2F8H-2FFH),经由历程这两个口,可以毗连串行通讯装备,如单片机、仿真机 等。由于单片机的串行发送和吸收线TXD和RXD是TTL电平,而PC的COM1或COM2的 RS-232C毗连器(D型9针插座)是EIA电平,是以单片机需加接MAX232芯片,经由历程串行电 缆线和PC相毗连。本文所设计的串行通讯电路如图4所示。  


  
3.5 下位机显示电路  

液晶接纳显示容量为2行16个字的1602液晶,1602接纳尺度的16脚接口,外部的字符发 生计储器(CGROM)曾经存储了160个不合的点阵字符图形,每个字符都有一个结实的 代码。设计电路图如图5所示。  


  
4 软件设计  

软件设计可分为两个部门:上位机软件设计和下位机软件设计。上位机软件设计网罗: 上位机控制情形设计、上位机通讯法式模范模范设计和上位机法式模范模范的封装宣布;下位机软件设计包 括:键盘扫描法式模范模范、下位机通讯法式模范模范、主驱动法式模范模范、测试部门法式模范模范、显示部门法式模范模范。  

4.1 上位软件设计  

Visual C++设计了一套基础类库(Microsoft Foundation Class Library, MFC), MFC把编 程尺度中的年夜多数内容封装成为种种类,使法式模范模范员从严重年夜的编程中挣脱出来。凭证系统设 计须要,设计一个基于对话框的应用法式模范模范便可,如图6所示。  


  
为完成上位机与下位机通讯,应用Microsoft供应的串行通讯ActiveX控件。该控件的相 应文件是MSCOMM32.OCX。在基于对话框的法式模范模范中应用控件,须要阻拦以下几方面操作: 拖动控件图标到窗口上,培植控件ID。在对话框头文件中声明CMSComm类的变量及援用控 件类头文件。培植CMSComm类的实例。培植控件事宜照顾代码框架。  

在电机状态改变后,由下位机将代表各状态的数据发送给上位机,上位机吸收到后存入 一个数组内,凭证此数组内容刷新各编辑框内容,以到达实时显示的目的。此处共有五个数 据,放入rxdata数组中,划分代表励磁状态、迁徙改变偏向、速率、测试1计数、测试2计数。上 位机MSComm控件SetRThreshold属性设置为5,则当下位机将五个数据发送完后,上位机立 即触发OnComm事宜,阻拦吸收。  

当我们装配VC++6.0时,假定选择了ACtiveX控件项(自界说装配),MSComm控件就 会自动装配在盘算机上了,并在系统文件夹下多了3个文件:Mscomm.srg,Mscomm32.ocx, Mscomm32.dep,即MSComm控件曾经由授权,但要重视的是,假定法主意度模范模范移植到其它没有安 装VC软件的PC机上,必须将其应用“执照”License 在注册表中挂号注册,才可以正常运转。 为了正常运转, 还须要将VC开发的可推行文件与运转所需的三个静态链接文件 MFC42D.DLL,MFCO42D.DLL,MSVCRTD.DLL放在统一个文件夹中。应用Installshield软 件阻拦封装完成以上请求便可。  

4.2 下位机软件设计  

本文所设计系统中,接纳单相驱动和单-双相驱动两种加电要领驱动步进电机运转,即 单相四拍和单-双相八拍驱动,划分为整步和半步运转,步进角划分为7.5度和3.75度,不合 的驱动要领其状态表不合,两种驱动要领的波形及状态表以下,其中1代表高电平,体现驱 动的磁极绕组通电;0代表低电平,体现驱动的磁极绕组不通电。  


  
凭证设计请求改变转速,则只需改变P2.7-P2.4轮替改变电平的时间便可到达请求,这个 时间不应接纳延时来完成,由于会影响到其他功效的完成。这里以准时的要领来完成,晶振 频率为11.0592M,接纳T0要领1准时。主法式模范模范流程图如图7所示:  


  
系统上电后,首先阻拦初始化,网罗液晶屏初始化及将法式模范模范所用到的内存单元(开关机 状态标志位7FH、正反转标志位7EH、单相励磁或单双相励磁标志位7DH、测试标志位7CH、 以后速率存放单元2EH)清零。然后检测能否开启电机,检测到开旌旗暗记后,设置状态位,7FH=1,7EH=1,7DH=1,2EH=10,代表肇端状态设置为:单双相励磁正转,肇端速率为10r/m。  

设置 T0 相关参数后,泉源准时,同时检测键盘能否有其它请求发生,假定有,则改变 照顾的状态位,并改变单片机输入波形,控制步进电机运转状态改变。  

串行通讯的编程要领有两种查询要领:查TI 或RI 能否为“1”。中止要领:假定事后开 了中止,当TI、RI 为“1”,会自动发生中止。两种要领中当发送或吸收数据后都要重视清 TI 或RI。本文所设计系统中,下位机接纳查询及中止两种吸收要领,吸收上位机的控制指 令;发送接纳查询要领,将以后电机运转状态信息发给上位机实时显示。  

5 功效验证  

应用示波器丈量P2.7-P2.4口发生的波形,以测试电机的勉励脉冲能否与现实切合,所测 波形如图8、9所示。图8是在单-双相八拍励磁要领,转速为10转/分的情形下,丈量出的P2.7 和P2.5波形,即A,/A的勉励波形。图9是在单相四拍励磁要领,转速为30转/分的情形下, 丈量出的P2.7和P2.6波形,即A,/B的勉励波形。  


  
上位机控制操作和键盘控制操作可以伶仃收回指令,也能够或许交互收回指令,该系统应用 情形较广。经测试,所设计系统可以很好的到达设计请求,可以完成对步进电机的基本控制 及状态实时显示。  

6 结论  

本文设计出的步进电机控制系统,可以完成对步进电机的基本控制及运转状态的实时显 示。该系统适用性强,操作便利,经测试取得了优胜效果。经由一定的手艺刷新后,可以应 用于包装机械的物料计量、包装膜供送、横封等历程当中,准确控制推行机构的运转速率和运 行职位。应用步进电机替换传统的机械或其它要领,不只能使包装机械结构变得质朴、调治 便利、可靠性增添,而且精度会取得很年夜前进。
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