基于Protues的步进电机控制系统仿真设计

计算机控制技术课程设计报告《基于Protues的步进电机控制系统仿真设计》

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专业：自动化(1)班

授课老师：老师

日期： 2013/6/20

目录

引言 (1)

1设计电源 (1)

2.四项步进电机 (1)

2.1步进电机 (1)

2.2步进电机的控制 (1)

2.3步进电机的工作过程 (1)

3电路图设计 (2)

3.1AT89c52的概述 (2)

3.2最小系统 (2)

3.3复位电路 (2)

3.4控制电路 (3)

3.5电机驱动电路 (3)

4程序设计 (3)

4.1 主程序框图 (3)

4.2 步进电机速度控制程序框图 (4)

4.3 控制开关输入程序框图 (5)

5结束语 (6)

[参考文献] ................................ 错误!未定义书签。附录A 源程序. (8)

附录B (10)

引言

通过控制AT89c52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转、反转、加速与减速。

具体工作过程是：给作品通电后，步进电机按照预先设置的转速和转动方式转动。调整正反转按钮，步进电机实现正反转切换；按下加速开关，步进电机转速加快；按下减速开关时，电机转速减慢。

实现设计具体用到的仪器：AT89C52芯片、开关单元、四项步进电机等。

实现设计具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路[1]。

1设计电源

AT89C51单片机需要的电源是5v直流电源，我们所用的电是220V50H Z，这要需要交流电源220V 转换5V直流电源，利用变压器的原理220v进行降压，单片机控制系统以及外围芯片供电采用7805系列三端稳压器件，通过全波整流，然后进行滤波，然后进行滤波稳压，使用电容滤去交流，电路如图1.1所示。

图1.1 电源设计图

2 四项步进电机

2.1步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角[2]。

2.2步进电机的控制

(1)换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。

(2)控制步进电机的转向控制:如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。

(3)控制步进电机的速度控制:如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快[3]。

2.3步进电机的工作过程

开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4

号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动,如图2.3(a)所示。

四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度[4]。

单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.2所示：

a.单四拍

b. 双四拍

c.八拍

图2.2 步进电机工作时序波形图

对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：

单四拍运行：正转A-B-C-D；反转D-C-B-A；

双四拍运行：正转AB-BC-CD-DA；反转DC-CB-BA-AD；

四相八拍运行：正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。

本设计使用的是四相八拍控制[5]。

3电路图设计

3.1 AT89C52的概述

AT89S52单片机是ATMEL公司推出的高档型AT89S系列单片机中的增强型产品。关于其功能原理及其应用不再赘述。这里只介绍本设计用到的端口和功能[6]。

P1口：用户使用的通用I/O口，8位准双向，编程和校验时，可做为高8位地址线；P1.0和P1.1引脚另有第二功能。

P3口：8位准双向I/O口。

RST:复位信号输入端，高电平有效。

EA：访问芯片内部和芯片外部程序存储器的选择信号。

XTAL1,XTAL2:芯片内振荡器反相放大器的输出端和输入端[7]。

3.2最小系统

单片机最小系统或者称为最小应用系统，就是用最少的元件组成的单片机可以工作的系统，对52系列单片机来说，最小系统一般应该包括：单片机、复位电路、晶振电路[8]。

3.3复位电路

图2.1 步进电机工作原理图

复位电路采用手动复位和上电自动复位。

上电自动复位：在单片机上电的瞬间，RC电路充电，由于电容上电电压不能突变，所以RST 引脚出现高电平，RST引脚出现的高电平将会随着对电容C的充电过程而逐渐回落[9]。

手动复位：当按下复位按钮时，RST出现高电平，实现复位。如图3.3所示。

图3.1 复位电路

3.4控制电路

开关和P3口相连，开关1、2、3、4来控制电机的正反转，速度的加减。如图3.4所示。

图3.2 控制电路

3.5电机驱动电路

将步进电机的A、B、C、D通过L297和L298接到89C51管脚上，如图3.5所示。

图3.3 电机驱动电路

4程序设计

4.1 主程序框图