步進(jìn)電機(jī)指數(shù)規(guī)律升降速的單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1萬(wàn)字 74頁(yè)
包括開(kāi)題報(bào)告，任務(wù)書(shū)，設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，2張CAD原理圖，程序代碼



摘 要

從步進(jìn)電機(jī)的矩-頻特性可知，啟動(dòng)頻率越高，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小，帶動(dòng)負(fù)載的能力越差。當(dāng)啟動(dòng)頻率較高時(shí)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成失步，而停止時(shí)由于慣性作用又會(huì)發(fā)生過(guò)沖，所以在步進(jìn)電機(jī)控制中必須要采取升降速控制措施。本文根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程和矩-頻特性曲線建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法，以單片機(jī)為核心對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行并行控制。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由C51 語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。并設(shè)計(jì)了檢測(cè)系統(tǒng)用于對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速和步數(shù)的檢測(cè)。最后，本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：在顯示器的提示下，由鍵盤輸入運(yùn)行的步數(shù)和穩(wěn)定運(yùn)行的速度；由各個(gè)功能鍵控制系統(tǒng)的運(yùn)行，按啟動(dòng)鍵后，步進(jìn)電機(jī)按照輸入的步數(shù)進(jìn)行走步；如在運(yùn)行期間按停止鍵，則步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)行。研究表明，采用指數(shù)規(guī)律的升降速曲線將大大地提高微機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率，大大縮短所需的升降速時(shí)間。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī),單片機(jī),速度控制,C51 語(yǔ)言



ABSTRACT

According to torque vs. speed characteristic of stepping motor, the higher startup speed is, the smaller startup torque is and then the worse the capability of driving load is. When the startup speed is higher, stepping motor will lose steps. While stopping, it will also lose steps because of inertia. So, it needs to take speed control measures on control of stepping motor. Mathematic model of the system is educed by dynamics equation and torque vs. speed characteristic of stepping motor. It adopts speed control arithmetic of exponential rule and deals with process of acceleration and deceleration via discrete method. Single-chip microcomputer that is the core of system controls stepping motor. The system is programmed by C51 language. The test system is designed to test the rotate speed and steps of stepping motor. Finally, according to the direction of LED display, running steps and speed are input by keyboard. The system’s run is controlled by functional keys. Stepping motor will run to the given steps if the “start” key is pressed. Meanwhile, stepping motor will stop if the “stop” key is pressed during its running. The research shows: the method of acceleration and deceleration via exponential rule will greatly improve the highest running frequency of stepping motor and shorten the acceleration and deceleration time.

Keywords: stepping motor; single-chip microcomputer; speed control; C51 language



目 錄

中文摘要 I
英文摘要 II
第一章 緒 論 1
第二章 系統(tǒng)工作原理和總體方案擬定 3
2.1控制方案論證與比較 3
2.1.1步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的構(gòu)成 3
2.1.2步進(jìn)電機(jī)的串行和并行控制 3
2.2步進(jìn)電機(jī)工作原理和動(dòng)態(tài)特性分析 4
2.2.1反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理 4
2.2.2 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 6
2.3步進(jìn)電機(jī)升降速控制討論 7
2.3.1步進(jìn)電機(jī)的失步 7
2.3.2步進(jìn)電機(jī)升降速曲線的分析 8
第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 9
3.1 步進(jìn)電機(jī)升速的控制算法 9
3.2 步進(jìn)電機(jī)升速過(guò)程的離散處理 11
3.3 步進(jìn)電機(jī)降速過(guò)程的離散處理 12
3.4 步進(jìn)電機(jī)升速過(guò)程運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算 12
第四章 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 14
4.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 14
4.2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 15
4.2.1 微處理器及存儲(chǔ)器的配置 15
4.2.2 鍵盤與顯示接口電路的設(shè)計(jì) 16
4.2.3 定時(shí)和報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 20
4.2.4步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配 21
4.2.5 擴(kuò)展存儲(chǔ)器及擴(kuò)展芯片地址的確定 24
4.3 硬件系統(tǒng)的合成及其原理圖 25
第五章 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 26
5.1 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
5.2 系統(tǒng)的程序流程 28
5.3 程序設(shè)計(jì)問(wèn)題分析 38
5.3.1 程序的初始化及變量的定義 38
5.3.2 存儲(chǔ)類型與存儲(chǔ)模式的定義 39
5.3.3 編譯預(yù)處理的定義 40
5.3.4 數(shù)組查表功能 40
5.3.5 中斷服務(wù)函數(shù)的定義 41
5.3.6 有關(guān)定時(shí)器精確定時(shí)的實(shí)現(xiàn) 42
5.3.7 主函數(shù)及鍵盤與顯示功能的實(shí)現(xiàn) 43
第六章 轉(zhuǎn)速和步數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 45
6.1 光電編碼器的工作原理 45
6.2 檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 45
6.3 檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 47
6.3.1 檢測(cè)系統(tǒng)的流程圖 48
6.3.1 檢測(cè)系統(tǒng)程序 48
第七章 結(jié) 論 49
參考文獻(xiàn) 50
致 謝 51
附錄A：步進(jìn)電機(jī)升速過(guò)程運(yùn)行參數(shù)計(jì)算程序 52
附錄B：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)程序 55
附錄C：步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)程序 63


參 考 文 獻(xiàn)
[13] 童詩(shī)白，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，北京，清華大學(xué)電子學(xué)教研組，2002：65-68
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[15] 陳維山，趙杰，機(jī)電系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制，哈爾濱，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1999：
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[16] 王昊，通用電子元器件的選用與檢測(cè)，北京，電子工業(yè)出版社，2006.1：250-256
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[19] 馬忠梅，籍順心，張凱，馬巖，單片機(jī)的C語(yǔ)言應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，北京，北京航空航天大學(xué)出版社，1999：125-127
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[22] 李漢軍，楊士亮，姬國(guó)慶，電機(jī)轉(zhuǎn)速的精密測(cè)量，電子儀器儀表用戶，2000，(1)：15-16


附錄A：步進(jìn)電機(jī)升速過(guò)程運(yùn)行參數(shù)計(jì)算程序

本程序的各個(gè)窗體和模塊的代碼如下：
1.窗體 form1 下的程序代碼：
Private Sub Command1_Click()
fc = Val(Text1.Text)
H = Val(Text4.Text)
Unload Form1
Load Form3
Form3.Show
End Sub
Private Sub Command2_Click()
Unload Form1
......



附錄B：步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)程序

#include /*絕對(duì)宏指令的包含語(yǔ)句*/
#include
#define uchar unsigned char
#define Fm 5000 /*最高連續(xù)運(yùn)行頻率*/
#define Fq 750 /*帶動(dòng)負(fù)載時(shí)的最高啟動(dòng)頻率*/
#define PA8255 XBYTE[0x7ffc] /*定義8255A的數(shù)據(jù)口和命令口*/
#define PB8255 XBYTE[0x7ffd]
#define PC8255 XBYTE[0x7ffe]
#define COM8255 XBYTE[0x7fff]
uchar code forward[]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x05}; /*正轉(zhuǎn)控制字*/
......



附錄C:步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)程序

#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define PA8255A1 XBYTE[0xfffc]
#define PB8255A1 XBYTE[0xfffd]
#define PC8255A1 XBYTE[0xfffe]
#define COM8255A1 XBYTE[0xffff]
#define PA8255A2 XBYTE[0x7ffc]
#define PB8255A2 XBYTE[0x7ffd]
#define PC8255A2 XBYTE[0x7ffe]
#define COM8255A2 XBYTE[0x7fff]
#define P 3600 /*碼盤上的狹縫數(shù)，即碼盤轉(zhuǎn)一圈時(shí)發(fā)的脈沖數(shù)*/
#define TS 10000 /*采樣大致時(shí)間*/
#define BJJ 0.75
......