单片机对步进电机进行控制的控制系统.doc

1 绪论 1.1 提出问题并确定设计方案 1.1.1问题的提出 传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，但此种控制方法工作方式单一且难于实现人机交互,当步进电机的参数发生变化时,需要重新进行控制器的设计。而且由传统的触发器构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。为了克服传统控制器的缺点，满足工业生产新的控制要求,在此设计一种以单片机为核心的新型控制器。 1.1.2明确课题任务 单片机对步进电机的控制有如下几项要求： (1)为用户使用方便,需要实现人机交互。 (2)为实现对不同相数的步进电机进行控制而不更换控制器的要求,需要实现励磁方式的可控性。 (3)要求实现步进电机的转速可控和旋转角度可控。 (4)要求有足够的控制精度。 1.1.3 确定设计方案 通过对控制系统的分析,确定了如下的设计方案： (1)确定系统的I/O点数和通道： ①输入和输出量的确定： 输入量：主要是键盘输入。 输出量: 步进电机的驱动信号和LED数码管显示信号。 ②输入、输出通道的确定： 除了键盘/显示器的输入/输出外,输出通道还有驱动步进电机信号的输出通道。 (2)选择单片机： 根据控制系统所要求的控制精度、响应速度、开发环境、I/O点数、输入/输出通道数等情况选择了MCS-51系列的8位单片机8051，其具有4KB ROM和256B RAM，因此不需要进行存储器的扩展。 (3)确定键盘/显示器。 本设计需要一个8×2的键盘和一个6位的显示器，它们的接口电路采用8255A。单片机日记： 8255A是有Intel公司生产的NMOS器件，输入和输出和TTL电平兼容。电源电流最大值为120mA，具有3个8位的并行I/O口，有三种工作方式，可通过编程改变其功能，使用灵活，通用性强。因此，本设计键盘和显示部分选用8255A芯片。 (4)设计单片机控制系统图： 步进电机接口电路和单片机连接时，为了可靠地实现信号隔离，减少输入输出设备对单片机系统的电信号干扰，需要用光电耦合器。 1.2 研究内容和方法 本课题的主要任务是设计一个单片机对步进电机进行控制的控制系统，主要研究内容和方法如下。 1.2.1研究内容 (1)主要研究内容是通过单片机对步进电机的正转，反转，转速，步距角进行控制。 (2)用6位LED显示器组成高亮度的显示电路来显示步进电机的转速等运行参数。 (3)用8255A作为键盘和显示电路的接口芯片。 (4)用PMM8713作为步进电机的接口芯片。 (5)设计单片机控制系统的硬件电路。 (6)编写控制系统主程序，绘制程序流程图。 1.2.2研究方法 主要研究方法是：用单片机原理及其接口技术，通过软硬件相结合的方法实现对步进电机的工作状态和工作参数的控制。 单片机对步进电机的控制有串行控制和并行控制两种方式。本设计采用的是串行控制方式，此方式下单片机控制系统和步进电机驱动器之间只有两条控制线。一条发出时钟脉冲信号来控制步进电机的转速；另一条发出转向信号控制步进电机的转向。这两个信号都是送入步进电机驱动器的输入端，驱动器中含有环行分配器，对步进电机励磁方式的控制和控制脉冲的分配都是由环行分配器来完成的。由于单片机控制系统和驱动器之间只有两条控制线，从而使系统结构大为简化。控制系统按速度控制的要求从时钟脉冲控制线发出相应的控制脉冲即可对步进电机的转速进行控制。当需要恒速运行时，就发出恒定频率的控制脉冲；当需要加速运行时，就发出频率递增的控制脉冲；当需要减速运行时，就发出频率递减的控制脉冲；当需要锁定状态时，只需要停止发脉冲就可以了。因此，可以方便地对电动机的转速进行控制。转向控制线可实现对步进电机转向的控制，当输出高电平“1”时，环行分配器按正方向进行脉冲分配，步进电机正向旋转；当输出低电平“0”时，环行分配器按反方向进行脉冲分配，步进电机反方向旋转。 1.3 本课题研究的意义 传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行控制的，由此种方法构成的控制系统具有电路复杂、灵活性差、控制精度低、生产成本高、调试和维护麻烦等缺点。在本设计中使用单片机接口技术，使用大规模集成电路PMM8713设计了一种新型的步进电机控制系统，这种控制系统具有集成度高、电路简单、成本低、控制精度高、调试和维护方便等优点。这种步进电机的接口电路，可以通过对单片机的设定，用同一种电路，实现对各种励磁方式下3、4相步进电机的控制和驱动，从而大大提高了接口电路的灵活性和通用性。 通过本课题的研究，能全面巩固单片机及其控制技术的相关知识和技能；能掌握步进电机的运行原理及控制方法；能了解芯片的选择、程序的编写、软硬件的配合、各种抗干扰措施的使用等方面的知识。总之，本设计既能结合工业生产生活的实际又能达到本次毕业设计的要求。 2 控制系统硬件电路的