基于步进电机调速细分测速系统课设计方案报告.doc
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1、基于89C52步进电机调速、细分、测速系统 课程设计报告单 位: 小构成员: PengSir 专 业: 班 级: 指引教师: 成 绩: 目 录摘要1一 系统简介1 1.1步进电机工作原理简介1 1.1.1步进电机基本参数2 1.1.2步进电机细分简介3二 系统方案4 2.1控制器选取4 2.2电子驱动电路与细分方案选取4 2.3显示屏选取方案5 2.4转速信号采集方案5 2.5开发软件选取5三 模块简介5 3.1 STC89C52RC型单片机最小系统5 3.2 TB6560AHQ驱动电路6 3.3 电源模块7 3.4 ADC0804模块8 3.5光电开关模块10四 程序设计及流程10 4.1
2、系统电路示意图10 4.2 程序设计11五 实物图12六 心得体会12参照文献14附录15摘要:在电气时代今天,电动机在工农业生产与人们寻常生活中都起着十分重要作用。步进电机作为最常用一种电机,作为一种数字伺服执行元件,步进电机具备构造简朴、运营可靠、控制以便、控制性能好等长处,广泛应用在数控机床、机器人、自动化仪表等领域。为了实现步进电机简易运动控制,普通以单片机作为控制系统微解决器,通过步进电机专用驱动芯片实现步进电机速度和位置定位控制。本系统采用STC公司STC89C52RC芯片为核心进行设计,并配合THB6016H驱动芯片,合理运用了该芯片上丰富资源,采用ADC0804做数据采集,作为
3、输入指定转速。在数码管上対实时数据进行显示。单片机与74LS14用光耦连接,提高了抗干扰性,并且可以保护单片机。本系统完毕了题目所有基本规定和发挥某些规定,在整体上保证了设计任务超额完毕。核心词:步进电机 PWM 光电开关 STC89C52RC THB6016H ADC0804一 系统简介1.1 步进电机工作原理简介 步进电机属于实用典型机电一体化组件。它是一种将电脉冲信号转化为角位移或直线位移执行机构。又可称脉冲电机或阶跃电机,国外常称为Step motor、Stepping motor、Stepper motor等等。当不见电机驱动器接受到一种脉冲信号,它就驱动步进电机按照设定方向转动一种
4、固定角度(称为“步据角”),它旋转是以固定角度一步一步运营。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到拟定目;同步可以通过控制脉冲频率来控制电机转动速度和加速度,从而达到调速目。步进电机可以作为一种控制用特种电机,运用其没有累积误差特点,广泛运用于各种开环控制。步进电机问世后来,不久拟定了自己应用领域,应用发展己有约30年历史。步进电机种类依照自身构造不同,可分为三大类:反映式(t,也称磁阻式)、永磁式(PM)和混合式(HB)。 永磁式步进电机普通为两项,转矩和体积较小,步进角普通为7.5度或15度; 反映式步进电机普通为三相,可以实现大转矩输出,步进角普通为1.5度,但是噪声和震动较大。反
5、映式步进电机转子磁路由软磁材料制成,定子上面有许多相磁力绕组,运用磁导变化产生转矩。 混合式步进电机兼有反映式和永磁式双重长处,其自身阻尼作用较好,运营平稳,噪音低、低频振动小,当前混合式步进电机是应用最广泛电机之一。步进电机优缺陷如下: (1)在不失步前提下步进电机角位移与输入脉冲数严格成正比,因而不存在合计误差,具备良好跟随性。 (2)步进电机动态响应快、易于启停、正反转及变速。 (3)可用数字信号直接进行开环控制,容易构成简朴便宜但可靠数字控制系统。同步,在规定高时它也可以与角度反馈环节构成高性能闭环数控系统。 (4)停止时具备自锁能力。 (5)速度可在相称宽范畴内平滑调节。 (6)无刷
6、,电机本体部件少,可靠性高。 (7)普通可以不用减速器而直接驱动负载。 (8)带惯性负载能力较差。 (9)由于步进电机存在振荡和失步现象,因而必要对控制系统和机械负载采用相应办法。 (10)步进电机只能通过脉冲电源供电才干运营,它不能直接使用普通交直流电源驱动。 1.1.1 步进电机基本参数 (1)电机固有步进角 它表达控制系统每发出一种步进脉冲信号,电机所转动角度。电机出厂时给出了一种步距角值,如86BYG250A型电机给出值为0.9/1.8(表达半步工作时为0.9度,整步工作时为1.8度),这个步踞角可以称为“电机固有步踞角”,它不一定是电机实际工作时真正步进角,真正步进角和驱动器关于。
7、(2)步进电机相数 它是指电机内部线圈组数,当前惯用有二相、三相、四项、五相步进电机。电机相数不同,其步进角也不同,普通二相步进电机步进角为0.9/1.8、三相为0.75/1.5、无相为0.36/0.72.在没有细分驱动器时,顾客重要靠选取不同相数步进电机来满足自己步进角规定。如果使用细分驱动器,则“相数”将变得没故意义,顾客只需要在驱动器上变化细分数,就可以变化步进角。 (3)保持转矩 它是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子力矩。它是步进电机最为重要参数之一,普通步进电机在低速时力矩接近保持力矩。由于步进电机输出力矩随速度增大而不断衰减,输出功率也随速度增大而变化,因此保持力矩就成为衡
8、量步进电机最重要参数之一。1.2 步进电机细分简介 随着步进电机在数控机械、自动化领域中应用越来越广泛,对小步距、低振动和低噪声步进电机规定愈来愈迫切。步距角公式式中一转子齿数; 一运营拍数,普通等于定子相数或相数整数倍,即; 一定子相数; 一电机驱动方式。由上式看出,步距角大小由电机自身参数m、,和电机驱动方式k决定,受电机制造工艺限制,靠增长m和,来减小步距角受到一定限制,此时必要通过增大k来获得更小步距角。当步进电机工作于整步工作方式时,k=l;当步进电机工作于半步工作方式时,k=2;为了获得更大k,就必要采用细分控制办法。细分驱动技术可以大幅度减小步进电机步距角,并且步距角越小,进入稳
9、定区域越容易,这样就增长了电机运营平稳性,还可以削弱甚至消除电机低频振荡和噪声,提高起动频率和高速下转矩,同步也可以提高电机定位辨别率和精度。二 系统方案2.1控制器选取方案一:采用CPLD为控制核心,适合复杂逻辑控制和高速运算系统;方案二:使用51单片机为核心,适合系统控制。综合分析,本系统采用STC89C52RC单片机,STC89C52RC单片机与51单片机兼容同步可以通过下载线下载程序,以便了程序调试和运营。2.2电子驱动电路与细分方案选取方案一:由分立元件制作TA8435h驱动电路。长处是成本低廉、易于控制。缺陷是电路体积大,TA8435H在实体店很难购买,再者网购TA8435H大多数
10、是拆机件很难保证芯片可用性和可靠性。方案二:使用THB6016H做驱动电路简朴,性能稳定,调试以便,并且芯片很容易购买,可靠性强。依照电路规定分析,本系统采用THB6016H做驱动电路2.3显示屏选取方案方案一:选用LED数码管显示电机转速各种信息,LED显示信息量小、功耗大,同步还需要制作相应硬件驱动电路。显示效果明显。方案二:选用字符点阵LCD模块显示小车各种信息,LCD信息量大、功耗低,它提供原则并行或者串行接口,驱动简朴,使用以便。显示规定明显且显示信息量不大,因此采用方案一。2.4转速信号采集方案方案一:使用光译码盘。长处;测量比较精准。缺陷:调试很负载,程序量大。方案二:采用光电开
11、关。有点:调试简朴,只需要MCU在单位时间内计算输入MCU脉冲数,就能通过简便程序计算出转速。缺陷:误差较大,码盘缺口很难控制宽度。综上,采用光电开关进行转速信号采集较为合理。2.2.4开发软件选取方案一:汇编语言。比较直接、简洁,不适合复杂运算。不易读。方案二:C语言。比较灵活,适合复杂判断和运算。依照实际,选取用KEIL C 进行编程。三 模块简介3.1 STC89C52RC型单片机最小系统单片机重要擅长系统控制,而不适合做复杂数据解决,在设计单片机最小系统时咱们选用STC89C52 8位DIP-40封装单片机作为MCU,本系统单片机最小系统由时钟电路、复位电路、电源电路、外围总线接口等某
12、些构成。图1为单片机最小系统构造框图。 图 13.2 TB6560AHQ驱动电路 THB6016H两相混合式步进电机驱动芯片,内置双全桥MOSFET驱动、温度保护及过流保护,采用HZIP25封装(尺寸:36.517mm),耐压40V、电流3.5A(峰值)、16细分,外围电路简朴。适配57mm机座及其如下所有两相混合式步进电机。 TB6560AHQ驱动芯片优势:(1)电机振动小噪音低:由于芯片自带2、8、16细分可选,足够满足每分钟从几到近千转应用规定。(2)嵌入式驱动器发热少:芯片自带散热面积足以单独支持小电流驱动散热规定。(3)支持各种步进电机选型:客户可选取力矩稍大混合式或永磁式步进电机,
13、使电机工作在容许最大转矩百分之30至50之间,电机成本几乎不变;芯片提供多档电流设立和电流衰减模式,支持相似动力指标下各种不同参数步进电机。总之,因TB6560AHQ芯片集成度很高,外围电路极其简朴,可靠性极高,支持57和某些86步进电机从每分钟几十到近千转宽调速应用,可使数控设备研发成本和生产成本双双下降。实物如图2: 图 2工作电流设立表3: 表 3静止时自动半流如表4: 表 4细分设立如表5 表 5衰减设立如表6: 表 63.3 电源模块 本系统规定有5V电源输入,因而咱们选用了LM317作为电源芯片。LM317作为输出电压可变集成三端稳压块,是一种使用以便、应用广泛集成稳压块。其应用电
14、路如图7所示。图8为电源滤波电路。 图 7 图 8稳压电源输出电压可用下式计算,Vo=1.25(1+R2/R1)。本系统中取R1为240n,R2取5K可调电位器。通过调节R2阻值大小,进而可以变化输出电压大小,实现电压可调,其可调范畴是Vo=1.25V37V。在应用中,为了电路稳定工作,在普通状况下,还需要接二极管作为保护电路,防止电路中电容放电时高压把317烧坏。3.4 ADC0804 ADC0804是一种初期A/D转换器,因其价格低廉而在规定不高场合得到广泛应用。ADC0804是一种8位、单通道、低价格A/D转换器,重要特点是:摸数转换时间大概100us;以便TTL或CMOS原则接口;可以
15、满足差分电压输入;具备参照电压输入端;内含时钟发生器;单电源工作时(0V5V)输入信号电压范畴是0V5V;不需要调零,等等。ADC0804是一种20引脚芯片,引脚排列如图9所示。 图 9CLK_R,CLK,GND之间用电阻和电容构成RC震荡电路,用来给ADC0804提供工作所需脉冲,其脉冲频率为1/(1.1RC)。端用两个电阻分压得到电压,即2.5v,将该电压作为AD芯片工作时内部参照电压。其电路图如图10: 图 103.5 光电开关模块 光电开关模块采用简易连接方式,在调节时候注意将R2和R4电阻调尽量小这样才干是产生信号可以达到TTl电平,从而让单片机辨认。其电路如图11: 图 11 其整
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