基于单片机的步进电机控制系统及串行通信设计.docx

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1、基于单片机的步进电机限制系统及串行通信设计张保许艳玲朱红永许骥海军蚌埠士官学校摘要：设计采纳了AT89S52单片机对步进电机进行限制，主要介绍了步进电机限制潜的基本电路设计，编写了驱动程序,并实现了与PC机的连接。关健IriJ:单片机步进电机限f刖系统通信设计TheDesignofContro1SystemaboutStep*motorandSerialCommunicationosing1eChipbasedAbstract.Thedei*TMEL89552igle*controlthestep-motor.ThispapermainlyintroBnthifcdesignoficircit

2、boottepmotorconiroIIeranddrivingprogram.ThedesikdYucceeIft计TheDesignofControlSystemaboutStep-motorandSerialCommunicationbasedonSingleChipAbstract：IedeilaeaATMEU9SS2皿kchiptocontrolthetep-motor.ThiSpapermainlyintroducesthedesignof.baeiecircuitaboutstep-rootercontrollerenddrivingpropani.ThedenMiceeedti

3、nTediXi%theconnectingbetweenoftinglechipandPC.Keywords：ATMELS9S52singledhstep-motorCOrrtroisystemOOfnmUnicatiOndesign0前言步进电机是一种将电脓冲信号转换成相应的角位移或直线位移的机电控制元件.即控制执行部件.也是机电一体化的关艇部件之一,广泛应用于各种自动化控制系统与精密机械等篌域。步进电机和普通电机的区别在于脉冲枢动的形式,正是这个特点,步送电机可以和现代的数字控制技术相结合。尽管步进电机在控制的精度、速度变化的范围、低速性能等方面不如传统的闭环控制的直流伺版电动机,但在精度

4、不需要特别高的场合就可以使用步进电机,可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。因此,随若数字化技术的发展以及步进电机自身技术的槌高,步进电机将会在更多的犊域得到广泛应用。本文运用AT89S52单片机实现了对步进电机的数字控制,同时将步进电机的脉冲信号通过申口输出,被PC所接收,从血控制整个系境。1总体方案设计在本设计系统中,主要控制步进电机带动工件的转动,从而使工件转到相应的位置,同时能够使系统调速方便。设计中利用串口通信,可以实现单片机与PC机的连接。将步进电机的转速分为IO级.每控制一次,转速加一级或者减一级,转速也跟灯变化,并将基数显示出来。总体方案的结构框图如图1所示。2步进电机的

5、控制原理步进电机是纯怦的数字控制电动机。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时,就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,通过控制脉冲个数来控制角位移盘.从而达到精确定位的目的;同时,通过控制脉冲频率来控制电机的转动速度与加速度,达到调速的目的。步进电机的驱动电路依据限制信号工作。在步进电机的单片机限制中，限制信号由单片机产生。其基本限制作用如下：1)限制换相依次步进电机的通电换相依次严格按工作方式进行。通常，我们把通电、换相这一过程称为脉冲分配。例如，四相步进电机的四相八拍工作方式，其各振荡器刚好钟电路。系统中，单片机的主要作用是接收键盘设定值，显示转动速度，同时还具有中行通信功能。当单片

6、机发出脉冲信号的同时，PC机进行接收，以便对信号进行处理。单片机通过P1.O口提供限制步进电机的时序脉冲，以限制步进电机的运行。系统采纳软件来完成脉冲安排，就可依据系统应用的须要，便利敏捷地变更步进电机的限制方式。(正转)或DADCDCBCB-BAA(反转)。通电、限制脉冲必需严格这一依次分别限制A、B、c、D相的通电和断电。2)限制步进电机的转向假如按给定的工作方式正序通电、换相，步进电机就正转：按反序通电、换相，步进电机就反转。3)限制步进电机的速度由于给定步进电机一个限制脉冲，它就转一步，再发一个限制脉冲，就会再转一步，两个脉冲的间隔时间越短，步进电机就转得越快。因此脉冲的频率确定了步进

7、电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率，就可以对步进电机进行调速。4单片机的限制程序单片机的限制程序主要有主限制程序、键处理程序(加速程序、减速程序、点位限制程序)、显示驱动程序和串口通信监控程序。细分驱动主限制程序限制整个程序的流程，主要完成程序的初始化、中断方式的设置、计数器工作方式的设置及相关子程序的调用等。该主限制程序流程图如图3所示。部分限制程序如下：Aerate,derate,single接到P2口上，分别表示加速、减速、单圈限制，低电平有效；stage表示级数；en限制步进电机使能信号，高电平有效：CP限制步进电机转速信号。3限制器的基本限制电路限制器的主要限制电路如图2所示。wh

8、iIe(aerate=。)&(StageVIQ)/加速信号有效，级数不超过10,执行加速系统中的单口通信由专用的芯片MAX202组(delay(200)；/键盘延时eII=1；/步进电机使能成，主要用于系统与PC机的串行通信。CPU电路stage+=1；/级数加1由AT89S52作为中心处理器，并配以简洁的外围电路组成：同时选用30pF的电容和Ikfl组成系统aerate=1：/hl速信号置0while(aerate=l)&(derate=l)&(sing1e自=1)&(stage10)/没有限制则按着原动上电且位电路。11.0592MHZ晶振与2个30P速转动F的电容组成了系统的时钟基准电路

9、。由于CPU内fOr(j=0；j2；j+)部就有存贮器，所以本系统未对其进行存储扩展。限制键盘由3个独立式按键组成，一个加速、减速及time(dstage-1,thstage-1)；点位限制按键。选用的是共阳极数码管，可以显示相应的速度级数。采纳的单片机AT89S52,具有8HaSh闪速存储%2子程序，调整步进电机间隔时间，限制转速56Bytes内部RAM,32个JJi电睛卷术(叙此母声时/计数器一箍洌鬻嘴的步拣电砒M鹤极翰信我酒心罐雕U峭号IP断机构，二个正双L甲仃JllIliT!女,I呵呵日内处打一”.4步进电机的驱动电路根据控制信号工作。在步进电微蝴片机控制中,控制信号由单片机产生。其基

10、本控制作用如下：I)控制换相顺序步进电机的通电换相顺序严格按工作方式进有。道亨,我们把通电、换相这一过程称为豚冲分W,四相步进电机的四相八拍工作方式,其各府通电的顺序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(正转)或DA-D-CD-C-BC-B-BA-A(反转)。涵电、控制脓冲必须严格这一耿序分别控制A、B、C、D相的通电和断电。2)控制步进电机的转向如果按给定的工作方式正序通电、换相,步进电机就正转;按反序通电、换相,步进电机就反转。3)控制步进电机的速度由于给定步进电机一个控制脉冲,它就转一步，再发一个控制脓冲,就会再转一步,两个脉冲的间隔时间越短,步进电机就转得越快。因此脉冲的频率抉定了

11、步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率,就可以对步进电机进行调速。3控制器的基本控制电路控制器的主要控制电路如图2所示。系统中的串口通信由专用的芯片MAx202组成,主要用于系统与PC机的串行通信。CPU电路由AT89S52作为中央处理器,并配以简单的外圉电路组成,同时选用30PF的电容和Ikn组成系统自动上电复位电路。ll0592MHi晶振与2个对PF的电容组成了系统的时钟基准电路。由于CPU内部就有存贮器,所以本系统未对其进行存储扩展。控制键及由3个独立式按键组成,一个加速、减速及点位控制按键。选用的是共阳极数码管,可以显示相应的速度级数。采用的单片机AT89S52.具有8ItBytcs

12、FIMh闪速存储器,256ByUs内部RAM,32个I/O口线,3个16位定时/计数器,1个六向立两极中断机构,一个全双工串行通信接口，同时片内还有振荡器及时钟电路。系统中,单片机的主要作用是接收键盘设定值,显示转动速度.同时还具有串行通信功能。当单片机发出脉冲信号的同时,PC机进行接收,以便对信号进行处理。单片机通过PLO口提供控制步进电机的时序脉冲,以控IW步进电机的运行。系统采用软件来完成脉冲分配,就可根据系统应用的需要,方便灵活地改变步进电机的控制方式。4单片机的控制程序雌片机的控制程序主要有主控制程序、键处理程序(加速程序、减速程序、点位控制程序)、显示驱动程序和串口通信监控程序。细分驱动主控制程序控网整个程序的流程,主要完成程序的初始化、中断方式的设置、计数器工作方式的设置及相关子程序的调用等,读主控制程序流程四如图3所示。部分控制程序如F：ACmte、&rate、Sinde接到P2口上,分别表示加速、减速、单圈控刎,低电平有效;SM表示级数;Cn控制步进电机使能信号,高电平有效;CP控制步进电机转速信号。while(aerate=0)&(stage10)/加速信号有效,级数不超过IO,执行加速.Ideby(200)；健盘延时enu;步进电机使能心萨+=