步進電機指數(shù)規(guī)律升降速的單片機控制系統(tǒng)設計

摘   要

從步進電機的矩-頻特性可知，啟動頻率越高，啟動轉(zhuǎn)矩越小，帶動負載的能力越差。當啟動頻率較高時，啟動時會造成失步，而停止時由于慣性作用又會發(fā)生過沖，所以在步進電機控制中必須要采取升降速控制措施。本文根據(jù)步進電機的動力學方程和矩-頻特性曲線建立系統(tǒng)的數(shù)學模型，采用指數(shù)規(guī)律的升降速算法，以單片機為核心對步進電機進行并行控制。系統(tǒng)的軟件設計由C51 語言編程來實現(xiàn)。并設計了檢測系統(tǒng)用于對步進電機轉(zhuǎn)速和步數(shù)的檢測。最后，本系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：在顯示器的提示下，由鍵盤輸入運行的步數(shù)和穩(wěn)定運行的速度；由各個功能鍵控制系統(tǒng)的運行，按啟動鍵后，步進電機按照輸入的步數(shù)進行走步；如在運行期間按停止鍵，則步進電機停止運行。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控制步進電機的最高工作頻率，大大縮短所需的升降速時間。

關鍵詞：步進電機,單片機,速度控制,C51 語言

ABSTRACT

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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步進電機控制系統(tǒng)的構成3

2.1.2步進電機的串行和并行控制3

2.2步進電機工作原理和動態(tài)特性分析4

2.2.1反應式步進電機原理4

2.2.2 步進電機的動態(tài)特性6

2.3步進電機升降速控制討論7

2.3.1步進電機的失步7

2.3.2步進電機升降速曲線的分析8

第三章 控制系統(tǒng)的數(shù)學模型9

3.1 步進電機升速的控制算法9

3.2 步進電機升速過程的離散處理11

3.3 步進電機降速過程的離散處理12

3.4 步進電機升速過程運行參數(shù)的計算12

第四章 控制系統(tǒng)的硬件設計14

4.1 系統(tǒng)的硬件結(jié)構14

4.2 系統(tǒng)的硬件設計15

4.2.1 微處理器及存儲器的配置15

4.2.2 鍵盤與顯示接口電路的設計16

4.2.3 定時和報警電路的設計20

4.2.4步進電機的脈沖分配21

4.2.5 擴展存儲器及擴展芯片地址的確定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)的軟件設計26

5.1 軟件結(jié)構設計26

5.2 系統(tǒng)的程序流程28

5.3 程序設計問題分析38

5.3.1 程序的初始化及變量的定義38

5.3.2 存儲類型與存儲模式的定義39

5.3.3 編譯預處理的定義40

5.3.4 數(shù)組查表功能40

5.3.5 中斷服務函數(shù)的定義41

5.3.6 有關定時器精確定時的實現(xiàn)42

5.3.7 主函數(shù)及鍵盤與顯示功能的實現(xiàn)43

第六章 轉(zhuǎn)速和步數(shù)檢測系統(tǒng)設計45

6.1 光電編碼器的工作原理45

6.2 檢測系統(tǒng)的硬件設計45

6.3 檢測系統(tǒng)的軟件設計47

6.3.1 檢測系統(tǒng)的流程圖48

6.3.1 檢測系統(tǒng)程序48

第七章  結(jié)  論49

參考文獻50

致    謝51

附錄A：步進電機升速過程運行參數(shù)計算程序52

附錄B：步進電機控制系統(tǒng)程序55

附錄C：步進電機檢測系統(tǒng)程序63