采用AT89S52和VC++的实现步进电机实时显示控制管理系统设计

来源：米乐体育app在线下载    发布时间：2024-01-31 12:22:40

  步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给 电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周 期性的误差而无累积误差，使得在速度、位置等控制领域，用步进电机来控制变的非常的简 单。本文设计了一种基于AT89S52单片机和VC++的步进电机控制管理系统，能轻松实现对步进 电机的基本控制及状态实时显示。

  使用、控制步进电机必须由环形脉冲源、功率放大电路等部分所组成控制管理系统，脉冲信号 一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则 越大。功率放大是驱动系统最重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态 平均电流而非静态电流，平均电流越大，电机力矩越大，要达到平均电流大，这就需要驱动 系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的驱动方式。到目前为止，驱动方式 一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流等。

  本文设计系统中，脉冲信号由单片机AT89S52产生并分配给步进电机各相，功率放大部分由驱动电路完成，系统结构框图如图1所示。

  本文所设计系统中，步进电机模块采用35BY48S03永磁式步进电机，用户利用4*4键盘或上位机的控制界面实现指令输入，采用上位机或1602字符型液晶模块实时显示运行状态。

  单片机的最小系统电路包括时钟电路和复位电路。本文所设计系统中，时钟电路采取内 部振荡方式，所得的时钟信号较为稳定，实用电路中使用较多[3]。复位电路作用是使单片机 的片内电路初始化，使单片机从一种确定的状态开始运行。复位电路采取2种基本形式：上 电复位、开关复位。

  35BY48S03型步进电机接线所示，从图中能够准确的看出，电机共有四组线圈，四组线圈的一个端点连在一起引出，这样一共有5根引出线。要使步进电机转动，只要以一定的 次序轮流给各引出端通电即可，加电的方式能有多种，包括单相驱动、双相驱动、单－双 相驱动等，相应步进角有整步和半步区分。在本文设计的系统中，采用单相驱动和单－双相 驱动两种加电方式驱动步进电机运转。

  根据该电机参数，不难设计出驱动电路，因其工作电压为12V，最大电流为0.26A，因 此用一块开路输出达林顿驱动器(ULN2003)作为驱动，通过P2.7-P2.4来控制各线圈的接通与 切断。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间，而要改变电机的转动方向， 只要改变各线 串行通信电路

  在PC机内接有PC16550（和8250兼容）串行接口、EIA-TTL的电平转换器和RS-232C连 接器，除鼠标占用一个串行口外，还留有两个串行口给用户，这就是COM1（地址3F8H-3FFH） 和COM2（地址2F8H-2FFH），通过这两个口，可以连接串行通信设施，如单片机、仿真机 等。由于单片机的串行发送和接收线TXD和RXD是TTL电平，而PC的COM1或COM2的 RS-232C连接器（D型9针插座）是EIA电平，因此单片机需加接MAX232芯片，通过串行电 缆线和PC相连接。本文所设计的串行通信电路如图4所示。

  液晶采用显示容量为2行16个字的1602液晶，1602采用标准的16脚接口，内部的字符发 生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，每一个字符都有一个固定的 代码[5]。设计电路图如图5所示。

  软件设计可分为两个部分：上位机软件设计和下位机软件设计。上位机软件设计包括： 上位机控制环境设计、上位机通信程序设计以及上位机程序的封装发布；下位机软件设计包 括：键盘扫描程序、下位机通信程序、主驱动程序、测试部分程序、显示部分程序。

  Visual C++设计了一套基础类库（Microsoft Foundation Class Library, MFC）, MFC把编 程规范中的大多数内容封装成为各种类，使程序员从繁杂的编程中解脱出来[6]。根据系统设 计需要，设计一个基于对话框的应用程序即可，如图6所示。

  为实现上位机与下位机通信，利用Microsoft提供的串行通信ActiveX控件。该控件的相 应文件是MSCOMM32.OCX。在基于对话框的程序中使用控件，需要进行以下几方面操作： 拖动控件图标到窗口上，创建控件ID。在对话框头文件中声明CMSComm类的变量及引用控 件类头文件。创建CMSComm类的实例。建立控件事件响应代码框架[7]。

  在电机状态改变后，由下位机将代表各状态的数据发送给上位机，上位机接收到后存入 一个数组内，根据此数组内容刷新各编辑框内容，以达到实时显示的目的。此处共有五个数 据，放入rxdata数组中，分别代表励磁状态、转动方向、速度、测试1计数、测试2计数。上 位机MSComm控件SetRThreshold属性设置为5，则当下位机将五个数据发送完后，上位机立 即触发OnComm事件，进行接收[8]。

  当我们安装VC++6.0时，如果选择了ACtiveX控件项（自定义安装），MSComm控件就 会自动安装在计算机上了，并在系统文件夹下多了3个文件：Mscomm.srg，Mscomm32.ocx， Mscomm32.dep，即MSComm控件已经过授权，但要注意的是，如果程序移植到其它没有安 装VC软件的PC机上，必须将其使用“执照”License 在注册表中登记注册，才可以正常运行。 为了正常运行， 还需要将VC开发的可执行文件与运行所需的三个动态链接文件 MFC42D.DLL，MFCO42D.DLL，MSVCRTD.DLL放在同一个文件夹中。使用Installshield软 件进行封装实现以上要求即可。

  本文所设计系统中，采用单相驱动和单－双相驱动两种加电方式驱动步进电机运转，即 单相四拍和单－双相八拍驱动，分别为整步和半步运转，步进角分别为7.5度和3.75度，不同 的驱动方式其状态表不同，两种驱动方式的波形及状态表如下，其中1代表高电平，表示驱 动的磁极绕组通电；0代表低电平，表示驱动的磁极绕组不通电。

  按照设计要求改变转速，则只要改变P2.7-P2.4轮流改变电平的时间即可达到要求，这个 时间不应采用延时来实现，因为会影响到其他功能的实现。这里以定时的方式来实现，晶振 频率为11.0592M，采用T0方式1定时。主程序流程图如图7所示：

  系统上电后，首先进行初始化，包括液晶屏初始化及将程序所用到的内存单元（开关机 状态标志位7FH、正反转标志位7EH、单相励磁或单双相励磁标志位7DH、测试标志位7CH、 当前速度寄存单元2EH）清零。然后检测是否开启电机，检测到开信号后，设置状态位，7FH=1,7EH=1,7DH=1,2EH=10,代表起始状态设置为：单双相励磁正转，起始速度为10r/m。

  设置 T0 相关参数后，开始定时，同时检测键盘是否有其它请求发生，如果有，则改变 相应的状态位，并改变单片机输出波形，控制步进电机运行状态改变。

  串行通信的编程方式有两种查询方式：查TI 或RI 是否为“1”。中断方式：如果预先开 了中断，当TI、RI 为“1”，会自动产生中断。两种方式中当发送或接受数据后都要注意清 TI 或RI。本文所设计系统中，下位机采用查询及中断两种接收方式，接收上位机的控制指 令；发送采用查询方式，将当前电机运行状态信息发给上位机实时显示。

  利用示波器测量P2.7-P2.4口产生的波形，以测试电机的激励脉冲是否与理论相符，所测 波形如图8、9所示。图8是在单-双相八拍励磁方式，转速为10转/分的情况下，测量出的P2.7 和P2.5波形，即A，/A的激励波形。图9是在单相四拍励磁方式，转速为30转/分的情况下， 测量出的P2.7和P2.6波形，即A，/B的激励波形。

  上位机控制操作和键盘控制操作可以单独发出指令，也可以交互发出指令，该系统应用 环境较广。经测试，所设计系统可以很好的达到设计要求，可以实现对步进电机的基本控制 及状态实时显示。

  本文设计出的步进电机控制系统，可以实现对步进电机的基本控制及运行状态的实时显 示。该系统实用性强，操作方便，经测试取得了良好效果。经过一定的技术改进后，可以应 用于包装机械的物料计量、包装膜供送、横封等过程中，精确控制执行机构的运行速度和运 行位置。利用步进电机替代传统的机械或其它方式，不仅能使包装机械结构变得简单、调节 方便、可靠性增加，而且精度会得到很大提高。

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  下一篇：采用DDS技术与AD8302芯片实现了数字化频率特性测试仪的设计

  步进电机可以通过被称为“微步”的驱动方法来实现更精细的步距角控制。在本文中将介绍其工作原理。 步进电机：微步驱动原理 在上一篇文章“步进电机的基本旋转原理”中，有一个两相双极线圈逐相励磁的示例。在该示例中，按步（使电流流经一组线圈中的一个而不流经另一个线圈）介绍了步进电机每旋转90°的原理。而微步驱动则可以使步进电机按照更精细的步距角旋转。 步进电机的微步驱动有优点主要有两个：一个是可以控制微小角度的位置。另一个是可以降低低速范围内的振动和噪声。步进电机在每一步都伴随着阻尼振动，最终停止在所定位置。也就是说，相对于停止位置经过多次向前过头和后退过头后最终完全停止。如果步进电机低速旋转，则这种阻尼振动可能会引起振动和噪声。通

  微步驱动的工作原理 /

  驱动器细分后将对电机的运行性能产生质的飞跃，但是这一切都是由驱动器本身产生的，和电机及控制管理系统无关。在使用时，用户唯一需要注意的一点是步进电机步距角的改变，这一点将对控制管理系统所发的步进信号的频率有影响，因为细分后步进电机的步距角将变小，要求步进信号的频率要相应提高。以1.8度步进电机为例：驱动器在半步状态时步距角为0.9度，而在十细分时步距角为0.18度，这样在要求电机转速相同的情况下，控制系统所发的步进信号的频率在十细分时为半步运行时的5倍 什么是保持转矩(HOLDING TORQUE)? 驱动器细分后将对电机的运行性能产生质的飞跃，但是这一切都是由驱动器本身产生的，和电机及控制系统无关。在使用时，用户唯一必须要格外注意的一

  步进电机在控制管理系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。 有时从一些旧设备上拆下的步进电机（这种电机一般没有损坏）要改作它用，一般需自己设计驱动器。本文介绍的就是为从一日本产旧式打印机上拆下的步进电机而设计的驱动器。 本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。 1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。 图1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和

  0 引言 步进电机具有快速启停，精确度高等特点，由于步进电机在速度和位置上的控制优势，使得由步进电机控制的切割机床等生产机床能够更加准确和便捷的完成任务，本课题利用单片机控制步进电动机加减速，也就是改变脉冲的时间间隔，通过单片机从而控制步进电机，可以有软件和硬件两种方法：软件是通过改变程序的方法进而改变输出脉冲的频率，但是这种方法在电动机控制中要不停地产生控制脉冲占用了大量的CPU 时间，使单片机无法同时进行其他工作 ;硬件方法是利用控制器的内部的定时器来完成的，在进入定时中断后改变定时常数，从而升速时使脉冲频率逐渐增大，减速时使脉冲频率逐渐减小，这种方法占用CPU时间较少，是目前我们使用较多的调速方法。 1 切割

  曲线运动模型设计的研究 /

  1、概述 汽车仪表主要包括，有车速里程表、转速表、机油压力表、水温表、燃油表、充电表，报警装置，支持 LCD 和TFT 屏显示等。 2、特点/优势 主控MCU集成度高，方便设计及节约BOM成本； 高性能图像处理，支持TFT屏显示。 3、目标应用 汽车仪表 摩托车仪表   4、框图 5、推荐产品 功能模块 品牌 产品类别 功能及特点 处理运算单元 Renesas 8位， 16位， 32位   步近电机控制，LCD控制 步进电机控制，2D图形引擎，VRAM，Video输入/输出，FlexRay 大容量SRAM，2D图形加速，支持Op

  前段时间在出去买东西的时候经过一个废品收购站，看到一位阿姨正在从一台什么机器上面拆零件。具体是什么机器我也不认识，我突然看到她拆下来一个圆圆的东西，走进一看原来是一个电机，有四根线，我当时想肯定是一个步进电机。虽然年份久远但是质量看起来还不错，我当时就很喜欢。问阿姨这个多少钱我想买下来。阿姨说十块钱，一分也不能少。没有办法我就发十块钱买下这个“铁块子“！由于时间的关系一直没有机会折腾。今天有点时间所以就拿出来研究一下。 经过测量这是一个两项四线度。有两种工作方式。一种是4拍的方式，一种是8拍的方式，4拍方式的时序如下： a~ 和b~ 表示反向电流。 ab －

  驱动 /

  0 引言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，输入脉冲总数控制步进电机的总旋转角度，电机的速度由每秒输入脉冲数目所决定，因此易实现机械位置的精准控制。而且由于步进电机价格低廉、可控性强等特点，使其在数控机床传送控制等自动控制领域中得到了广泛的应用。但随着技术的发展以及企业生产的要求，步进电机传统的以单片机等微处理器为核心单元的控制管理系统暴露出了如下缺点：控制策略单一不利于实现人机交互，而且控制电路复杂、控制精度低、生产所带来的成本高，系统稳定性不够，步进分辨率低、缺乏灵活性，低频时的振荡和噪声大，而且受步进电机机械结构和空间的限制，步进电机的步距角不可能无限的小，难以满足高精度开环控制的需求。由于FPGA编程方式简

  UDN2916LB是SANKEN公司推出的一款两相步进电机双极驱动集成电路，能够驱动双绕组双极步进电机，非常适合于目前国内税控市场双步进微型打印机电机的控制。 UDN2916LB适用的电机电压范围为10～45V，逻辑电压不能超过7V；通过内部脉宽调制控制器(PWM)可实现最大750mA的输出电流；内置1/3和2/3分割器；逻辑输入实现1相/2相/W1-2phase激励模式；内置过热和交叉电流保护功能；集成钳位二极管；内置防止低压误操作等保护功能。UDN2916LB内部结构如图所示，芯片有两组电路构成，每组电路由PWM控制器、电桥及辅助电路组成。 图1 UDN2916LB内部结构框图 PWM电流控制电路 每个PWM控制器

  闭环控制器

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