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基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

作者: 发布时间:2019-11-28 10:34:30 阅读: 106 次

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基于AT89C51单片机步进电机控制系统的设计

 

摘要:在微电子技术发展的愈发成熟的今天,单片机也应用得更加普遍,通过单片机,能够让传统设备的精度更高、功能更强大、自动化水平更高。对于进步电动机来说,单片机更是不可或缺的,其运行职能完全与数字控制系统相符,电源问题也因此得到了有效解决。本文便以AT89C51为基础,研究步进电机控制系统的功能原理,并从硬件电路与模块功能两方面,分析其系统设计。

关键词:AT89C51;单片机;步进机电;控制系统

 

前言:步进电机是很多精密机械设备中的一种执行元件,能够将接收到的脉冲信号转变成输出轴角位移,在其运行过程中,每个接收到的脉冲信号,都会在输出轴上有所体现,即发生角度旋转。所以,输出轴的旋转角度应等于接收到的脉冲数。也正因如此,其满足数字控制系统的运行要求,可以通过AT89C51单片机来实现对该设备的控制。

一、系统功能原理

    在设计控制系统时,需要遵循性价比高、可靠性强、结构简单的原则。以单片机为基础,生成步进电机能够接收到的进步脉冲,再通过环分芯片、光电隔离等部分,使步进电机能够正常运行。在整个系统中,首先以矩阵键盘为基础实现数据束缚,之后AT89C51单片机会对数据进行采集,并进行相应运算,之后形成两个输出量:其一,控制信号,其与脉冲信号相对应,其中,P1所对应的是脉冲信号,P2所对应的是控制信号;其二,显示信号,主要表现的是绘图点位置,对应的是P3[1]。之后,系统中会有针对性的形成脉冲序列数,从而对步进电机产生驱动作用。

二、系统硬件电路

由上文可知,系统中除了单片机与进步电动机,还需要具备驱动器、键盘以及显示装置,具体设计如下:

(一)驱动器

SN75452是一种主要的机械驱动器,这种驱动器能够在一定程度上将输出信号放大,之后运用已经放大的信号,来实现对外围设备的驱动。在本文的系统设计中,SN75452主要用于对AT89C51单片机中P1口所产生的信号进行放大,从而达到对电动机所产生的脉冲功率进行有效控制的目的,实现对进步电动机的驱动。

(二)键盘

本文系统所运用的键盘为矩阵键盘,除了数字键之外,其他按键的功能如下:,“*”键,其功能为启动电机,但只有在设定完电机转数之后才能生效。第二,“D”键,其功能为正逆转设定,次按“D”键之后,P2口灯亮,这时电机为逆转;第二次按“D”键之后,P2口灯灭,这时电机为逆转;第三次按“D”键之后,P2口灯重新亮起,电机重新恢复逆转[2]。第三,“X”键,其功能为设定X轴转动。第四,“Y”键,其功能为设定Y轴转动。

(三)显示装置

本文系统所运用的显示装置为串行动态数码管,在AT89C51单片机中,其串行接口的方式有四种,如果串行接口方式为0时,单片机便变成了寄存器,可以实现对并行传输口的扩展。在这种条件下,单片机一方面将信号输入到74LS164端口中,一方面与clock相连接,从而实现对串行输入的处理,最终形成并行输出。

三、系统模块功能

本文系统中主要的软件模块有以下几个:

(一)控制模块

AT89C51单片机是整个系统的核心,具有电压低且性能高的特点,其中含有两个主要的存储器,其一为4K字节,其二为256字节,充分满足存储要求,因此,使用该装置不用在对系统的存储器进行再次扩展,相比于传统系统,电路得到了一定程度的简化[3]。另外,AT89C51单片机还在一个芯片中融合了8位中央处理器与闪烁存储器,且控制器的运行效果更加理想,能够实现嵌入式系统的有效运行,不仅操作比较灵活,而且性价比很高。

(二)脉冲分配模块

该模块主要运用环分芯片来实现通电换相控制,不仅能够实现3相控制,还能够实现4相控制,可以在很大程度上实现对功率放大器的支持,与此同时,设备中每一个输出端上都装置了触发电路,因此,具有非常强大的抗干扰能力。该模块中时钟的工作方式也有单双两种,不仅能够实现对电机的正反转控制,还能够实现初始化复位[4。具体来讲,含有激励方式的控制与判断、时钟选通、以及可逆环形计数等多种电路。

(三)保护模块

一般情况下,步进电机在运行过程中,都始终处于一个电流量较大的状态下,不仅如此,电动机中的绕组在运行时所产生的反电势是非常大的,在这种情况下,电机运行时无论电压,还是电流,其所产生的波动都相对较大,容易出现一些尖峰,对于系统的功率管来说,其工作环境也是相当复杂的,一不小心就会导致运行事故。因此,需要在系统中设置保护模块,以确保系统的运行安全。本文所述系统主要运用的是过流保护电路,其1相波形如图1所示,其中含有时钟、高低电压以及电流波形,2相与3相与1相一致。

 

T表示时钟;UH表示高压;UL表示低压;i表示电流

1 1相波形

(四)电压驱动模块

该模块主要运用的是高低压驱动法,其基本思路如下:在系统运行过程中,不考虑电机工作频率,一旦绕组中接入了电流,就开始采取高压进行供电,从而促进绕组电流的快速升高,在电流升高到一定程度以后,在切换成低压供电,保证绕组电流维持恒定。

结论:

    综上所述,本文所述系统是通过AT89C51单片机来实现对步进电机的控制的,在很大程度上缩短了系统对中央处理器的占用时间,提升了系统运行效率,对步进电机的转速、转向以及精度,都能够实现有效控制。与此同时,系统中含有光电隔离装置,对电磁干扰情况有很好的抑制作用,从而大大提升了系统可靠性。但系统还需要有针对性的降低开关速度,以控制浪涌,并科学设计接地装置,进一步稳定系统的运行性能,降低系统故障发生率,提升其实用价值。

参考文献:

[1]马昊伟,董继先.基于STC89C51单片机的步进电动机的控制系统设计[J].煤矿机械,2012,07:222—223.

[2]王松河.单片机在步进电机控制系统中的仿真设计与应用[J].常州工学院学报,2012,04:21—26.

[3]王朕,刘陵顺.三相永磁同步电机双闭环调速控制系统的设计——基于TMS320LF2407A和AT89C51[J].船电技术,2010,09:1—6.

[4]庞秀琴.基于Atmel89C52单片机4相混合式步进电机控制系统设计[J].山西煤炭管理干部学院学报,2014,02:154—156.