1、I微机原理课程设计报告题 目 步进电机转速实时控制 学 院 电子信息工程学院 专 业 自动化（本） 学生姓名 赵开锋 学 号 201010311140 年级 2010 级 指导教师 程浩 职称 副教授 II二一二年七月设 计 报 告 成 绩 （ 按 照 优 、 良 、 中 、 及 格 、 不 及 格 评 定 ）指 导 教 师 评 语 ：指 导 教 师 （签名） III年 月 日步进电机转速实时控制摘要：本设计为掌握利用计算机 8086 系统以及步进电机转速实时控制对所学知识的理解与掌握，通过相关设备及计算机系统，运用所学的理论与方法进行调试，解决问题。通过汇编程序对步进电机相关转速的调试与控制
2、，在编程的过程中，巩固用汇编语言处理数据的能力和 8255A 接口芯片的运用，特别是对数表数据的灵活运用能力。在调试及试运行的过程中，对步进电机在工业中的相关作用加深理解，因此，用汇编程序对步进电机转速实时控制在科学研究和工程建设中必不可少，将会在更多的领域得到应用。关键词：步进电机；汇编语言；实时控制IV目 录第 1 章 绪论 .11.1 研究背景 .11.2 选题的目的和意义 .31.3 本课程设计的主要内容 .3第 2 章 步进电机转速实时控制 .42.1 设计方案 .42.2 硬件系统基本原理 .42.3 软件框图及设计思想 .92.4 程序编制 .10第 3 章 结束语 .13参考文
3、献 .145第 1 章 绪论1.1 研究背景步进电机是一种能将电脉冲信号转换成机械角位移或线位移的执行元件，它实际上是一种单相或多相同步电机。电脉冲信号通过环形脉冲分配器，励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列，轮流和直流电源接通后，就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场，使转子转过一定角度( 称为步距角)。在正常运行情况下，电机转过的总角度与输入的脉冲数成正比；电机的转速与输入脉冲频率保持严格的对应关系， 步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关；电机的运动方向由脉冲相序控制。因为步进电机不需要 A/D 转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，它被认
4、为是理想的数控执行元件。故广泛应用于数控机床。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合，可以使用步进电机，以发挥其结构及驱动电路简单、可靠性高和成本低的特点。伴随着不同数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。4步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频
5、（电机转速从低速升到高速） 。 现在比较常用的步进电机有反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路是由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。现阶段反应式步进电机应用最广泛。 51.1.1 步进电机驱动电路原理步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，必须使用专用的步进电机驱动控制器。正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。图 1-1 步6进电机系统的驱动框图如图 1-1 所示，它一般有脉冲发生单元、脉冲分配单元、功率驱动单元保护和反馈单元组成。除功率驱动单元以外，其他部分越来越趋向于用软件来实现。
6、1.1.2 步进电机特点1一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。 3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4步进电机低速时可以
7、正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。 1.1.3 步进电动机 的驱动方法步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图 1-2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。7图 1-2 步进电动机 驱动控制器1.2 选题的目的和意义步进电动机以其显著的特点在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。步进电机作为执
8、行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量日益增长，在各个国民经济领域都有着重要的应用。本 设 计 为 了 解 步 进 电 动 机 的 原 理 及 接 口 电 路 原 理 ， 通 过 编 程 实 现 步 进 电 机 的 正 反 转 ， 低 速 正 转 和 高速 反 转 ， 通 过 运 用 所 学 的 理 论 和 方 法 对 实 际 步 进 电 动 机 进 行 编 程 ， 巩 固 了 8086 接 口 扩 展 技 术 的 编 程 能力 。 作 为 当 代 工 科 大 学 生 ， 此 设 计 是 必 不 可 少 的 。 1.
9、3 本课程设计的主要内容（ 1） 介 绍 了 步 进 电 机 转 速 实 时 控 制 的 设 计 方 案 ， 包 括 硬 件 系 统 基 本 原 理 ， 软 件 框 图 及 设 计 思 想 以 及相 应 的 程 序 编 制 。（ 2） 对 步 进 电 机 转 速 实 时 控 制 的 主 要 环 节 ， 包 括 硬 件 方 面 及 其 软 件 方 面 进 行 了 详 细 的 阐 述 。第 2章 步进电机转速实时控制2.1 设计方案本设计采用电压为 DC12V 的四相八拍步进电机 35BYJ46 型电机，用 ULN2003 作为步进电动机驱动电路主芯片，以 8255A 作为 8086 并行输出接口
10、，8086 对步进电机的控制信号则通过 8255A 送到 ULN2003。 关于转向与转速，通过查表的方式实现，以逐次递增方向查表，依次输出表中数据，则步进电机正转；以逐次递减方向查表，则步进电机反转，即通过一个表实现步进电机的正转与反转。转速则通过调用延时子程序，当调用延时较长的子程序时，则步进电机转速慢，当调用延时较短的子程序时，步进电机转速加快。82.2 硬件系统基本原理2.2.1 系统硬件子系统的构成本设计采用的步进电机为 35BYJ46 型四相八拍电机，电压为 DC12V，其励磁线圈及其励磁顺序如图 2-1及表 2-1 所示：图 2-1 励磁线圈表 2-1 励磁顺序1 2 3 4 5
11、 6 7 85 + + + + + + + +4 - -3 - - -2 - - -1 - - -92.2.2 工作原理四相步进电机示意图见图 2-2 及 2-3，转子由一个永久磁铁构成，定子分别由 4 组绕组构成。图 2-2 电子转子与定子图 2-3 电气连接当 S1 连通电源后，定子磁场将产生一个靠近转子为 N 极，远离转子为 S 极才磁场，这样的定子磁场和转子的固有磁场发生作用，转子就会转动，正确地 S1、S4 的送电次序，就能控制转子旋转的方向。例如：若送电的顺序为 S1 闭合 断开 S2 闭合 断开 S3 闭合 断开S4 闭合 断开，周而复始的循环，在定子和转子共同作用下，电机就瞬时针旋转：10图 2-4 转动若送电的顺序为 S4 闭合 断开 S3 闭合 断开 S2 闭合 断开 S1闭合 断开，周而复始的循环，则电机就逆时针旋转，原理同理。图 2-5 8255A 向步进电机发出的控制脉冲
