步进电机实时转速控制课程设计

步进电机转速实时控制

摘要：步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

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，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。

关键词：步进电机；ULN2003；8259A;转向；转速 .

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目 录

第1章 绪论

..................................................................................................................................................II

1.1 研究背景 ..................................................................................................................................................1 1.2 选题的目的和意义 ..................................................................................................................................2 1.3 本课程设计的主要内容...........................................................................................................................2 第2章 步进电机转速实时控制.....................................................................................................................3 2.1 设计方案...................................................................................................................................................3 2.2 硬件系统基本原理...................................................................................................................................3 2.2.1 步进电机35BYJ46............................................................................................................................3 1)励磁线圈及其励磁顺序..................................................................................................................3 2)四相步进电机工作原理示意图......................................................................................................4 3)步进电机与8255A接口关系..........................................................................................................5 4)步进电动机的速度控制............................................................................................................ .....5 2.2.2 8255A可编程并行接口芯片.............................................................................................................6 1)8255简介.........................................................................................................................................6 2)8255的编码与工作方式选择.........................................................................................................7 2.3 软件框图..................................................................................................................................................8 2.4软件清单.................................................................................................................................................10 第3章 结束语...............................................................................................................................................13 参考文献........................................................................................................................................................15 附录...............................................................................................................................................................16

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成都学院（成都大学）课程设计报告

第1章 绪论

1.1 研究背景

步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛用于工业机械的数字控制。步进电机易于实现与计算机或其他数字元件接口,适用于数字控制系统. 步进电机只需采用最简单的开环控制就可取得非常高的控制精度，且这种系统不需要反馈信号，系统硬件实施比较简单。

为了使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8255芯片的四相步进电机的控制系统。根据步进电机的励磁顺序列写控制步进电机顺序转动的输出的数据表，接着初始化8255A的工作方式根据要求调入函数输入数据完成正转、反转、开始、停止等功能。

步进电机是电机家族的“婴儿”，20 世纪 60 年代早期才开始流行。步进电机最早是在1920年代由英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。

步进电机的最初构想是作为昂贵的位置控制应用中伺服电机的低成本替代产品，而新兴的计算机工业迅速将其采用到外设应用当中。步进电机的主要优势在于能提供开环位置控制，而成本只是需要反馈的伺服系统的几分之一。在过去，步进电机有时被误称为“数字”电机，因为它们常用正交方波驱动。自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高，人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪、磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被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，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用。

Intel 8086/8088 系列的可编程外设接口电路（Programmable Peripheral Interface)简称 PPI，型号为8255（改进型为8255A及8255A-5），具有24条输入/输出引脚、可编程的通用并行输入/输出接口电路。它是一片使用单一+5V电源的40脚双列直插式大规模集成电路。8255A的通用性强，使用灵活，通过它CPU可直接与外设相连接。

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成都学院（成都大学）课程设计报告

与一般的电机控制过程类似，在对本设计方案实施运转之前，首先需要研究系统的特性,过归纳和抽象建立系统的数字模型。由步进电机定子和转子示意图（见工作原理）可见调节脉冲信号的频率便可以改变步进机的转速，改变各相输入脉冲先后顺序，可以改变电机的旋转方向。 对于转速控制：调节脉冲信号的频率便可以达到目的。

1.2 选题的目的和意义

步进电机转速实时控制实现了电机运转的程序（微机控制）化，步进电动机主要应用在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中，微机控制系统的快速计算，灵活多样的逻辑判断和高效的信息加工能力使自动控制进入了更高一级的领域，提高了生产过程的自动化程度，减少了人工干预，并不断地完善和满足工农业生产和国防科技日益增长的需要。微机控制系统由于具有成本低，体积小，功耗少，可靠性高和使用灵活等特点，因而广泛地应用于工农业生产，交通运输，国防建设和空间技术等各个领域。其控制对象已从单一的工厂流程扩展到企业生产过程的管理与控制。微机和单片机的推广使用实现信息自动化与过程控制相结合的分级分布式计算机控制，计算机技术的水平发展到一个崭新的阶段。 正是由于数字通信系统由于具有许多优点而成为当今通信的发展方向，实现模拟系统数字化极大地促进了通信领域的发展，使人类的生产生活进入了数字化时代。

本设计为掌握利用计算机来加深对所学知识的理解和掌握，通过步进电机转速实时控制平台，运用所学的理论和方法进行实践、解决问题。同时培养我们理论联系实际的设计思想，训练综合运用所学的理论知识分析和解决实际应用问题的能力，从而使基础理论知识得到巩固、加深和系统化。熟悉和掌握运用设计资料的能力。

1.3 本课程设计的主要内容

（1） 对步进电机转速实时控制的主要环节，包括硬件系统基本原理、软件框图及设计思想进行了详细的阐述。

(2) 掌握步进电机与8255的接口电路原理。

(3) 能编制出步进电机正、反转运行程序（以3种不同速度）。

(4) 独立编写好程序，并能在机器上调试通过，并要求将速度值在液晶显示器上显示。

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