单片机步进电机控制系统设计论文

时间:2022年12月20日

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来源:请叫我躺枪小天

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下面小编给大家整理单片机步进电机控制系统设计论文,本文共11篇,希望大家喜欢!本文原稿由网友“请叫我躺枪小天”提供。

篇1:单片机步进电机控制系统设计论文

2.1单片机程序设计

通过中断脉冲信号,计算步进电机的运转步数以及圈数,并对其进行记录;实现对步进电机运转速速的'控制;采用端口的中断程序关闭其相关程序,将电机控制在停机状态;通过中断电机的开启部位,将其转换到运行状态,实现电机的运行;PMM8713的U和D端口通过输出高电平,达到控制步进电机运转方向的目的;8279将其接口与自身的8个数据连接口进行连接,当单片机运行到键盘部位时,采用相关端口中断其工作状态,进而达到控制步进机的启动、停止、速度以及方向等,并将其反馈给8279,利用LED将其显示,明确其运转的速度以及方向。

2.2PC上位机设计

设计PC上位机的主要目的就是控制步进电机,利用单片机中相关部位,实现人与机的对话,其利用单片机发出执行命令,实现对步进电机的有效控制。其中,单片机接受的执行命令会存储在相关软件中,其与储存在片内的Flash的相关地址进行比较,不冲突的信息就储存在其中,如与其中储存的信息发生冲突,就会自动中断,有效的保护电机的正常运行。同时,此软件在运行的过程中,应该对晶振中的USART模块进行设置,其相关的控制软件由VB6.0对其进行编写,采用MSComm软件实现实时通讯。

3结语

电机控制系统利用单片机实现控制整个机器的工作,其使用的可靠性较高。在其工作的状态下,为其提供较为便捷的控制方案。通过控制步进电机的运转方向。云状速度以及工作状态等,提高步进电机的工作效率具有非常重要的作用。同时,该系统还能够控制三相电机和四相电机,其有PC上位机对整个步进电机的运行进行控制,使该系统在环境恶劣的情况下运行,确保人员的安全状态;此外,该系统还具有使用范围广、操作简单、成本低廉、实用性强等优势,被广泛的应用在实际生活的各大领域中,并能够发挥其独特地作用,进而提高步进电机的工作效率,创造经济效益。

篇2:单片机步进电机控制系统设计论文

1.1LED和键盘设计

为了能够实现人与机器的对话,单片机的步进电机控制系统设计了3*4键盘以及4*8LED数码管,人们可以直接对其进行控制。该系统通电后,通过键盘输入控制步进机的运转、启动以及转动方向等,由LED管动态清晰显示步进机的转向以及转速。器件8279能够控制系统键盘的输入以及LED的输出,进而减少单片机工作的承载,8279在控制系统工作的过程中,将键盘输入的信息进行扫描,利用其抖功能,避免事故的发生。(下图为LED和键盘模块)

1.2放大和驱动设计

逻辑转换器是步进机控制过程中的脉冲分配器,其是CMOS集成电路,其输出的源电流为20毫安,能够应用于三相以及四相步进机,其工作可以选择以下6种激进方式进行控制;其中,对于三相步进电机有1、2、1-2相;对于四相步进电机有1、2、1-2相,其输入的方式有单、双时钟选择方式,其具有正向控制、方向控制、监视原点、初始化原位等功能。PMM8713器件主要由激励方式判断、控制以及时钟设置等部分组成,所有的输入端都设置有秘制的电路,进而提高抗外界干扰的能力。PMM8713输出能够接受功率驱动电路,其通过驱图1LED和键盘模块动器,输出最大的工作电流,以满足电机工作的需求。单片机通过调节相关端口的脉冲信号,控制步进机的运行状态、运转方向以及运转速度等。

篇3:单片机控制步进电机论文致谢

首先向我的导师周国荣教授致以最诚挚的谢意在近年的学习期间,周老师无论在学习上还是在生活上都给以我无微不至的关怀。导师治学严谨,学识渊博,品德高尚,平易近人,在我学习期间不仅传授了做学问的方法,还教给了我做人的准则。

这些都将使我终生受益。无论是在理论学习阶段,还是在课题的研究与设计,论文的选题、资料查询和撰写的每一个环节,无不得到导师的悉心指导和帮助。导师渊博精深的知识、独特的见解和敏锐的洞察力,都让我终身受益,再次感谢周老师为我所作的一切特别感谢感谢所有参加论文评审的各位老师,感谢你们在百忙之中对我论文给予批评指正还要要感谢跟我同一个课题组的何顺义同学,一年多以来,我们互相帮助,共同探讨,共同进步。同时感谢所有的师兄弟、师妹们在生活和学习上对我的关心、帮助和支持,和大家一起讨论问题的时光总是那么美好。

在论文撰写期间,我要感谢许多让我分享他们宝贵经验和知识的导师及实验室的同门们。他们为我论文的完成提出了许多宝贵建议及真知灼见。与此同时,我还要感谢帮助过我的同门们,他们给我提出了许多宝贵的意见,激发了我写作的灵感,在此表示最深的谢意。

最后,我要感谢我的父母和亲人。正是由于他们无私奉献和一贯的支持与鼓励,才使我有信心和毅力完成全部的学业。

篇4:单片机控制步进电机论文致谢

本次毕业设计及论文能够顺利完成,得益于导师对我指导与鼓励,同学对我的帮助和家人对我的默默关怀、支持与教诲。本人在这里对他们表示最诚挚的敬意和最衷心的感谢!

首先感谢我的恩师欧林林教授和陈宣光工程师。他们扎实的专业基础、渊博的学术知识、广阔的视野、开阔的思维、勇于开拓的.探索精神、严谨的治学态度和兢棘业业的工作作风都对本人有着深远的影响。没有欧老师和陈工的悉心指导和帮助就没有本次毕业设计和本篇论文的顺利完成。在这里向您表示深深的感谢,谢谢你们。

感谢诸暨斯通机电设备制造有限公司及此公司全体人员,感谢你们为提供一个这么好的实习的平台,让我非但在此完成毕业设计还在此学习到了很多企业文化和社会经验,这不只是对我本次论文的完成给予了帮助,更为我以后步入社会提供了宝贵的经历和经验。在此向贵公司及其员工表示深深的感谢!

最后,感谢我的父母,感谢他们多年的养育之恩,感谢他们无微不至的关怀和细心的照顾,感谢他们坚定不移的支持,谨此向他们表示最由衷的敬意和谢意。

篇5:单片机控制步进电机论文致谢

转眼间,我的研巧生生涯就要结束了。回首这大半年来,对这篇论文的定题、理论研究、方案设计、数据收集以及各种细节的探讨,直至论文最终的完成,我的导师陈静教授师始终给予我最重要的的指导与帮助,我要向我的导师表达最诚掌的谢意。论文中的每个字、词、句的使用,图表中的数据是否正确,都包含了导师的心血。陈老师严谨的治学态度、渊博的知识、孜孜不倦的工作精神以及平易近人的工作作风,深深地影响着我,也必将使我终身受益。祝愿导师在今后工作顺利,身体健康,家庭幸福,在后的科研中取得更大的成就。陈老师在进行系统设计的时候,提供了非常大的帮助,包括电路的设计,器件的选型,大方向和细节上都提供了非常大的帮助。同时感谢和我一起在实验室完成论文的同学们在课题研究过程中给予的指导和帮助,感谢你们的鼓励与支持!

感谢我的父母,是你们在我遇到困难的时候给我鼓励和安慰,在我取得成功时给我鞭策,你们深深的爱和无私的奉献始终是我学习与工作的巨大动力。

篇6:DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统论文

DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统论文

摘要:介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407A和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。

关键词:PBL3717A DSP 步进电机 控制系统

引言

步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件,广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机,输入一个脉冲信号,电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例,可以通过改变脉冲频率在大范围内调速,易于与计算机或其它数字元件接口,适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展,DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)的性能价格比得到很大提高,使得DSP在电机控制领域的应用愈来愈广泛。本文介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。

1 DSP性能简介

美国TI公司的TMS320LF2407A是专为马达控制而设计的一款DSP。它采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,减少了控制器的功耗;40MIPS的执行速度使指令周期缩短到25ns(40MHz),从而提高了控制器的实时控制能力。两个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括:2个16位通用定时器;CAN总线接口模块;16位的串行外设(SPI)接口模块;基于锁相环的时钟发生器;内置正交编码脉冲(QEP)电路;3个捕获单元;16通道A/D转换器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现:三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形;当外部引脚PDPINTx出现低电平时,快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲;事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电阻、步进电阻、多级电机和逆变器。2 PBL3717A原理与步距控制方法

2.1 PBL3717A的原理简介

PBL3717A是SGS公司设计生产的步进电动机单相绕组的驱动电路,内部采用的是H-桥脉宽调制电路。利用外部逻辑电路构成的逻辑分配器或微处理器分配信号,由若干片这种电路和少量无源元件可组成一个完整的多相步进电动机驱动程序,可实现整步(基本步距)、半步或微步距控制。控制方式是双极性、固定OFF(关断)时间的斩波电流控制。下面简要介绍一下PBL3717A的各引脚功能。如图1所示,它采用16脚双列直插塑料封装。1脚(OUTPUT B)和15脚(OUTPUT A)为输出端,分别接一相绕组线圈的两端;2脚(PULSE TIME)外接RC定时元件;3、14脚(Vs)是绕组线圈供电电源,可在10~46V的范围内选择;4、5、12、13脚(GND)接地端,可接至热片;6脚(Vss)是IC供电电源接+5V;7、9脚(INPUT 1,INPUT 0)用于选择绕组线圈电流;8脚(Phase)为相位输入端,用于控制转动方向;16脚(Sense Resistor)外部绕组电流采样电阻,采样信号通过RC低通滤波器送至10脚(Comparator Input),与内部电压比较器的基准电压进行比较;11脚(Reference)外接参考电压,改变Reference可实现微步距控制,例如用1片单片机和2片DAC0808 8bit D/A转换电路即可实现256细分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下,REFERENCE接固定的+5V,本文仅讨论这种情况。

2.2 PBL3717A的步距控制方法

本文所设计的是两修配混合式步进电机的控制系统,具体驱动电路如图2所示。其中,PHASE、INPUT 1、INPUT 0(图中简写为PH、I1、I0)为输入端,OUTPUT A、OUTPUT B(图中以MA、MB表示)为输出端。因为本文不考虑细分的情况,所以可以把图中的DAC(11引脚)直接接+5V电源。

PHASE的作用是控制步进电动机定子绕组中电流的方向。当PHASE=0时,电流从MB流向MA;当PHASE=1时,电流从MA流向MB。PBL3717A对步距的控制是通过选择I1、I0的不同组合,从而控制绕组电流,达到步距控制的目的。电流的具体数值由VR、RS决定。计算公式如下:Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%级别;

Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%级别;

Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%级别。

PBL3717A能实现三种运行方式。在以下讨论中,以A、B表示二相绕组正向电流工作,以A、B表示二相绕组反向电流工作。

(1)基本步距(整步)工作方式

可用二相激励四拍方式,即AB→AB→AB→AB实现,也可用单相激励四拍方式,即A→B→A→B实现。

(2)半步距工作方式

半步距方式采用二相,单相交替激励的二相八拍方式,即AB→B→AB→A→AB→B→AB→A,这种工作方式是两相激励和单相激励交替出现,每一找不到的转距不相等。在二相激励时的转距是单相的1.4倍,这是因为二相激励时的转距是单相激励时转距的矢量合成。如果两相激励时,采用I1I0=01方式,使电流降到60%,由于磁路原先有饱和效应,此时每相转距可能增大到70%左右,两相合成的转距接近于1。这样电机就可以近似实现恒转距运行。图3示出了在第一象限的转矩矢量图。

(3)1/4步距工作方式

为了实现1/4步距工作方式,要在整步与半步间插入一个1/4步的状态(如图3)。例如上方的1/4步状态,A相绕组取100%电流,B相绕组取20%电流。在第一象限由半步A状态到半步B状态要经过4步,即A→A0.2B→AB→0.2AB→B。知道第一象限的矢量图不难推出其它三个象限的矢量图,一个循环需6步完成,即AB→0.2AB→B→0.2AB→AB→A0.2B→A→A0.2B→AB→0.2AB→B→0.2AB→AB→A0.2B→A→A0.2B,其中0.2A、0.2B分别表示A相、B相绕组取20%电流。

3 硬件部分

因为DSP采用3.3V供电,而PBL3717A的工作电压是+5V,所以要考虑3.3V和5V的电平转换问题。如图4所示,为5V CMOS,5V TTL和3.3V TTL电平的转换标准。其中,VOH表示输出高电平的最低电平,VIH表示输入高电平的最低电平,VIL表示输入低电平的最高电压,VOL输出低电平的最高电压。从图中可以看出5V CMOS和3.3V TTL的电平转换标准不同,因此,3.3V器件(LVC)引脚不能直接与5V CMOS器件引脚相连接。在这种情况下,可以采用双电压(一边是3.3V供电,另一边是5V供电)供电的'驱动器,如TI公司的SN74ALVC164245,SN74LV4245等。而5V TTL和3.3V TTL的电平转换标准相同,所以它们可以直接相连。因为PBL3717A是T

TL兼容电路,所以可以直接将DSP的I/O口和PBL3717的相应引脚相连。在这里,我们选DSP的端口B中的IOPB0,IOPB1,IOPB2,IOPB3,IOPB4,IOPB4分别与PBL3717A的I1B,I0B,I1A,I0A,PhaseA,PhaseB相连接(见图5)。4 软件部分

本文以步进电机工作在1/4步为例设计DSP控制软件。DSP控制软件采用C语言编写。从第一拍到第十六拍的控制字分别为:0x0000、0x0004、0x000c、0x0014、0x0010、0x0011、0x0013、0x0031、0x0030、0x0034、0x003C、0x0024、0x0020、0x0021、0x0023、0x0001。将以上数值存放到数组Run_Table[]中,可通过循环程序调用数组中的相应值赋给端口B的数据和方向控制寄存器PBDATDIR,从而通过DSP的端口B来驱动控制PBL3717A的相应引脚来实现步进电机旋转运行。通过修改run_delay(int count)延时子程序的count的值可改变电机的运转速度。下面给出了两相步进电机1/4步方式下正转的控制程序清单。

/*Filename:Step.c*/

/*IOPB0=I1B,IOPB1=I0B,IOPB2=I1A,IOPB3=10A,IOPB4=PhaseA,IOPB5=PhaseB*/

#include “f2407_c.h”

static int Run_Table[]={0x0000,0x0004,

0x000C,0x0014,0x0010,0x0011,0x0013,0x0031,0x0030,0x0034,0x003C,0x0024,0x0020,

0x0021,0x0023,0x0001};

void main

{int i;

InitCPU();

while(1)

{

for(i=0;i<=15;i++)

{

*PBDATDIR=Run_Table[i]|0xff00;

run_delay(10);

}

}

}

结语

综上所述,利用DSP或者其它微处理器,选用两片或者更多片PBL3717A和少量的无源元件就可组成一个完事稳定的多相步进电机的驱动系统,可实现整步、半步或微步距控制。这样种方法成本低、容易实现、性能稳定,是步进电机驱动系统的一种较好选择。

篇7:DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统

引言

步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件,广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机,输入一个脉冲信号,电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的脉冲个数和脉冲频率成比例,可以通过改变脉冲频率在大范围内调速,易于与计算机或其它数字元件接口,适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展,DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)的性能价格比得到很大提高,使得DSP在电机控制领域的应用愈来愈广泛。本文介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。

1 DSP性能简介

美国TI公司的TMS320LF2407A是专为马达控制而设计的一款DSP。它采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,减少了控制器的功耗;40MIPS的执行速度使指令周期缩短到25ns(40MHz),从而提高了控制器的实时控制能力。两个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括:2个16位通用定时器;CAN总线接口模块;16位的串行外设(SPI)接口模块;基于锁相环的时钟发生器;内置正交编码脉冲(QEP)电路;3个捕获单元;16通道A/D转换器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现:三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形;当外部引脚PDPINTx出现低电平时,快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲;事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电阻、步进电阻、多级电机和逆变器。

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2 PBL3717A原理与步距控制方法

2.1 PBL3717A的原理简介

PBL3717A是SGS公司设计生产的步进电动机单相绕组的驱动电路,内部采用的是H-桥脉宽调制电路。利用外部逻辑电路构成的逻辑分配器或微处理器分配信号,由若干片这种电路和少量无源元件可组成一个完整的多相步进电动机驱动程序,可实现整步(基本步距)、半步或微步距控制。控制方式是双极性、固定OFF(关断)时间的斩波电流控制。下面简要介绍一下PBL3717A的各引脚功能。如图1所示,它采用16脚双列直插塑料封装。1脚(OUTPUT B)和15脚(OUTPUT A)为输出端,分别接一相绕组线圈的两端;2脚(PULSE TIME)外接RC定时元件;3、14脚(Vs)是绕组线圈供电电源,可在10~46V的范围内选择;4、5、12、13脚(GND)接地端,可接至热片;6脚(Vss)是IC供电电源接+5V;7、9脚(INPUT 1,INPUT 0)用于选择绕组线圈电流;8脚(Phase)为相位输入端,用于控制转动方向;16脚(Sense Resistor)外部绕组电流采样电阻,采样信号通过RC低通滤波器送至10脚(Comparator Input),与内部电压比较器的基准电压进行比较;11脚(Reference)外接参考电压,改变Reference可实现微步距控制,例如用1片单片机和2片DAC0808 8bit D/A转换电路即可实现256细分控制。在整步、半步、1/4步工作方式下,REFERENCE接固定的+5V,本文仅讨论这种情况。

2.2 PBL3717A的步距控制方法

本文所设计的是两修配混合式步进电机的控制系统,具体驱动电路如图2所示。其中,PHASE、INPUT 1、INPUT 0(图中简写为PH、I1、I0)为输入端,OUTPUT A、OUTPUT B(图中以MA、MB表示)为输出端。因为本文不考虑细分的情况,所以可以把图中的DAC(11引脚)直接接+5V电源。

PHASE的作用是控制步进电动机定子绕组中电流的方向。当PHASE=0时,电流从MB流向MA;当PHASE=1时,电流从MA流向MB。PBL3717A对步距的控制是通过选择I1、I0的不同组合,从而控制绕组电流,达到步距控制的目的。电流的具体数值由VR、RS决定。计算公式如下:Im=(Vr*0.083)/Rs[A],100%级别;

Im=(Vr*0.050)/Rs[A],60%级别;

Im=(VR*0.016)/Rs[A],20%级别。

PBL3717A能实现三种运行方式。在以下讨论中,以A、B表示二相绕组正向电流工作,以A、B表示二相绕组反向电流工作。

(1)

基本步距(整步)工作方式

可用二相激励四拍方式,即AB→AB→AB→AB实现,也可用单相激励四拍方式,即A→B→A→B实现。

(2)半步距工作方式

半步距方式采用二相,单相交替激励的二相八拍方式,即AB→B→AB→A→AB→B→AB→A,这种工作方式是两相激励和单相激励交替出现,每一找不到的转距不相等。在二相激励时的转距是单相的1.4倍,这是因为二相激励时的转距是单相激励时转距的矢量合成。如果两相激励时,采用I1I0=01方式,使电流降到60%,由于磁路原先有饱和效应,此时每相转距可能增大到70%左右,两相合成的转距接近于1。这样电机就可以近似实现恒转距运行。图3示出了在第一象限的转矩矢量图。

(3)1/4步距工作方式

为了实现1/4步距工作方式,要在整步与半步间插入一个1/4步的状态(如图3)。例如上方的`1/4步状态,A相绕组取100%电流,B相绕组取20%电流。在第一象限由半步A状态到半步B状态要经过4步,即A→A0.2B→AB→0.2AB→B。知道第一象限的矢量图不难推出其它三个象限的矢量图,一个循环需6步完成,即AB→0.2AB→B→0.2AB→AB→A0.2B→A→A0.2B→AB→0.2AB→B→0.2AB→AB→A0.2B→A→A0.2B,其中0.2A、0.2B分别表示A相、B相绕组取20%电流。

3 硬件部分

因为DSP采用3.3V供电,而PBL3717A的工作电压是+5V,所以要考虑3.3V和5V的电平转换问题。如图4所示,为5V CMOS,5V TTL和3.3V TTL电平的转换标准。其中,VOH表示输出高电平的最低电平,VIH表示输入高电平的最低电平,VIL表示输入低电平的最高电压,VOL输出低电平的最高电压。从图中可以看出5V CMOS和3.3V TTL的电平转换标准不同,因此,3.3V器件(LVC)引脚不能直接与5V CMOS器件引脚相连接。在这种情况下,可以采用双电压(一边是3.3V供电,另一边是5V供电)供电的驱动器,如TI公司的SN74ALVC164245,SN74LV4245等。而5V TTL和3.3V TTL的电平转换标准相同,所以它们可以直接相连。因为PBL3717A是TTL兼容电路,所以可以直接将DSP的I/O口和PBL3717的相应引脚相连。在这里,我们选DSP的端口B中的IOPB0,IOPB1,IOPB2,IOPB3,IOPB4,IOPB4分别与PBL3717A的I1B,I0B,I1A,I0A,PhaseA,PhaseB相连接(见图5)。

4 软件部分

本文以步进电机工作在1/4步为例设计DSP控制软件。DSP控制软件采用C语言编写。从第一拍到第十六拍的控制字分别为:0x0000、0x0004、0x000c、0x0014、0x0010、0x0011、0x0013、0x0031、0x0030、0x0034、0x003C、0x0024、0x0020、0x0021、0x0023、0x0001。将以上数值存放到数组Run_Table[]中,可通过循环程序调用数组中的相应值赋给端口B的数据和方向控制寄存器PBDATDIR,从而通过DSP的端口B来驱动控制PBL3717A的相应引脚来实现步进电机旋转运行。通过修改run_delay(int count)延时子程序的count的值可改变电机的运转速度。下面给出了两相步进电机1/4步方式下正转的控制程序清单。

/*Filename:Step.c*/

/*IOPB0=I1B,IOPB1=I0B,IOPB2=I1A,IOPB3=10A,IOPB4=PhaseA,IOPB5=PhaseB*/

#include “f2407_c.h”

static int Run_Table[]={0x0000,0x0004,

0x000C,0x0014,0x0010,0x0011,0x0013,0x0031,0x0030,0x0034,0x003C,0x0024,0x0020,

0x0021,0x0023,0x0001};

void main()

{int i;

InitCPU();

while(1)

{

for(i=0;i<=15;i++)

{

*PBDATDIR=Run_Table[i]|0xff00;

run_delay(10);

}

}

}

结语

综上所述,利用DSP或者其它微处理器,选用两片或者更多片PBL3717A和少量的无源元件就可组成一个完事稳定的多相步进电机的驱动系统,可实现整步、半步或微步距控制。这样种方法成本低、容易实现、性能稳定,是步进电机驱动系统的一种较好选择。

篇8:DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统

DSP和PBL3717A构成的步进电机的控制系统

摘要:介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407A和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。

关键词:PBL3717A DSP 步进电机 控制系统

引言

步进电机是数字控制系统中的一种重要执行元件,广泛应用于各种控制系统中。它是一种将电脉冲信号转换为位移或转速的控制电机,输入一个脉冲信号,电机就转动一个角度或前进一步。其机械角位移和转速分别与输入电机绕组的.脉冲个数和脉冲频率成比例,可以通过改变脉冲频率在大范围内调速,易于与计算机或其它数字元件接口,适用于数字控制系统。随着超大规模集成电路技术的迅速发展,DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)的性能价格比得到很大提高,使得DSP在电机控制领域的应用愈来愈广泛。本文介绍由美国TI公司的数字信号处理器TMS320LF2407和SGS公司的步进电机驱动芯片PBL3717A构成的两相混合式步进电机的控制系统。

1 DSP性能简介

美国TI公司的TMS320LF2407A是专为马达控制而设计的一款DSP。它采用高性能静态CMOS技术,使得供电电压降为3.3V,减少了控制器的功耗;40MIPS的执行速度使指令周期缩短到25ns(40MHz),从而提高了控制器的实时控制能力。两个事件管理器模块EVA和EVB,每个包括:2个16位通用定时器;CAN总线接口模块;16位的串行外设(SPI)接口模块;基于锁相环的时钟发生器;内置正交编码脉冲(QEP)电路;3个捕获单元;16通道A/D转换器;8个16位的脉宽调制(PWM)通道。它们能够实现:三相反相器控制;PWM的对称和非对称波形;当外部引脚PDPINTx出现低电平时,快速关闭PWM通道;可编程的PWM死区控制以防止上下桥臂同时输出触发脉冲;事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电阻、步进电阻、多级电机和逆变器。

2 PBL3717A原理与步距控制方法

2.1 PBL3717A的原理简介

PBL3717A是SGS公司设计生产的步进电动机单相绕组的驱动电路,内部采用的是H-桥脉宽调制电路。利用外部逻辑电路构成的逻辑分配器或微处理器分配信号,由若干片这种电路和少量无源元件可组成一个完整的多相步进电动机驱动程序,可实现整步(基本步距)、半步或微步距控制。控制方式是双极性、固定OFF(关断)时间的斩波电流控制。下面简要介绍一下PBL3717A的各引脚功能。如图1所示,它采用16脚双列直插塑料封装。1脚(OUTPUT B)和15脚(OUTPUT

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篇9:单片机水温控制系统设计的论文

2.1系统设计

基于AT89C51单片机的水温控制系统采用了当前应用广泛的AT89C51单片机,以AT89C51单片机做为核心部件,以汇编语言对其进行编程控制其它辅助系统,用PID算法来控制PWD波的产生,进而实现系统温度的控制。

2.2硬件设计

基于单片机水温控制系统硬件主要由单片机基本系统、温度传感器、电炉、继电器、显示电路、报警电路、键盘等组成。

(1)单片机基本系统。单片机基本系统采用了AT89C51芯片,它由基本供电电路、时钟电路和复位电路组成。键盘、显示电路、报警电路将信号输入到单片机基本系统当中,单片机基本系统根据温度传感器采集到的数据,进行数据分析与处理,得到相应的控制信号,由控制信号驱动继电器工作,从而达到控制电炉工作的结果,最终达到控制温度的目标。

(2)温度传感器。温度传感器的作用是对水温进行温度的检测,并实时将数据传送至单片机基本系统,以供其进行数据分析。

(3)继电器。继电器的作用是控制电炉工作,它通过接收单片机基本系统的控制信号,实现对于电炉的控制。

(4)电炉。电炉是用来实现对水加热的功能,由继电器根据控制信号对其进行控制。

(5)键盘。本设计采用61板自带按键,不需要另外连接硬件即可使用。

(6)显示电路。由六个八段数据管以及数码管的驱动电路组成,前三段用于显示控制温度,后三段用于显示实际测量温度。

(7)报警电路。报警系统是出于电炉的安全考虑进行设计的。温度传感器获得数据传递给单片机基本系统,单片机基本系统分析数据后,当水温过高或过低,即达到预设最大值与最小值时,单片机驱动报警电路,实现报警功能。以上各组件与单片机芯片引脚连接方式为:温度传感器输入端连接到P3.1口,按键接在P3.1、P3.2、P3.3,分别控制设定温度的十位、个位和小数位,单片机的'输出控制信号由P3.5输出;实际水温显示的字型码是由P0口送出,十位、个位和小数位分别由P1.0、P1.1、P1.2选通;设定温度显示的字型码是由P2口送出,十位、个位和小数位分别由P1.3、P1.4、P1.5选通。

2.3软件设计

(1)主程序设计:系统采用汇编语言进行编程,由主程序进行控制。即由主程序调用子程序。其功能主要对传感器采集的数据送入单片机中特定单元,然后一方面进行在LED显示,另一部分与设定值进行比较,通过PID算法得到控制量并经由单片机输出去控制电动调节阀进行水温调节。

(2)子程序设计:主要由显示子程序、键盘中断子程序、进制转换子程序、温控子程序、报警子程序等组成。显示子程序用于显示实际温度和设定温度;键盘中断子程序用于对系统进行设定控制;进制转换子程序用于把采集的温度信号换算为对应的温度值;温控子程序把采集的实际温度与设定温度值比较,调用PID算法,输出控制信号;报警子程序用于控制非法输入温度值。3.4温度控制系统的数学模型温度控制系统可采用采用比例积分调节器来校正,按照一定采样周期采集r(k)和F(k),其偏差值为e(k)=r(k)-F(k)(1)根据偏差值来计算输出u(k),其对应差分方程为:u(k)=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)(2)其中:a0=Kp(1+T/T1)a1=Kpe(k)=(rk)-F(k)

3结语

此款基于AT89C51单片机的水温控制系统其设计精简、实用、稳定性高、控制精度高、安全性高,既可以实现大工业生产中的水温控制,又可以实现家用电器的水温控制,有着成本低,性能高的优势。

篇10:单片机水温控制系统设计的论文

1温度控制系统概述

工业生产中对于温度控制的需求是十分严格的,大量的锅炉、加热炉以及家用电器,如热水器、电水壶等对于温度控制都有需求。如果温度控制不精准,小则出现浪费资源的现象发生,大则可以引发重大事故。因此,精准的温度控制是十分必要的,那么温度控制系统应运而生。自动温度控制系统需要准确的控制温度,及时的做出后续操作。基于单片机的自动温度控制系统以其外型小巧、功能强大的优势近些年被广泛应用于动温度控制系统当中。

篇11:电机技师论文之步进电机的选用

步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。

步进电机是机电一体化产品中关键部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中,如:数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

选择步进电机时,首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机,负载力矩大。

选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的`脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

选择功率步进电机时,应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率,使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量,使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。

选择步进电机需要进行以下计算:

(1)计算齿轮的减速比

根据所要求脉冲当量,齿轮减速比i计算如下:

i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步进电机的步距角(/脉冲)

S ---丝杆螺距(mm)

Δ---(mm/脉冲)

(2)计算工作台,丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。

Jt=J1+(1/i) (1-2)

式中Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s)

J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s)

Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s) W---工作台重量(N)

S ---丝杆螺距(cm)

(3)计算电机输出的总力矩M

M=Ma+Mf+Mt (1-3)

Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10 (1-4)

式中Ma ---电机启动加速力矩(N.m)

Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s)

n---电机所需达到的转速(r/m

in)

T---电机升速时间(s)

Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10 (1-5)

Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m)

u---摩擦系数

η---传递效率

Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10 (1-6)

Mt---切削力折算至电机力矩(N.m)

Pt---最大切削力(N)

(4)负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系,其估算公式为

fq=fq0 1/2 (1-7)

式中fq---带载起动频率(Hz)

fq0---空载起动频率

Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m)

若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.

(5)运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降,因此在最高频率 时,由矩频特性的输出力矩应能驱动负载,并留有足够的余量。

(6)负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式(1-5)和式(1-6)计算,电机在最大进给速度时,由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和,并留有余量。一般来说,Mf与Mt之和应小于(0.2 ~0.4)Mmax.

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