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熟悉单片机应用系统的设计与调试方法,1加减速曲线步进电机的运行般要经过加速匀速减速个阶段

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基于单片机的步进电机加减速的控制方法李世忠,雷秀内蒙古工业大学,内蒙古呼和浩特0i0062加,速离散控制方法。经实验验证该方法可以解决步进电机快速加减速控制中常的失步堵转噪声等问。

本文为大大维原创,最早于博客园发表,转载请注明出处!!! 

步进电机具有快速停能力强粕度高专速容易控制的特点,在工业过程控制及仪等领域中越来越得到广泛应用。但是在实际运行过程中,由于启动和停止控制不当,步进电机会出现启动时抖动和停止时过冲现象,影响了控制精度,尤其步进电机作在频繁启动和停止时,这种现象就更为明显。

一、实验目的和要求

  了解步进电机的工作原理,学习用单片机的步进电机控制系统的硬件设计方法,掌握定时器和中断系统的应用,熟悉单片机应用系统的设计与调试方法。 

永利皇宫,因此步进电机的快速启动和停止控制仍是研究的课技术课中,对步进电机的启动停止控制进行研究,提出了种基于单片机控制的步进电机加减速离散控制方法。经多次运行,达到预期目标。

二、实验设备

  单片机测控实验系统
  步进电机控制实验模块
  Keil开发环境
  STC-ISP程序下载工具

1加减速曲线步进电机的运行般要经过加速匀速减速个阶段。步进电机加减速曲线在中,纵坐标是频率,单位为脉冲秒或步秒,本质上是速度,横坐标是时间,单位为秒。步进电机以频率启动后,以加速度加速,至时刻后达到最高运行频率然后分速运广至时刻以加速度。

三、实验内容

  编制MCS-51程序使步进电机按照规定的转速和方向进行旋转,并将已转动的步数显示在数码管上。

  步进电机的转速分为两档,当按下S1开关时,加速旋转,速度从10转/分加速到60转/分。当松开开关时,减速旋转,速度恢复为10转/分。当按下S2开关时,按照逆时针旋转;当松开时,按照顺时针旋转。

  本程序要求使用定时器中断来实现,不准使用程序延时的方式。

 

减速,在时刻电机停转,总的步数为在停留1!5秒后重复前面的过程。其中从静止加速到最高运行频率和从最高运行频率到停止是控制的关键,通常采用匀加速和匀减速控制。

四、实验步骤

 

1、 预习

  参考辅助材料,学习C51编程语言使用和步进电机原理。

2、 简单程序录入和调试

(1)关于C51的中断

  本程序需要使用定时器定时,并使用中断来同步。中断程序的典型例子如下:
  格式:void 函数名()interrupt 中断号 using 工作组
  {
  中断服务程序内容
  }
  注意:中断不能返回任何值,所以前面是 void
后面是函数名,名字可以自己起,但不要与c语言的关键字相同;中断函数不带任何参数,所以
函数名后面的()内是
空的,中断号是指单片机的几个中断源的序号。这个序号是单片机识别不同中断的唯一标志。所以一定要写正确。
  后面的using 工作组 是指这个这个中断使用单片机内存中 4
个工作寄存器的哪一组,c51
编译后会自动分配工作组,因此最后这句话我们通常省略不写。

c51 中断写法实例:
  void T1-time() interrupt 3
  {
  TH1=(65536-50000)/256;
  TL1=(65536-50000)%256;
  }
  上面的意思是定时器 1 的中断服务程序,定时器 1 的中断服务序号是 3
,因此我们要写成 interrupt 3 ,服务程序的内容是给
两个初值寄存器装入新值。。
  写中断前的准备:

  A、TMOD 赋值 确定工作方式。T0 还是T1
的工作方式。

  B、计算初值 装入 TH0 TL0 或者 TH1
TL1

  C、中断方式时 ,对 IE
赋值,开放中断。

  D、使 TR0 和 TR1
置位,启动定时器/计数器 定时/计数。

 

(2)关于定时器中断的赋值

  使用定时器时,首先应由外部条件得到要定时的时间长度t,如本实验中,就是根据要求的速度计算出的每一步之间的间隔。然后选择适当的定时器工作方式,去计算想要设定的计数器初值s,使用如下方程:

  (2定时器最大位数 - s)× 定时周期
=t   【定时周期 = 12/CPU晶振频率】

  得到的s需要分成高8位和低8位,分别放入计数器THx和TLx中(x为0或1)。如果s为负数,说明需要的定时时间太长,即使定时器的最大时间也无法满足要求。这种情况下,需要加入软件循环才能实现。我们可以将需要的定时时间分成n份,利用定时器达到t/n的时间长度,然后在定时器处理程序中,累计某一变量,如果到达n,说明总的时间t已经达到。

  要想使用定时器中断,除了上面的定时器初值设定外,还需要将其他相关的特殊功能寄存器也都设置好。如果使用方式0和方式1,不要忘记在计数结束后重新恢复计数器初值。

3、 程序调试

  用单步、断点、连续方式调试程序,观察状态指示灯及电机状态,检查运行结果。如果需要,可以将四个输出信号的状态同时输出到P0口的某些位上,便于观察。

4、 编写程序,完成功能

 

由1可知加速阶段是个线性加速过程,其中频率和时间的关系可以农如率;3是加速段;1是加速时间。

五、实验原理

 

1、 我们使用的单片机系统的频率是12M;步进电机转动一周需要24步。

2、 本步进电机实验板,使用FAN8200作为驱动芯片。CPU通过如下4个引脚与FAN8200相连,即:

FAN8200引脚与CPU接口
CPU FAN8200
P1.1 CE1
P1.4 CE2
P3.2 IN1
P1.0 IN2

 

2加减速过程的离散化处理跬单片机采昙鞘逼麇,戏绞嚼磁≈撇浇,缁,长和编程的方便。不定每步都计兑定,器。1装值,可以采用阶梯曲线来逼近加减速曲线2,2,采用离散法将加减速曲线离散化,离散化以后速度是分档上升的,而且每升档都要在该档台阶保持段时间,保持这个速度稳定运行几个脉冲后才再升级,这就克服了步进电机转子的转动惯量所引起的速度滞后,只有当实际运行速度达到了以后才能急速加速,实际上这也是局部速度误差的自动纠正。

 

由式1可知加,算法为实际控制系统中,当最商运行频率为,1时,由21式可以算出加速时问将加速段均匀的离散为先山3叫知上邝时间为以则相邻两次速度变化的时间间隔为收稿日期2004年12月27日能耗辨识与高效传动技札200090202资助,内蒙占科技马经济各分档内运行的步数化为则加速总步数,为编写程序时,要根据被控系统对步进电机加速时间的要求计算出分档数以及每挡内步数,然后以递减方式检查,当第档内的步数减为零,此档内的步数已走完则进入第+鼠继续重复前面的过程,直运行到总的分档数为零,加速过程完毕。以上是对加速过程的处理方法,减速过程与之相。

 

3、 本实验使用简单的双四拍工作模式即可,这也是FAN8200比较方便的工作方式。只要将CE1和CE2分别置为高,然后IN1和IN2按照预定的脉冲输出,即01->11->10->00->01这个循环构成一个方向旋转的输出脉冲,将此序列翻转,就是相反方向的输出脉冲。

 

3基于单片机的步进电机的控制3.1基本原理米用单片机对步进电机进打加减速控制,实际上就是改变输出脉冲的时间间隔,单片机控制步进电机加减法运转实观的方法有软件和硬件两种软仲法指的是依化延时程序私改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的,时间,使。片机无法1时进行其他作硬件方法是依靠单片机内部的定时器来实现的,在每次进入定,中断,改变定常数,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。这种方法用时间较少。在各种单片机中都能实现。

六、实验代码  

 

  1 #include<reg52.h>
  2 typedef unsigned int uint;
  3 sfr   P4=0xC0;
  4 sfr   P4SW=0xBB;
  5 
  6 sbit  s1=P3^6;
  7 sbit  s2=P3^7;
  8 sbit  CE1=P1^1;
  9 sbit  CE2=P1^4;
 10 sbit  IN1=P3^2;
 11 sbit  IN2=P1^0;
 12 sbit  CLK=P4^4;
 13 sbit  DAT=P4^5;
 14 
 15 uint  count=0;                    //用于计已转动的步数
 16 int   flag=0;                     //用于给IN1、IN2传值
 17 //二极管显示码,存放在code区
 18 uint code tab[] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,0x80,0x90};    
 19 int main()
 20 {
 21     P4SW=0x70;
 22     TMOD=0x01;    
 23     EA=1;
 24     ET0=1;
 25     TR0=1;
 26     CE1=CE2=1;
 27     
 28     while(1);
 29 }
 30 void rotateShun(int flag)
 31 {
 32     //01 11 10 00
 33     switch(flag)
 34     {
 35         case 0:    IN1=0;
 36                 IN2=1;
 37                 break;
 38         case 1:    IN1=1;
 39                 IN2=1;
 40                 break;
 41         case 2:    IN1=1;
 42                 IN2=0;
 43                 break;
 44         case 3:    IN1=0;
 45                 IN2=0;
 46                 break;        
 47     }
 48 }
 49 /*01 11 10 00
 50 * 反方向输出为
 51 * 00 10 11 01 
 52 * 摁下按键后,需向后走一位,所以为
 53 * 10 11 01 00
 54 */
 55 void rotateNi(int flag)
 56 {
 57     //10 11 01 00
 58     switch(flag)
 59     {
 60         case 0:    IN1=1;
 61                 IN2=0;
 62                 break;
 63         case 1:    IN1=1;
 64                 IN2=1;
 65                 break;
 66         case 2:    IN1=0;
 67                 IN2=1;
 68                 break;
 69         case 3:    IN1=0;
 70                 IN2=0;
 71                 break;        
 72     }
 73 }
 74 
 75 void show(uint cnt){                   //显示一个数字
 76     uint m, c,n;
 77     m = tab[cnt];
 78     for (n = 0; n < 8; n++){
 79         CLK = 0;
 80         //按位逻辑与,和1000 0000与,最高位保留,其他位置0,此处也可以与0x80比较大小来判断
 81         c= m & 0x80;                   //每次取一位,送往DAT
 82         if(c==0)
 83             DAT=0;
 84         else
 85             DAT=1;
 86         CLK = 1;
 87         m<<= 1;
 88     }
 89 }
 90 
 91 void display(uint cnt){                //显示
 92     show(cnt%10);                      //个位
 93     cnt /= 10;
 94     show(cnt%10);                      //十位
 95     show(cnt/10);                      //百位
 96 }    
 97 
 98 void timeInt0() interrupt 1
 99 {
100     if(s1==1)
101     {
102         /*不按s1,10r/min=240pace/min=960次/min,
103         *即每分钟给IN1和IN0送值960次,每次间隔60/960=0.0625s=62.5ms
104         */
105         TH0=(65536-62500)/256;
106         TL0=(65536-62500)%256;
107         if(s2==1)
108         {
109             rotateShun(flag);
110         }
111         if(s2==0)
112         {
113             rotateNi(flag);
114         }
115     }
116     if(s1==0)
117     {
118         /*按下s1,60r/min=1440pace/min=5760次/min,
119         *即每分钟给IN1和IN0送值960次,每次间隔60/5760ms
120         */
121         TH0=(65536-(uint)(60000/5760))/256;
122         TL0=(65536-(uint)(60000/5760))%256;
123         if(s2==1)
124         {
125             rotateShun(flag);
126         }
127         if(s2==0)
128         {
129             rotateNi(flag);
130         }
131     }
132     flag++;
133     if(flag>3) 
134     {
135         flag=0;
136         count++;
137         if(count < 999)
138         {
139             display(count);
140         }
141         else{
142             count = 0;
143             display(count);
144         }
145     }
146 }

 

 

是种比较实叫的调速方法。

七、一点想法

  步进电机必须加驱动才可以运转,驱动信号必须为脉冲信号,没有脉冲的时候,步进电机静止,如果加入适当的脉冲信号,就会以一定的角度(称为步角)转动,转动的速度和脉冲的频率成正比。改变脉冲的顺序,可以方便的改变转动的方向。

  步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。

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