基于avr單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
陸廣平，張美琪，沈加慶
（鹽城工學(xué)院電氣工程學(xué)院，鹽城224051）
摘要：采用avr單片機(jī)mega48作為主控制心片，設(shè)計(jì)一種通用的三相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)控制模式的轉(zhuǎn)動(dòng)方向、轉(zhuǎn)動(dòng)速率和轉(zhuǎn)矩?cái)?shù)通過鍵盤輸入；運(yùn)用中斷方式可實(shí)時(shí)改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制模式。實(shí)踐表明，該系統(tǒng)運(yùn)行簡(jiǎn)單方便，可靠性高。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；步進(jìn)電機(jī)；運(yùn)動(dòng)控制；軟件設(shè)計(jì)；硬件設(shè)計(jì)
中豳分類號(hào)：tm383. 6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a 文章編號(hào)：1001-6848(2010)03-0092-03
0引 言
步進(jìn)電機(jī)具有控制簡(jiǎn)便、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)。與交流伺服電機(jī)及直流伺服電機(jī)相比，其突出優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉。只要控制輸入電脈沖的頻率和時(shí)間以及電機(jī)繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)向。鑒于傳統(tǒng)的脈沖系統(tǒng)移植性不好，可由單片機(jī)控制代替脈沖發(fā)生器釉脈沖分配器，用軟件的方法產(chǎn)生控制脈沖，通過軟件編程可以任意設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和步數(shù)并控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。這樣可以簡(jiǎn)化控制電路，降低生產(chǎn)成本，
提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和靈活性。
1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
1.1系統(tǒng)功能分析
基于mega48單片機(jī)的三相步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)功能要求是：①起動(dòng)／停止，加速／減速，正轉(zhuǎn)／反轉(zhuǎn)；②通過鍵盤設(shè)置步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行步數(shù)和
每運(yùn)行一步的時(shí)間；③顯示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。
因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
1.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1)單片機(jī)小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)選用avr單片機(jī)mega 48作為主控芯片。它集成度高，內(nèi)含8 mhz的rc振蕩電路，上電自動(dòng)復(fù)位。
主控模塊只需為單片機(jī)的電源提供整流濾波，和連接usbisp下載接口的連線及復(fù)位按鍵的連接，具體連接圖如圖2所示。
主控模塊說明：①圖中c，為o.l yf的瓷斤電容，起抑制高頻噪聲、防振、改善輸出瞬態(tài)響應(yīng)的作用；c2為10 vf/16 v的電解電容，起濾除紋波保證直流輸出的作用；②連續(xù)跳針jl與單片機(jī)i/o間直接相連，對(duì)單片機(jī)的正常工作無影響，下基于avr單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)陸廣平，等載程序后，對(duì)單片機(jī)工作亦無任何影響。
2)輸入、顯示模塊
輸入模塊是由16(4 x4)個(gè)按鍵組成的矩陣鍵盤。該模塊的主要功能為：①通過o~9十個(gè)數(shù)字鍵輸入預(yù)設(shè)定的步數(shù)(o—999)和轉(zhuǎn)速(0~254)；②通過其余6個(gè)功能鍵，改變步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的狀態(tài)。
輸出模塊是四位共陽(yáng)極的數(shù)碼管組成。顯示驅(qū)動(dòng)由4個(gè)pnp的三極管9012組成，在其發(fā)射極外加+5 v電源。另外為保護(hù)單片機(jī)的端口，在數(shù)碼管的八位段選信號(hào)上要加470 n的限流電阻，四位位選信號(hào)線上加2 k0,的限流電阻。
3)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)
由于是小功率三相步進(jìn)電機(jī)，本設(shè)計(jì)采用3個(gè)pnp的三極管9012。并在步進(jìn)電機(jī)a、b、c的三相脈沖信號(hào)輸入線上添加紅黃綠3個(gè)發(fā)光二極管作指示燈，以保證步進(jìn)電機(jī)的正確運(yùn)行。原理如圖3所示。
4)電源模塊設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)采用的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，所以需要在電源部分提供直流12 v的電壓，因此需要加入他穩(wěn)壓管7812，并且需要在整流二極管輸出處加容值較大電解電容（>470 μf）。為可靠穩(wěn)定起見，這里選用1000μf的電解電容。
2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
在硬件屯路設(shè)計(jì)好后，通過編程控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)不同運(yùn)行功能。整個(gè)系統(tǒng)軟件分為：按鍵掃描獲取模塊、顯示模塊、步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)運(yùn)行模塊和精確運(yùn)行模塊[24 |
