第一篇：基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

《DSP原理及應(yīng)用》 課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

學(xué) 院 ：機(jī)械工程學(xué)院 系 所 ：測(cè)控技術(shù)與儀器系 班 級(jí) ： 姓 名 ： 學(xué) 號(hào) ： 指導(dǎo)老師：

江蘇大學(xué)測(cè)控技術(shù)與儀器系

2016-01-18 應(yīng)用于包裝機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)

（江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院儀器科學(xué)與工程系，江蘇，鎮(zhèn)江，212013）

摘要

本文介紹了以典型電機(jī)微控制器TMS320LF2407芯片為控制核心的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)，闡述了如何利用TMS320LF2407實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)向、速度控制，并給出了相應(yīng)系統(tǒng)控制策略。簡(jiǎn)述了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制和DSP的PWM脈寬調(diào)制原理，詳細(xì)闡述了DSP實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加減速控制問題。

步進(jìn)電機(jī)是一種通過電脈沖信號(hào)控制相繞組電流實(shí)現(xiàn)定角轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)電元件，與其他類型電機(jī)相比具有易于開環(huán)精確控制、無積累誤差等優(yōu)點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、自動(dòng)化儀表等領(lǐng)域。DSP芯片的出現(xiàn)，開創(chuàng)了步進(jìn)電機(jī)控制的新局面。用DSP控制的步進(jìn)電機(jī)不僅減小了控制系統(tǒng)的體積、簡(jiǎn)化了電路，同時(shí)進(jìn)一步提高了電機(jī)控制的精度和控制系統(tǒng)的智能化，從而逐步實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的嵌入式?；贒SP的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)在九十年代時(shí)期得到了較大發(fā)展，主要應(yīng)用在工業(yè)、航天、機(jī)器人、精密測(cè)量等領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床、跟蹤衛(wèi)星用電經(jīng)緯儀在采用了步進(jìn)電機(jī)技術(shù)后，大大提高了控制與測(cè)量精度，這樣就使步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加廣闊。鑒于此，本文提出了基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。包括其硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)中給出了主要控制程序，達(dá)到對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速的控制，如正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速等。使用DSP最明顯的優(yōu)點(diǎn)在于提高了系統(tǒng)的可靠性，并降低了整個(gè)系統(tǒng)的成本。實(shí)驗(yàn)證明，此驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化了電路，提高了系統(tǒng)控制性能。

關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；DSP;控制系統(tǒng)；TMS320LF2407；

目錄

第一章 緒論..................................................................................................................1 1.1引言..................................................................................................................1 1.2數(shù)字信號(hào)處理器DSP發(fā)展和現(xiàn)狀..................................................................2 1.3 課題背景及意義.............................................................................................3 第二章 總體方案設(shè)計(jì)..................................................................................................5 2.1 設(shè)計(jì)方案.........................................................................................................5 2.2 TMS320LF2407 DSP芯片介紹........................................................................5 2.2.1 TMS320LF2407 的性能特點(diǎn)...................................................................5 2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換原理........................................................................................7 2.2.3 TMS320LF2407 內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊概述...............................................7 2.2.4 事件管理器.............................................................................................8 2.2.5 通用定時(shí)器.............................................................................................8 2.2.6 全比較單元.............................................................................................9 2.2.7 捕獲單元和正交編碼脈沖電路...........................................................10 2.3 四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī).................................................................................10 2.3.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu).................................................................................10 2.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理...........................................................................11 2.4 四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型...............................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4.1 電路方程...............................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.4.2 機(jī)械方程...............................................................錯(cuò)誤！未定義書簽。2.5 驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)...................................................................................12 第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì)........................................................................................................13 3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)...............................................................................................13 3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)................................................................................................13 3.2.1 DSP開發(fā)軟件CCS介紹........................................................................13 3.2.2 程序控制流程.......................................................................................14 3.2.3 電機(jī)初始化程序...................................................................................15 3.2.4 電機(jī)控制程序.....................................................................................16 3.3 程序調(diào)試.....................................................................................................17 第四章 心得體會(huì)........................................................................................................19 參考文獻(xiàn)......................................................................................................................20 附錄..............................................................................................................................21

第一章 緒論

1.1引言

隨著人們生活水平不斷提高，對(duì)各種方便食品的需求也隨之大增，這近一步拉動(dòng)了我國食品包裝業(yè)的快速發(fā)展。包裝機(jī)是發(fā)展比較快的包裝機(jī)械之一，擁有著廣闊的發(fā)展前景。在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長供給，采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。

步進(jìn)電機(jī)是一種把電脈沖信號(hào)變成直線位移或角位移的控制電機(jī)。它的位移速度與脈沖頻率成正比，位移量與脈沖數(shù)成正比。每來一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)具有步進(jìn)數(shù)可控、運(yùn)行平穩(wěn)、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)，在加速器控制系統(tǒng)中的應(yīng)用很廣。

傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)一般可分為永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM Step Motor)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR Step Motor)和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(Hybrid Step Motor)三種。

在數(shù)字化電機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)生之前，要想獲得高性能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)要么是采用昂貴、難維護(hù)的直流電機(jī)配便宜的控制裝置，要么就是使用便宜的交流電機(jī)配昂貴、復(fù)雜的控制裝置?；贒SP的數(shù)字化電機(jī)控制的出現(xiàn)改變了這一狀況，由于DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力，它可以實(shí)時(shí)地實(shí)現(xiàn)一些先進(jìn)的控制算法，獲得高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制。

數(shù)字化電機(jī)控制的優(yōu)點(diǎn)正是由于數(shù)字化的信號(hào)和信號(hào)處理所帶來的，和模擬控制相比，它具有互聯(lián)方便，穩(wěn)定性好，便于大規(guī)模集成，可以構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)，容易修改，便于測(cè)試、調(diào)試和大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)字化電機(jī)控制技術(shù)包括兩個(gè)組成部分，現(xiàn)代電機(jī)控制理論和數(shù)字信號(hào)處理，其中數(shù)字信號(hào)處理又包括數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)。數(shù)字化電機(jī)控制的發(fā)展和這幾個(gè)方面的進(jìn)展是密不可分的。

現(xiàn)代電機(jī)控制理論以矢量控制理論為代表，還有近年來得到快速發(fā)展的直接轉(zhuǎn)矩控制理論等，這些高性能的控制方案需要進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)運(yùn)算，用模擬器件的硬件方案來實(shí)現(xiàn)相當(dāng)困難，難以實(shí)用化。只是在具有強(qiáng)大運(yùn)算能力的控制器如 DSP等價(jià)格下降，性能提高之后，數(shù)字化的高性能控制方案才開始大量步入實(shí)用領(lǐng)域。

1.2數(shù)字信號(hào)處理器DSP發(fā)展和現(xiàn)狀

DSP是Digital Signal Processor的縮寫，DSP在70年代末、80年代初產(chǎn)生后起初并不顯眼，主要應(yīng)用于一些特定的數(shù)字信號(hào)處理密集的領(lǐng)域如軍事的聲納和雷達(dá)、監(jiān)測(cè)和監(jiān)聽設(shè)備，以及氣象衛(wèi)星、地震監(jiān)測(cè)器等。雖受到個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展光輝的遮掩，它一直在幕后悄悄發(fā)展著。80年代后期開發(fā)出較通用產(chǎn)品后，逐步進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域。近年來，隨著通訊領(lǐng)域的紅火，個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及以及家用電器的發(fā)展，DSP更是從幕后走到了臺(tái)前，各種應(yīng)用如手機(jī)、MODEM、硬盤、聲卡、顯卡、DVD.VCD、可視電話、數(shù)字電視、數(shù)字相機(jī)、導(dǎo)彈、高保真音響、洗衣機(jī)、空調(diào)、語音識(shí)別、游戲等等數(shù)不勝數(shù)，大到上天入地，小到我們每個(gè)人的身邊，現(xiàn)在是哪兒都有它的蹤跡了。

如果說CPU是PC時(shí)代的技術(shù)核心，則說DSP是后PC時(shí)代的技術(shù)核心毫不為過。由于具有超強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力和合理的性價(jià)比，二十幾年時(shí)間，DSP的發(fā)展日益迅猛，應(yīng)用日益廣泛?，F(xiàn)在，DSP已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通訊、信息家電、電子產(chǎn)品、圖形處理、視頻會(huì)議、數(shù)字音頻廣播等領(lǐng)域的核心。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言：DSP將是未來發(fā)展最快的電子器件，是電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定性因素。

DSP芯片能夠高速發(fā)展，一方面得益于集成電路的發(fā)展，另一方面也得益于巨大的市場(chǎng)。目前，DSP芯片的價(jià)格越來越低，性能價(jià)格比日益提高，具有巨大的市場(chǎng)潛力。據(jù)世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計(jì)組織（WSTS）發(fā)布的統(tǒng)計(jì)和預(yù)測(cè)報(bào)告顯示：1996～2005年，全球DSP市場(chǎng)一直保持穩(wěn)步增長，2005年增長率為35％；另據(jù)CCID統(tǒng)計(jì)：2005年中國DSP增長率超過40%，銷售量達(dá)到13億塊。

據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司ICE統(tǒng)計(jì)，1998年DSP市場(chǎng)達(dá)33.4億美元，其中通信占48%，計(jì)算機(jī)/MODEM占30%，硬盤12%，消費(fèi)類產(chǎn)品5%，軍用航空航天5%，典型應(yīng)用產(chǎn)品和市場(chǎng)包括：電視會(huì)議、文件成像、可視電話、數(shù)字蜂窩電話、數(shù)字設(shè)備、電機(jī)調(diào)速等，一些家用電器如空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱等為了節(jié)能和靜音也開始采用DSP控制。

DSP按數(shù)據(jù)格式分可分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP兩種，也可按用途分為通用型 DSP和專用型DSP，近年來德州儀器(TI)和美國模擬器件公司(Analog Device,簡(jiǎn)稱AD)都推出了專門針對(duì)電機(jī)控制領(lǐng)域的專用型DSP系列，TI是TMS320-2XX系列，AD則是ADMC系列，這些芯片都是定點(diǎn)DSP，具有普通定點(diǎn)DSP的運(yùn)算能力和單片機(jī)般的外圍設(shè)備，使得它們成為用于數(shù)字化電機(jī)控制的最佳選擇。當(dāng)前，DSP芯片還在快速發(fā)展中，它的處理速度正隨著時(shí)間的前進(jìn)而不斷提高，從1982年的5MIPS(每秒百萬指令)到1997年的100MIPS，再到現(xiàn)在的2000MIPS(多DSP單一化)，預(yù)計(jì)2007年將達(dá)到320000MIPS。DSP的價(jià)格則正走著一條相反的道路，據(jù)DSP最大的生產(chǎn)廠家TI公司的歷史價(jià)格統(tǒng)計(jì)，12年來每MIPS的價(jià)格己從200美元降到了一個(gè)美元，價(jià)格的下降導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，而應(yīng)用的擴(kuò)大也引起價(jià)格的下降，形成了一種良性的循環(huán)。

技術(shù)的高速發(fā)展引發(fā)了信息產(chǎn)業(yè)革命，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為核心的信息技術(shù)正在以前所未有的速度改變著人們的生活和工作方式。數(shù)字信號(hào)處理是信息技術(shù)中的一個(gè)核心問題。實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)處理的核心器件是數(shù)字信號(hào)處理器(以后簡(jiǎn)稱為DSP)。

數(shù)字化電機(jī)控制包括電機(jī)模型的數(shù)字化和信號(hào)處理的數(shù)字化，而DSP的運(yùn)算速度則是這樣的實(shí)時(shí)一控制所必須的。為實(shí)現(xiàn)上述步進(jìn)電機(jī)控制和交流電機(jī)控制融合的想法，由于其中有較多實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)運(yùn)算的要求，因此考慮使用德州儀器(TI)C2000系列DSP中的TMS320LF2407來實(shí)現(xiàn)。

1.3 課題背景及意義

用DSP控制的步進(jìn)電機(jī)不僅減小了控制系統(tǒng)的體積、簡(jiǎn)化了電路，同時(shí)進(jìn)一步提高了電機(jī)控制的精度和控制系統(tǒng)的智能化，從而逐步實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的嵌入式。基于DSP的步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)在九十年代時(shí)期得到了較大發(fā)展，主要應(yīng)用在工業(yè)、航天、機(jī)器人、精密測(cè)量等領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床、跟蹤衛(wèi)星用電經(jīng)緯儀在采用了步進(jìn)電機(jī)技術(shù)后，大大提高了控制與測(cè)量精度，這樣就使步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)的應(yīng)用前景更加廣闊。

DSP控制器的技術(shù)水平主要體現(xiàn)在三個(gè)層面：硬件方案、核心控制算法以及應(yīng)用軟件功能。國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)控制器所采用的硬件平臺(tái)和國外產(chǎn)品相比并沒有太大差距，有的甚至更加先進(jìn)。DSP用于電機(jī)控制有很多好處：

(1)可執(zhí)行高級(jí)運(yùn)算，減少力矩紋波，從而實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)、長壽命；(2)高級(jí)運(yùn)算使諧波減小，很容易滿足國家要求，同時(shí)降低濾波器成本；(3)提供無傳感器運(yùn)算，省去位置和速度傳感器：

(4)實(shí)時(shí)產(chǎn)生平滑的、近乎完美的參考模型，獲得良好的控制性能；(5)控制逆變器，產(chǎn)生高精度PWM輸出；(6)提供單片機(jī)控制系統(tǒng)。

本課題的研究?jī)?nèi)容是使用TI公司的DSP芯片TMS320LF2407控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，構(gòu)成控制系統(tǒng)。

第二章 總體方案設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案

本次設(shè)計(jì)是步進(jìn)電機(jī)控制器系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)分為四個(gè)部分：DSP中央控制器TMS320LF2407、外接電位器、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)。

在本次設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)是微型四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其接受數(shù)字控制信號(hào)（電脈沖信號(hào)），并轉(zhuǎn)換為與之相對(duì)應(yīng)的角位移。基于對(duì)低碳節(jié)能的考慮，在這里設(shè)計(jì)成一個(gè)單四拍信號(hào)來進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制，通電順序?yàn)锳-B-C-D-A，步距角為15°。驅(qū)動(dòng)芯片采用的是ULN2003芯片，控制流程如下：首先由DSP的A/D轉(zhuǎn)換模塊將電位器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后將該數(shù)字信號(hào)輸入到DSP中以設(shè)定脈沖信號(hào)的間隔時(shí)間以便控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，接著將由DSP的四個(gè)I/O口提供脈沖信號(hào)給驅(qū)動(dòng)芯片，脈沖信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)芯片的處理后用來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的四個(gè)相，從而達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。

在本次步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身所擁有的精確定位特點(diǎn)我們采用開環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：

電位器A/DTMS320LF2407 DSP驅(qū)動(dòng)芯片步進(jìn)電機(jī)

圖2-1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.2 TMS320LF2407 DSP芯片介紹

2.2.1 TMS320LF2407 的性能特點(diǎn)

TMS320LF2407芯片是Texas Instruments公司生產(chǎn)的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C2000家族中的一種，是TMS320X240X系列DSP控制器中功能最強(qiáng)、片上設(shè)施最完備的一個(gè)型號(hào)。與其他TMS320C2000系列芯片相比具有以下特點(diǎn)：

1、采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，使供電電壓降為3.3V，減小了控制器功耗；40MIPS的最高指令執(zhí)行速度使得指令周期為33ns(30MHz)，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。

2、基于TMS320C2xxDSP的CPU內(nèi)核，保證了TMS320LF2407代碼和TMS320系列DSP代碼兼容。

3、片內(nèi)有高達(dá)32K字FLASH程序存儲(chǔ)器，高達(dá)1.5K字?jǐn)?shù)據(jù)/程序RAM，544字雙口RAM(DARAM)和2K字單口RAM(SARAM)。

4、兩個(gè)事件管理模塊EVA和EVB，每個(gè)模塊包括：兩個(gè)16位通用定時(shí)器；8個(gè)16位脈寬調(diào)制(PWM)通道。它們能夠?qū)崿F(xiàn)： PWM的對(duì)稱和非對(duì)稱波形；可編程PWM死區(qū)控制以防止上下橋臂同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖；3個(gè)捕獲單元；片內(nèi)光電編碼器接口電路；16通道10位A/D轉(zhuǎn)換器。事件管理器模塊適用于控制交流感應(yīng)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)和功率逆變器。

5、可擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器總共192K字空間：64K字程序存儲(chǔ)空間；64K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)空間；64K字I/O尋址空間。

6、看門狗定時(shí)器模塊(WDT)：可用來監(jiān)控系統(tǒng)軟件和硬件的操作，它可以按照用戶設(shè)定的時(shí)間間隔產(chǎn)生中斷。如果軟件執(zhí)行進(jìn)入一個(gè)不正確的循環(huán)或者CPU運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，該模塊可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位，使系統(tǒng)進(jìn)入預(yù)定狀態(tài)。

7、控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)2.0模塊：CAN模塊給用戶提供了設(shè)計(jì)分布式或網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)接口。

8、串行通信接口(SCI)模塊：用于實(shí)現(xiàn)DSP與其他異步外設(shè)之間的串行通信，其接收器和發(fā)送器都是雙緩沖的。9、16位串行外設(shè)(SPI)接口模塊：用于DSP與外設(shè)或其他控制器進(jìn)行串行通信，典型應(yīng)用包括與數(shù)模轉(zhuǎn)換器、LED顯示驅(qū)動(dòng)等器件的通信。

此外，TMS320LF2407包含高達(dá)40個(gè)可單獨(dú)編程或復(fù)用的通用輸入/輸出引腳和基于鎖相環(huán)的時(shí)鐘發(fā)生器。之所以稱TMS320LF2407為電機(jī)控制專用芯片，主要原因在于該芯片內(nèi)置有功能強(qiáng)大的事件管理器、PWM脈沖發(fā)生器和兩路10位模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。有了事件管理器強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理功能和PWM控制波形發(fā)生器以及兩路同時(shí)采樣、保持、轉(zhuǎn)換的高速A/D，TMS320LF2407幾乎可以實(shí)現(xiàn)任何電機(jī)控制。

2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換原理

A/D轉(zhuǎn)化電路亦稱“模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”，簡(jiǎn)稱“模數(shù)轉(zhuǎn)換器”。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量的電路。

隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制。通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量(如溫度。壓力。位移。圖像等),要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別。處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析。處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

A/D轉(zhuǎn)換器的功能是把模擬量變換成數(shù)字量。由于實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換的工作原理和采用工藝技術(shù)不同，因此生產(chǎn)出種類繁多的A/D轉(zhuǎn)換芯片。A/D轉(zhuǎn)換器按分辨率分為4位、6位、8位、10位、14位、16位和bcd碼的31/2位、51/2位等。按照轉(zhuǎn)換速度可分為超高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間≤330ns)、次超高速(330~3.3μs)、高速(轉(zhuǎn)換時(shí)間3.3~333μs)、低速(轉(zhuǎn)換時(shí)間＞330μs)等。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接a/d轉(zhuǎn)換器和間接a/d轉(zhuǎn)換器。所謂直接A/D轉(zhuǎn)換器，是把模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如逐次逼近型，并聯(lián)比較型等。其中逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，且能達(dá)到較高的分辨率和速度，故目前集成化A/D芯片采用逐次逼近型者多；間接A/D轉(zhuǎn)換器是先把模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，如電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換型(積分型)；電壓/頻率轉(zhuǎn)換型，電壓/脈寬轉(zhuǎn)換型等。其中積分型a/d轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，切能作到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。有些轉(zhuǎn)換器還將多路開關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘電路、譯碼器和轉(zhuǎn)換電路集成在一個(gè)芯片內(nèi)，已超出了單純A/D轉(zhuǎn)換功能，使用十分方便。

2.2.3 TMS320LF2407 內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換模塊概述

TMS320LF2407的A/D轉(zhuǎn)換模塊（ADC）具有以下特性：

1、帶內(nèi)置采樣和保持（S/H）的10位ADC。

2、多達(dá)16個(gè)模擬輸入通道（ADCIN0-ADCIN15）。

3、自動(dòng)排序的能力。一次可執(zhí)行最多16個(gè)通道的“自動(dòng)轉(zhuǎn)換”，而每次要轉(zhuǎn)換的通道都可以通過編程來選擇。

4、兩個(gè)獨(dú)立的最多可選擇8個(gè)模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器（SEQ1和SEQ2）可以獨(dú)立工作在雙排序器模式，或者級(jí)聯(lián)之后工作在一個(gè)最多可選擇16個(gè)模擬轉(zhuǎn)換通道的排序器模式。

5、在給定的排序方式下，4個(gè)排序控制器（CHSELSEQN）決定了模擬通道轉(zhuǎn)換的順序。

6、可單獨(dú)訪問的16個(gè)結(jié)果轉(zhuǎn)換器（RESULT0-RESULT15）用來儲(chǔ)存轉(zhuǎn)換結(jié)果。

7、可有多個(gè)觸發(fā)源啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換： 軟件：軟件立即啟動(dòng)（用SOC和SEQN）；

EVA/B：事件管理器（在EVA/B中有多個(gè)事件源可以啟動(dòng)A/D）； 外部：ADC SOC引腳；

8、靈活的中斷控制，允許在每一個(gè)或每隔一個(gè)序列的結(jié)束時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

9、排序器可工作在啟動(dòng)/停止模式，允許多個(gè)按時(shí)間排序的觸發(fā)源同步轉(zhuǎn)換。

10、EVA和EVB可各自獨(dú)立地觸發(fā)SEQ1和SEQ2（僅用于雙排序器模式）。

11、采樣和保持獲取時(shí)間窗口有單獨(dú)的預(yù)定標(biāo)控制。

12、內(nèi)置校驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

13、內(nèi)置自測(cè)試模式。

2.2.4 事件管理器

在實(shí)際應(yīng)用中，使用TMS320LF2407來構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是該芯片具有一個(gè)事件管理器(Event Manager)專用外設(shè)模塊。事件管理器是一個(gè)專門用于電動(dòng)機(jī)控制的外設(shè)模塊，主要由通用定時(shí)單元、比較單元、捕獲單元、正交編碼脈沖電路QEP和外部輸入組成。

2.2.5 通用定時(shí)器

TMS320LF2407的每個(gè)事件管理模塊有兩個(gè)可編程通用定時(shí)器(GP)。每個(gè)GP定時(shí)器x(EVA，x=1，2；對(duì)EVB，x=3，4)包括：

一個(gè)16位定時(shí)器增/減計(jì)數(shù)的計(jì)數(shù)器TxCNT，可讀寫。一個(gè)16位定時(shí)器比較寄存器(映射雙緩沖寄存器)TxCMPR，可讀寫。一個(gè)16位定時(shí)器周期寄存器(映射雙緩沖寄存器)TxPR，可讀寫。一個(gè)16位定時(shí)器控制寄存器TxCON可讀寫?？蛇x擇的內(nèi)部或外部輸入時(shí)鐘。

用于內(nèi)部或外部時(shí)鐘輸入的可編程預(yù)定標(biāo)器(Prescaler)。

控制和中斷邏輯用于四個(gè)可屏蔽的中斷：下溢、溢出、定時(shí)器比較和周期中斷。

可選方向的輸入引腳TMRDIR(當(dāng)選擇雙向計(jì)數(shù)方式時(shí)，可以用來選擇向上或向下計(jì)數(shù))。

在實(shí)際應(yīng)用中，這些定時(shí)器能夠產(chǎn)生系統(tǒng)所需要的計(jì)數(shù)信號(hào)、離散控制系統(tǒng)的采樣周期、QEP電路、捕獲單元和比較單元的時(shí)基等。為了適應(yīng)不同應(yīng)用的需要，每個(gè)通用定時(shí)器都有6種可選的計(jì)數(shù)模式，分別是：停止/保持模式；單增計(jì)數(shù)模式；連續(xù)增計(jì)數(shù)模式；定向增/減計(jì)數(shù)模式；連續(xù)增/減計(jì)數(shù)模式；單增/減計(jì)數(shù)模式。

每個(gè)GP定時(shí)器都有一個(gè)比較寄存器和一個(gè)比較PWM輸出引腳，通用定時(shí)器可以工作在比較操作模式或比較PWM輸出模式。當(dāng)工作在比較操作模式時(shí)，定時(shí)器的計(jì)數(shù)器值總是和相關(guān)的比較寄存器中的值相比較，當(dāng)兩者相等時(shí)就發(fā)生比較匹配事件。當(dāng)工作在比較PWM模式時(shí)，其輸出引腳的信號(hào)受通用定時(shí)器控制寄存器的定義、定時(shí)器所處的計(jì)數(shù)模式以及定時(shí)器的計(jì)數(shù)方向的影響。

2.2.6 全比較單元

事件管理器EVA模塊中有三個(gè)全比較單元CMPx(x=1，2，3)；事件管理器EVB模塊中同樣有三個(gè)全比較單元CMPx(x=4，5，6)。每個(gè)比較單元都可以工作在比較模式或PWM模式下，可以通過COMCON中的位決定每個(gè)比較單元的工作模式。

當(dāng)比較模式被選中并且全比較操作被使能時(shí)，定時(shí)器的計(jì)數(shù)器就會(huì)不斷地與全比較單元的比較寄存器中的值進(jìn)行比較。當(dāng)發(fā)生比較匹配時(shí)，全比較單元的輸出引腳會(huì)根據(jù)ACTR中的定義產(chǎn)生合適的電平跳變，同時(shí)比較中斷標(biāo)志被置位。如果同組中沒有其他更高優(yōu)先級(jí)的中斷掛起，該中斷標(biāo)志將向DSP內(nèi)核發(fā)出中斷請(qǐng)求。當(dāng)工作在PWM模式下，全比較的操作類似于通用定時(shí)器的比較操作。2.2.7 捕獲單元和正交編碼脈沖電路

捕獲單元在TMS320LF2407的捕獲引腳上出現(xiàn)跳變時(shí)被觸發(fā)，事件管理器總共有6個(gè)捕獲單元。當(dāng)捕獲引腳CAPx(對(duì)EVA，x=1，2，3：對(duì)EVB x=4，5，6)上檢測(cè)到所選的跳變時(shí)，所選的GP定時(shí)器的計(jì)數(shù)值被捕獲并存儲(chǔ)在兩級(jí)FIFO棧中。

每個(gè)EV模塊都有一個(gè)正交編碼脈沖電路。該電路被使能后，可以在編碼和計(jì)數(shù)引腳CAP I /QEP I和CAP2/QEP2(對(duì)于EVA模塊)或CAP3lQEP3和CAP4/QEP4(對(duì)于EVB模塊)上輸入正交編碼脈沖。正交編碼脈沖電路可用于連接光電編碼器以獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)械的位置和速率信息。此電路在處理電機(jī)測(cè)速光電編碼器的輸出信號(hào)時(shí)很有用，可以大大簡(jiǎn)化電機(jī)測(cè)速的軟硬件開銷，提高控制系統(tǒng)的測(cè)速精度與可靠性。如果使能了正交編碼脈沖電路，則相應(yīng)引腳上的捕獲功能將被禁止。

2.3 四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

2.3.1 步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)

四相步進(jìn)電機(jī)的基本機(jī)構(gòu)如圖2-2。四相步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分。定子一般由硅鋼片疊成，定子上所繞的線圈稱為勵(lì)磁線圈。對(duì)于如圖2.1所示的繞線方式，A、A’引線形成一相，B、B’引線形成一相,C、C’引線形成一相D、D’引線形成一相。當(dāng)給某相線圈通電時(shí)將形成8個(gè)磁極。這樣，對(duì)于四相八級(jí)步進(jìn)電機(jī)共有A、A’，B、B’，C、C’和D、C’四個(gè)繞組、8個(gè)磁極。每個(gè)定子磁極內(nèi)表面都分布著小齒，它們大小相同，間距相同。

轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制作成的。其外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒相同，形狀相似。

由于小齒的齒距相同，所以不管是定子還是轉(zhuǎn)子，它們的齒距角都可以由下式

?Z?2?/Z（2.1）

來計(jì)算。式中，Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

圖2-2 四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖

2.3.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理

在步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)中必定有錯(cuò)齒和對(duì)齒的存在如圖2-3所示。我們把定子小齒和轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的狀態(tài)稱為對(duì)齒；把定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒不對(duì)齊的狀態(tài)稱為錯(cuò)齒。錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件。如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相線圈通電，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，如果磁極相異，則轉(zhuǎn)子向完全對(duì)齒方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如果磁極性相同，則轉(zhuǎn)子向完全錯(cuò)齒方向轉(zhuǎn)動(dòng)。假設(shè)將電機(jī)的轉(zhuǎn)子置于線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，便會(huì)受到磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生與磁場(chǎng)方向一致的力，轉(zhuǎn)子便開始轉(zhuǎn)動(dòng)，直到轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)和線圈的磁場(chǎng)方向一致為止。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就是基于這一原理實(shí)現(xiàn)的。

定子小齒

轉(zhuǎn)子小齒

（a）對(duì)齒（b）錯(cuò)齒

圖2-3 定子齒與轉(zhuǎn)子齒的磁導(dǎo)現(xiàn)象

按如下四個(gè)步驟循環(huán)通電： A’A相通電，電流方向?yàn)锳’—A； B’B相通電，電流方向?yàn)锽’—B； C’C相通電，電流方向?yàn)镃’—C； D’D相通電，屯流力向?yàn)镈’—D。

可以分析出，在每一次通電過程中，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子均相對(duì)上次通電時(shí)的平衡位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了一個(gè)位移角。對(duì)繞組通電一次的操作稱為一拍，根據(jù)上面給出的算式每給電機(jī)一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)將轉(zhuǎn)過15度，既轉(zhuǎn)過一圈則需要，360/15=24個(gè)脈沖。

2.5 驅(qū)動(dòng)芯片結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

本次設(shè)計(jì)采用的驅(qū)動(dòng)芯片是ULN2003。它是高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列。由七個(gè)硅NPN達(dá)林頓管組成。該電路的特點(diǎn)如下：

ULN2003的每一對(duì)達(dá)林頓都串聯(lián)一個(gè)2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與TTL和CMOS電路直接相連?？梢灾苯犹幚碓刃枰獦?biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高．工作電流大．灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)斷時(shí)承受50v的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。

圖2-4 ULN2003內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 第三章 詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)詳細(xì)信息請(qǐng)查閱成員朱永良報(bào)告。

3.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.2.1 DSP開發(fā)軟件CCS介紹

CCS（Code Composer Studio）軟件是德州儀器公司專為TMS320系列DSP開發(fā)的一個(gè)開發(fā)軟件。

CCS在Windows環(huán)境下工作，類似于VC++集成開發(fā)環(huán)境，它采用圖形接口界面，提供有編輯工具和工程管理工具，將代碼產(chǎn)生工具，如匯編器、鏈接器、C/C++編譯器、建庫工具整合為一個(gè)統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)。CCS支持匯編語言、C/C++語言編程。能對(duì)DSP進(jìn)行指令級(jí)的仿真和可視化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，極大地方便了DSP系統(tǒng)地軟硬件開發(fā)。但多數(shù)情況下，考慮到軟件的移植性問題，一般采用C語言編程。下圖所示為CCS平臺(tái)的組成。

圖3-1 CCS平臺(tái)組成 CCS集成的源代碼編輯環(huán)境，使程序的修改更為方便；CCS集成的代碼生成工具，使開發(fā)設(shè)計(jì)人員不必鍵入大量的命令及參數(shù)；CCS集成的調(diào)試工具，使程序調(diào)試一目了然，大量的觀察窗口使程序調(diào)試得心應(yīng)手。更重要的是CCS增強(qiáng)了實(shí)時(shí)、嵌入信號(hào)的開發(fā)過程，開發(fā)人員可在不中斷程序運(yùn)行的情況下檢查算法的對(duì)錯(cuò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件的實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)試，大大縮短了程序的開發(fā)時(shí)間。3.2.2 程序控制流程

如下圖所示為主程序流程圖：

開始系統(tǒng)初始化I/O口模式設(shè)置所有LED初始化LCD初始化調(diào)用電機(jī)子程序

圖3-2 主程序流程圖

程序運(yùn)行開始后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，初始化內(nèi)容包括：將DSP的IOPE0到IOPE7管腳設(shè)置為I/O模式、將中斷模式位清零使所有未屏蔽的中斷使能、將IOPE0到IOPE7管腳設(shè)置為低電平既使開發(fā)板上的燈全部熄滅、定時(shí)器1初始化設(shè)置定時(shí)周期和計(jì)數(shù)模式等。

3.2.3 電機(jī)初始化程序 main(){

SystemInit();

//系統(tǒng)初始化

MCRC=MCRC & 0xFF00;

//IOPE0-7設(shè)為IO口模式

PEDATDIR=0xFF00;

asm(“ CLRC INTM ”);

LcdInit();

Timer1Init();

while(1)

{

KeyLed();

} }

void SystemInit()

{

asm(“ SETC INTM ”);

asm(“ CLRC SXM ”);

asm(“ CLRC CNF ”);asm(“ CLRC OVM ”);

SCSR1=0x83FE;

時(shí)鐘CLKOUT=40M */

WDCR=0x006F;

KickDog();

IFR=0xFFFF;

IMR=0x0002;

}

//所有LED=0，/*LCD初始化*/

//定時(shí)器初始化

//系統(tǒng)初始化程序

/* 關(guān)閉總中斷 */

禁止符號(hào)位擴(kuò)展 */

/* B0塊映射為 on-chip DARAM*/ /* 累加器結(jié)果正常溢出*/

/* 系統(tǒng)時(shí)鐘CLKOUT=20*2=40M */ /* 打開ADC,EVA,EVB,CAN和SCI的時(shí)鐘,系統(tǒng)

/* 禁止看門狗,看門狗時(shí)鐘64分頻 */

/* 初始化看門狗 */

/* 清除中斷標(biāo)志 */

/* 打開中斷2*/

/*

3.2.4 電機(jī)控制程序

調(diào)用電機(jī)控制程序numled=0,numled++提取AD模塊采樣結(jié)果（AD>0）numled等于AD？numled++是IOPE1輸出高電平;LED1亮 numled等于2*AD？numled++是IOPE2輸出高電平;LED2亮 numled等于3*AD？numled++numled++是IOPE3輸出高電平;LED3亮 numled等于4*AD？numled++是是IOPE4輸出高電平;LED4亮 numled等于5*AD？圖3-3 電機(jī)控制流程圖

void KeyLed(){

if(numled==AD)

//修改參數(shù)AD可以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0002;

//IOPE=1;LED1亮

}

if(numled==2*AD)

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0004;

//IOPE2=1;LED2亮

} if(numled==3*AD)

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0008;

//IOPE3=1;LED3亮

} if(numled==4*AD)

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0010;

//IOPE3=1;LED4亮

}

if(numled>=4*AD)

{

Que();

WriteMenu1(6,b);

numled=1;

}

}

程序初始化后，DSP的AD轉(zhuǎn)換模塊將電位器輸入的電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),并存在結(jié)果寄存器RESULT0（設(shè)計(jì)采用的通道為AD0通道）中，我們通過賦值的方式將寄存器里的值賦給數(shù)組，然后用求平均數(shù)的方式來進(jìn)行濾波，最后將平均值賦值整數(shù)值A(chǔ)D。根據(jù)上面的程序可以看出AD的大小決定了脈沖之間的間隔，也就是說通過調(diào)節(jié)AD的值可以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

3.3 程序調(diào)試

在PC機(jī)系統(tǒng)安裝好編譯軟件CCS3.3后，在計(jì)算機(jī)桌面上將出現(xiàn)兩個(gè)快捷方式圖標(biāo)，一個(gè)是Setup CCStudio v3.3，另一個(gè)是CCStudio v3.3。Setup CCStudio v3.3是用來對(duì)該編譯器的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行配置；CCStudio v3.3為程序仿真調(diào)試集成環(huán)境軟件。CCS集成開發(fā)環(huán)境不能直接將匯編源代碼或C語言源代碼文件Build生成DSP可執(zhí)行代碼。必須使用項(xiàng)目（Project）來管理整個(gè)設(shè)計(jì)和調(diào)試過程。項(xiàng)目保存為*.pjt文件。新建完項(xiàng)目并把C源程序文件（.C）、匯編源程序文件(.ASM)、目標(biāo)文件(.OBJ)、庫文件(.LIB)、命令文件(.CMD)等都加入后，便可以開始調(diào)試程序。其中的頭文件將通過在程序中用include來添加。在調(diào)試過程中也遇到了一些問題，例如電機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，后來在同學(xué)的幫助下終于找到了問題的所在，最終解決了問題。

第四章 心得體會(huì)

這次為期一周的DSP課程設(shè)計(jì)，我不僅僅學(xué)到了DSP設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，更使我懂得一個(gè)儀器的設(shè)計(jì)過程。在設(shè)計(jì)過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。

在這次難得的課程設(shè)計(jì)過程中我鍛煉了自己的思考能力和動(dòng)手能力。通過題目選擇和設(shè)計(jì)電路的過程中，加強(qiáng)了我思考問題的完整性和實(shí)際生活聯(lián)系的可行性。在方案設(shè)計(jì)選擇和芯片的選擇上，培養(yǎng)了我們綜合應(yīng)用的能力,對(duì)集成開發(fā)環(huán)境CCS的使用也有了更深的了解，對(duì)DSP芯片的應(yīng)用也有了更深刻的體會(huì)。還鍛煉我們個(gè)人的查閱技術(shù)資料的能力，動(dòng)手能力，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題的能力。并且我們熟練掌握了有關(guān)器件的性能及測(cè)試方法。

再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助，是他們讓我有了一個(gè)更好的認(rèn)識(shí)，無論是學(xué)習(xí)還是生活，生活是實(shí)在的，要踏實(shí)走路。課程設(shè)計(jì)時(shí)間雖然很短，但我學(xué)習(xí)了很多的東西，使我眼界打開，感受頗深。

在今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可!19

參考文獻(xiàn)

[1]王玲，王曉明．電動(dòng)機(jī)的DSP控制-TI公司DSP應(yīng)用．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004 [2]劉和平，鄧力．DSP原理及電機(jī)控制應(yīng)用．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006 [3]王曉丹．基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的研究：[碩士學(xué)位論文]．長沙：中南大學(xué)控制科學(xué)與工程，2008 [4]孫忠獻(xiàn)．電機(jī)技術(shù)與應(yīng)用．福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004 [5]李愛芹．基于DSP的三相混合式步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究：[碩士學(xué)位論文]．杭州：浙江工業(yè)大學(xué)控制理論與控制工程，2006 [6]孫忠獻(xiàn)．電機(jī)技術(shù)與應(yīng)用．福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2004 [7]章烈剽．基于單片機(jī)的高進(jìn)度步進(jìn)電機(jī)控制研究：[碩士學(xué)位論文]．武漢：武漢理工大學(xué)控制理論與控制工程，2007 [8]劉愛萍．基于C8051F005單片機(jī)的兩相混合式直線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：[碩士學(xué)位論文]．呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)電氣與自動(dòng)化，2007 [9]湯涌．基于電機(jī)參數(shù)的同步電機(jī)模型．電網(wǎng)技術(shù)，2007 [10]楊渝欽．控制電機(jī)．天津：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 20

附錄

/*Main.c*/

/*步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)程序*/ #include “hd44780.h” #include “global.c” void SystemInit();void Timer1Init();void LcdInit(void);void WriteCom(Uint16 com);void WriteMenu1(Uint16 num,Uint16 *pBuffer);void KickDog();

void KeyLed();void Lv();void Que();Uint16 a[6],b[6];unsigned int numled=0;unsigned int i=0,j=0,t0=0,k=0,D=0;unsigned int RESULT_0=0,AD=0;unsigned int AD0[18],AD_0,AD_FLAG=0;float AD_E=0.0;main(){

SystemInit();

//系統(tǒng)初始化

MCRC=MCRC & 0xFF00;

//IOPE0-7設(shè)為IO口模式

PEDATDIR=0xFF00;

//所有LED=0，asm(“ CLRC INTM ”);

LcdInit();

/*LCD初始化*/

Timer1Init();

//定時(shí)器初始化

while(1)21

{

KeyLed();

}

}

void SystemInit(){

asm(“ SETC INTM ”);

asm(“ CLRC SXM ”);asm(“ CLRC CNF ”);asm(“ CLRC OVM ”);

SCSR1=0x83FE;

CLKOUT=40M */

WDCR=0x006F;

KickDog();

IFR=0xFFFF;

IMR=0x0002;

}

void Timer1Init()

{

EVAIMRA=0x0080;

EVAIFRA=0xFFFF;

GPTCONA=0x0000;T1PR=2500;

/* 關(guān)閉總中斷 */

/* 禁止符號(hào)位擴(kuò)展 */

/* B0塊映射為 on-chip DARAM*/ /* 累加器結(jié)果正常溢出*/

/* 系統(tǒng)時(shí)鐘CLKOUT=20*2=40M */

/* 打開ADC,EVA,EVB,CAN和SCI的時(shí)鐘,系統(tǒng)時(shí)鐘

/* 禁止看門狗,看門狗時(shí)鐘64分頻 */

/* 初始化看門狗 */

/* 清除中斷標(biāo)志 */ /* 打開中斷2*/

// 定時(shí)器1周期中斷使能

// 清除中斷標(biāo)志

// 定時(shí)器1初值,定時(shí)0.4us*2500=1ms

}

T1CNT=0;T1CON=0x144E;

//增模式, TPS系數(shù)40M/16=2.5M,T1使能

void KeyLed(){

while(1)

{

if(AD_FLAG==1)

{

AD_FLAG=0;

for(i=0;i<18;i++)

{

AD_Simple();

AD0[i]=RESULT_0;

}

Lv();

}

}

if(numled==AD)

// 修改這些參數(shù)可以控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0002;

//IOPE=1;LED1亮

}

if(numled==2*AD)

{

} if(numled==3*AD)

{ PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0004;

//IOPE2=1;LED2亮

} PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0008;

//IOPE3=1;LED3亮

if(numled==4*AD)

{

PEDATDIR=PEDATDIR & 0xFF00;

//IOPE1,2,3,4=0;LED全滅

PEDATDIR=PEDATDIR | 0x0010;

//IOPE3=1;LED4亮

}

if(numled>=4*AD)

{

Que();

WriteMenu1(6,b);

numled=1;

}

}

void Que(){

int v=2500/AD;

a[2]=v/1000;

//千位 a[3]=(v-a[2]*1000)/100;

//百位 a[4]=(v-a[2]*1000-a[3]*100)/10;

//十位 a[5]=(v-a[2]*1000-a[3]*100)%10;

//個(gè)

for(i=0;i<=6;i++)

{

b[i]=a[i]+0x30;

};}

void AD_Simple(){

ADCTRL1=0x4000;

asm(“ NOP ”);

/* ADC模塊復(fù)位 */

ADCTRL1=0x0020;

/* 自由運(yùn)行,啟動(dòng)/停止模式,雙排序器工作模式 */

MAXCONV=0x0000;

CHSELSEQ1=0x0000;

//第0通道

ADCTRL2=0x4000;

//復(fù)位使排序器指針指向CONV00

ADCTRL2=0x2000;

/* 啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換 */

/*等待轉(zhuǎn)換完成 */

while((ADCTRL2&0x1000)==0x1000);

asm(“ NOP ”);

RESULT_0=RESULT0>>6;

}

void Lv(){

unsigned int MaxAD0=0;

unsigned int MinAD0=AD0[0];

unsigned int tempAD0=0;

for(j=0;j<18;j++)

{

if(AD0[j]>MaxAD0)

MaxAD0=AD0[j];

else if(AD0[j]

MinAD0=AD0[j];

}

for(j=0;j<18;j++)

{

tempAD0=tempAD0+AD0[j];

}

AD_0=(tempAD0-MaxAD0-MinAD0)/16;

AD_E=AD_0*100/1023+10;}

void interrupt

c_int2()

/*定時(shí)器1中斷服務(wù)程序*/ { T1CNT=0;numled++;AD=(int)AD_E;

if(PIVR!=0x27){

asm(“ CLRC INTM ”);return;

}

t 0++;if((AD_FLAG==0)&((t0%1000)==0))

//定時(shí)AD采樣

}

void KickDog(){

}

#include “global.c” WDKEY=0x5555;WDKEY=0xAAAA;

/*踢除看門狗 */ {

AD_FLAG=1;} EVAIFRA=0x80;asm(“ CLRC INTM ”);

#include

“hd44780.h” PADATDIR = PADATDIR | 0xFF08 PADATDIR = PADATDIR & 0xFFF7 PADATDIR = PADATDIR | 0xFF10 PADATDIR = PADATDIR & 0xFFEF

PADATDIR = PADATDIR | 0xFF20

PADATDIR = PADATDIR & 0xFFDF #define

SetRS #define

ClrRS #define

SetRW #define

ClrRW #define

SetE #define

ClrE

void LCDPIN(void){

} void LCDPOUT(void){

}

PEDATDIR = PEDATDIR | 0x0080;PBDATDIR = PBDATDIR & 0x00FF;PEDATDIR = PEDATDIR & 0xFF7F;PBDATDIR = PBDATDIR | 0xFF00;void delay(Uint16 number){

}

//============================================ void Busy(void){

Uint16 Temp = 0x0080;LCDPIN();delay(200);ClrRS;Uint16 j;for(j = 0;j < number;j++);

} SetRW;while(Temp){

} SetE;delay(50);Temp = PBDATDIR;Temp = Temp & 0x0080;ClrE;delay(50);//========================================== void WriteCom(Uint16 com){

}

void WriteMenu1(Uint16 num,Uint16 *pBuffer)Busy();delay(100);LCDPOUT();delay(200);ClrRS;ClrRW;delay(50);com = 0xFF00 | com;PBDATDIR = com;SetE;delay(50);ClrE;

{

} //================== void LcdInit(void){

WriteCom(0x30);WriteCom(0x30);WriteCom(0x30);delay(1000);WriteCom(0x01);delay(1000);WriteCom(0x02);delay(1000);WriteCom(0x06);Uint16 i,t;WriteCom(0x80);SetRS;ClrRW;delay(50);for(i=num;i!=0;i--){

} t = *pBuffer;t = 0xFF00 | t;PBDATDIR = t;SetE;delay(50);ClrE;

pBuffer++;29

} delay(1000);WriteCom(0x0c);delay(1000);WriteCom(0x38);

//==================== // No more

第二篇：步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

班級(jí)：

xｘ

姓名：

xx

學(xué)號(hào):

xｘx

指導(dǎo)老師: :

ｘx

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康眉耙? 1、熟悉步進(jìn)電機(jī)得工作原理 2、熟悉 51 系列單片機(jī)得工作原理及調(diào)試方法 3、設(shè)計(jì)基于 51 系列單片機(jī)控制得步進(jìn)電機(jī)調(diào)速原理圖(要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)得速度反饋測(cè)量,測(cè)量方式:數(shù)字測(cè)量)４、實(shí)現(xiàn) 51 系列單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)得速度控制（步進(jìn)電機(jī)由實(shí)驗(yàn)中心提供,具體型號(hào) ４2BYG)由按鈕控制步進(jìn)電機(jī)得啟動(dòng)與停止;實(shí)現(xiàn)加速、勻速、與減速控制.速度設(shè)定由鍵盤設(shè)定，步進(jìn)電機(jī)得反饋速度由 LED 數(shù)碼管顯示。

二、實(shí)驗(yàn)原理：

1、一般電動(dòng)機(jī)都就是連續(xù)旋轉(zhuǎn),而步進(jìn)電動(dòng)卻就是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)得,故叫步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)就是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移,即給一個(gè)脈沖信號(hào),步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度,因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接得控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號(hào),每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入得就是脈沖信號(hào),輸出得角位移就是斷續(xù)得，所以又稱為脈沖電動(dòng)機(jī).隨著數(shù)字控制系統(tǒng)得發(fā)展,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。

進(jìn)電動(dòng)機(jī)需配置一個(gè)專用得電源供電,電源得作用就是讓電動(dòng)機(jī)得控制繞組按照特定得順序通電,即受輸入得電脈沖控制而動(dòng)作，這個(gè)專用電源稱為驅(qū)動(dòng)電源.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源就是一個(gè)互相聯(lián)系得整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得運(yùn)行性能就是由電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所形成得綜合效果。

2、對(duì)驅(qū)動(dòng)電源得基本要求

（1)驅(qū)動(dòng)電源得相數(shù)、通電方式與電壓、電流都要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得需要;（2）要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得起動(dòng)頻率與運(yùn)行頻率得要求;(3)能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得振蕩;(4）工作可靠,抗干擾能力強(qiáng);(5）成本低、效率高、安裝與維護(hù)方便。

3、驅(qū)動(dòng)電源得組成 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得驅(qū)動(dòng)電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器與脈沖放大器(也稱功率放大器)三部分組成, 三、實(shí)驗(yàn)源程序：

／＊**＊＊＊*＊＊*＊***＊

wrｉter：shｏppinｇ、w

＊**＊***＊***＊＊*＊*＊*／ #incｌude 〈reg５2、h〉 #defｉne uint uｎｓigned ｉnt ＃ｄｅfine ｕchar uｎsiｇned chａr uchａｒ cｏde FＦW[］= {

0 ９0x0,８０x0,c0ｘ0,40x0，60x0,20ｘ0,30ｘ０,10x?｝;uchar coｄe REV[]= ｛

0 10x0,30x０,2０x０,6０x0,4０x0，c０x0，80x0,90ｘ?};ｓbｉt Ｋ１ = P3^0； sbｉｔ Ｋ2 = Ｐ3^1;sbit K3 = Ｐ3^2;ｖｏid ＤｅlaｙＭＳ(uint ｍs）

{

uchar i；

wｈiｌe（ms-—）

｛

;)＋+i；021〈i;0=i（ｒoｆ? ｝ } ｖｏid SETP_MＯTＯR_FFW(uchａr n){

ucｈａr i,j;

for(i＝0;ｉ〈5＊n;i＋+）

{?

for(j=0;j<８;ｊ++)

{? ?

if(K3 == ０)ｂｒeａk;

?? P1 = FFW［ｊ]；

；）５２（SMyaleD?? }?? } ｝ voiｄ SEＴP_MＯTOR_ＲEV(ucｈar ｎ)｛

uｃｈaｒ ｉ,j;

for（ｉ=０;i<5＊n；i++)

{）++j;8

?

;kaerb?)0 == 3K(fi?

Ｐ1 = RＥV[ｊ］;

? ＤｅlayMＳ(25）;

? ｝

｝ } ｖoid main（）

{uchar N = 3；)1（elｉhｗ? {if（K１ == ０)

｛;efx0 = 0P? ?? SＥTP_MOTＯR_FFW（N）;

? iｆ(Ｋ３ =＝ 0)ｂｒeａk;

}?? ? eｌｓe iｆ(K２ =＝ ０)

? {

Ｐ0 ＝ 0xfｄ；

?

；)Ｎ(VER_RＯTOＭ＿PTES?

；ｋaｅrb)0 == 3Ｋ（fi?? ｝?? ? ｅlｓe

{?? ?

;bfx0 ＝ 0Ｐ??;30ｘ0 = 1P?

｝

｝?}

四、實(shí)驗(yàn)心得：

本次實(shí)驗(yàn)讓我了解了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)得工作原理,掌握了怎樣用單片機(jī)編程來控制步進(jìn)電機(jī)得正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。通過這次實(shí)驗(yàn),我更加深刻得認(rèn)識(shí)到將單片機(jī)編程知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中得重要性。同時(shí),在理論知識(shí)方面,我還有很多欠缺。在以后得學(xué)習(xí)中要注意實(shí)踐性,不能只滿足于理論知識(shí)。

第三篇：步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。

步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM），反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）

永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；

反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；

混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為

1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

一.工作原理

（一）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

1、結(jié)構(gòu)：

電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒（1，2，3，4，5），電機(jī)定子有三個(gè)勵(lì)磁繞阻（A，B，C），A與齒1相對(duì)齊，B與齒2錯(cuò)開1/3て，C與齒3錯(cuò)開2/3て，A與齒5相對(duì)齊...。將定子和轉(zhuǎn)子展開如下

2、旋轉(zhuǎn)：

如A相通電，B、C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對(duì)齊；如B相通電，A、C相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移2/3て；如C相通電，A、B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對(duì)齊；如A相通電，B、C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て。這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電，齒4移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按A、B、C、A...通電，電機(jī)就向右旋轉(zhuǎn)；如按A、C、B、A……通電，電機(jī)就向左轉(zhuǎn)。由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電脈沖數(shù)和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，而方向由導(dǎo)電順序決定。

不過，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮，往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。但經(jīng)過理論分析及大量的實(shí)驗(yàn)證明：細(xì)分?jǐn)?shù)如果超過10，電機(jī)帶負(fù)載后，就會(huì)產(chǎn)生跳步和失步現(xiàn)象。

不難推出：電機(jī)定子上有m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移

1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。

3、力矩：

電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量Ф）。當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開一定角度時(shí)，產(chǎn)生的吸引力 F=K*dФ/dθ成正比。其中磁通量Ф=Br*S（Br=N*I/R為磁密，S為導(dǎo)磁面積，N*I為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻），θ為錯(cuò)齒量，K為系數(shù)?？梢姡現(xiàn)與L*D*Br成正比（L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑）。

力矩=F*D/2，因此，力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（設(shè)為線性狀態(tài)），即電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。

（二）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)（永磁式）

1、特點(diǎn)：

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。

例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=。

一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。

2、分類

感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG(BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標(biāo)準(zhǔn)），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。

3、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語

相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)，常用m表示。

拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。每轉(zhuǎn)步數(shù)：電機(jī)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所轉(zhuǎn)過的步數(shù)。

定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。

保持扭矩：電機(jī)繞組通電不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大輸出扭矩值。

工作扭矩：電機(jī)繞組通電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最大輸出扭矩值。注意：保持扭距比工作扭矩大，選電機(jī)是要以工作扭矩為選擇依據(jù)。

靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。

雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。

4、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：

1、步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。

2、失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

4、最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

5、最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。這個(gè)速度遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率。

6、運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下左圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。

電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。如上右圖所示。其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。

7、電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)遠(yuǎn)離共振區(qū)。

現(xiàn)在，步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展非常迅速，如德國百格拉公司的交流伺服電機(jī)運(yùn)行性能的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，其三相混合式步進(jìn)電機(jī)采用交流伺服原理工作，運(yùn)用特殊精密機(jī)械加工工藝，使步進(jìn)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間間隙僅為50um，轉(zhuǎn)子和定子的直徑比提高到59%，大大提高了電機(jī)工作扭矩，特別是高速時(shí)的工作扭矩。由于定子和轉(zhuǎn)子上磁槽數(shù)遠(yuǎn)多于五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，使三相混合式步進(jìn)電機(jī)可以按五相和兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的步數(shù)進(jìn)行工作。電機(jī)的扭矩僅與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而與電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)無關(guān)，例如：2Nm電機(jī)在每轉(zhuǎn)500步和10000步，800轉(zhuǎn)/分時(shí)的扭矩都是1.75Nm。在低速時(shí)運(yùn)行極其平穩(wěn)，幾乎無共振區(qū)，高速時(shí)扭矩大，運(yùn)行特性類同交流伺服電機(jī)。

二.步進(jìn)電機(jī)選用

（一）力矩與功率計(jì)算

步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

P= Ω·M

Ω=2π·n/60

P=2πnM/60

其中P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米。

P=2πfM/400(半步工作）

其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS)

（二）步進(jìn)電機(jī)的選擇

步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。

1、步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

2、靜力矩的選擇

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）

綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：

三.應(yīng)用中的注意點(diǎn)

1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過要考慮溫升。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

6、高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。

7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。

9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。最好采用同一生產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。

10、應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價(jià)格。

機(jī)電產(chǎn)品網(wǎng) 供稿

第四篇：步進(jìn)電機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

班級(jí)： xx 姓名： xx 學(xué)號(hào)： xxx 指導(dǎo)老師： xx

步進(jìn)電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙螅?/p>

1、熟悉步進(jìn)電機(jī)的工作原理

2、熟悉51系列單片機(jī)的工作原理及調(diào)試方法

3、設(shè)計(jì)基于51系列單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)調(diào)速原理圖(要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的速度反饋測(cè)量，測(cè)量方式：數(shù)字測(cè)量)

4、實(shí)現(xiàn)51系列單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的速度控制(步進(jìn)電機(jī)由實(shí)驗(yàn)中心提供，具體型號(hào) 42BYG)由按鈕控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)與停止；實(shí)現(xiàn)加速、勻速、和減速控制。速度設(shè)定由鍵盤設(shè)定，步進(jìn)電機(jī)的反饋速度由LED數(shù)碼管顯示。

二、實(shí)驗(yàn)原理：

1.一般電動(dòng)機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而步進(jìn)電動(dòng)卻是一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)的，故叫步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是數(shù)字控制電機(jī)，它將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，因此非常適合于單片機(jī)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號(hào)，每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步。由于輸入的是脈沖信號(hào)，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用將逐漸擴(kuò)大。

進(jìn)電動(dòng)機(jī)需配置一個(gè)專用的電源供電，電源的作用是讓電動(dòng)機(jī)的控制繞組按照特定的順序通電，即受輸入的電脈沖控制而動(dòng)作，這個(gè)專用電源稱為驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源是一個(gè)互相聯(lián)系的整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所形成的綜合效果。2.對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求

（1）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需要；（2）要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求；（3）能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩；（4）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（5）成本低、效率高、安裝和維護(hù)方便。3.驅(qū)動(dòng)電源的組成

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱功率放大器）三部分組成，三、實(shí)驗(yàn)源程序：

/*************** writer:shopping.w ******************/ #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar code FFW[]= { 0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09 };uchar code REV[]= { 0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01 };sbit K1 = P3^0;sbit K2 = P3^1;sbit K3 = P3^2;void DelayMS(uint ms){ uchar i;

} void SETP_MOTOR_FFW(uchar n){ uchar i,j;while(ms--){ for(i=0;i<120;i++);} for(i=0;i<5*n;i++){

for(j=0;j<8;j++)

{

if(K3 == 0)break;

P1 = FFW[j];

DelayMS(25);

} } } void SETP_MOTOR_REV(uchar n){ uchar i,j;for(i=0;i<5*n;i++){

for(j=0;j<8;j++)

{

if(K3 == 0)break;

P1 = REV[j];

DelayMS(25);

} } } void main(){uchar N = 3;while(1){if(K1 == 0)

{P0 = 0xfe;

SETP_MOTOR_FFW(N);if(K3 == 0)break;

}

} } else if(K2 == 0){ P0 = 0xfd;

} else { P0 = 0xfb;} P1 = 0x03;SETP_MOTOR_REV(N);if(K3 == 0)break;4

四、實(shí)驗(yàn)心得：

本次實(shí)驗(yàn)讓我了解了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理，掌握了怎樣用單片機(jī)編程來控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及調(diào)速。通過這次實(shí)驗(yàn)，我更加深刻的認(rèn)識(shí)到將單片機(jī)編程知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的重要性。同時(shí)，在理論知識(shí)方面，我還有很多欠缺。在以后的學(xué)習(xí)中要注意實(shí)踐性，不能只滿足于理論知識(shí)。

第五篇：步進(jìn)電機(jī)工作原理

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

1、步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī), 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為“步距角”)一步一步運(yùn)行的, 其特點(diǎn)是沒有積累誤差(精度為100%), 所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移, 或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào), 通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率，可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù)，可以對(duì)電機(jī)精確定位目的；

2、步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)，其步距角變小了，如驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為‘電機(jī)固有步距角‘的十分之一，也就是說：‘當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)1.8°；而用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài)時(shí)，電機(jī)只轉(zhuǎn)動(dòng)了0.18° ‘，這就是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動(dòng)器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生，與電機(jī)無關(guān)。

3、驅(qū)動(dòng)器細(xì)分有什么優(yōu)點(diǎn)，為什么一定建議使用細(xì)分功能？

驅(qū)動(dòng)器細(xì)分后的主要優(yōu)點(diǎn)為：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機(jī)有時(shí)要在共振區(qū)工作（如走圓?。?，選擇細(xì)分驅(qū)動(dòng)器是唯一的選擇。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對(duì)三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時(shí)提高約30-40%。提高了電機(jī)的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機(jī)的分辨率‘是不言而喻的。