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步进电机控制系统之NY8A062D单片机控制器

作者: 编辑: 来源: 发布日期: 2020.07.14 浏览次数:
信息摘要:
单片机对步进电机的控制成本低、操作灵活,在步进电机的控制中得到了广泛的应用。本文以NY8A062D 单片机作为控制器设计一种新型的两相混合式…

        作为工业领域广泛应用的控制电机,步进电机具有出色的开环性能,易于实现数字化、智能化控制。步进电机组成的控制系统具有结构简单、性能稳定、造价便宜等特点。单片机对步进电机的控制成本低、操作灵活,在步进电机的控制中得到了广泛的应用。本文以NY8A062D 单片机作为控制器设计一种新型的两相混合式步进电机的控制系统。

1、系统结构研发设计

        控制系统的开发主要由单片机、键盘、显示、驱动、PC上位机等5个模块进行组成,其中PC上位机用于编写及烧录功能程序。控制器通过相应的IO接口,将控制指令发送到驱动电路,可以控制步进电机的运行,完成系统的伺服控制。

2、控制系统可实现以下功能:

        (1)控制步进电机的启动和停止、运行方向、运行速度。

        (2)显示步进电机的运行状态、方向、转速。

        (3)通过软件实现细分控制。


进步电机控制系统


3、系统硬件设计

        (1) 单片机模块

        单片机模块主要由NY8A062D单片机及外围滤波、电源管理、晶振和复位电路组成。NY8A062D单片机具有8KB内存的可编程可擦除只读存储器,便于反复的进行程序的编写。电源管理电路提供的3.5V和5V电压分别给单片机、晶振、LED和控制电路供电。12MHZ的晶振给单片机提供时钟信号。单片机的串口用于和PC上位机的通信以及烧录软件程序。P1口控制驱动电路开关管的通断。P0和P2口控制LCD1602和LED组成的显示模块。P3口检测键盘信号及外部中断信号。

        (2键盘及显示模块

        控制系统设置了5位独立按键组成的键盘模块以及由LCD1602和5位LED组成的显示模块。通过键盘可以对步进电机进行正转、反转、加速、减速、停止功能的操作。步进电机运行时的状态信息可以通过显示模块直观的显示出来。 键盘模块的特点是用单片机的两个外部中断来控制步进的电机加/减速。正转、反转、停止按键分别由单片机的P3.0、P3.1、P3.4口引入。加速、减速按键分别由单片机的P3.2和P3.3口引入。

        (3驱动模块

        控制系统的电机驱动模块采用双极性驱动的方式。双极性驱动是指步进电机线圈中电流的流动方向不是单向的,即绕组中的电流有时沿某一方向流动,有时沿相反的方向流动。双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式的两相混合式步进电机。

        控制系统所选用的二相混合式步进电机工作时的额定电压为12V,绕组的阻值为1.5Ω,额定电流为8A。由于该步进电机工作时的电流较大,因此需要选择额定电流较大的功率开关管,否则步进电机工作时较大的工作电流产生的热效应极易烧毁开关管。功率开关管BUW49工作时的额定电压为80V,额定电流为30A,属于高电流型功率开关管,因此完全能够满足需要。

        步进电机在运行时的运行状态、速度参数以及按键的操作状态能够以英文的形式非常直观的显示在LCD1602和5位LED上。通过分析仿真时虚拟示波器测出的A、B两相的绕组电压波形得知,步进电机在系统仿真运行的过程中具有良好的动态响应。


进步电机控制系统


        (4 系统软件设计

        步进电机工作方式

        由于按双四拍方式工作时步进电机不容易失步,并且控制精度较高,因此步进电机采用双四拍的工作方式。这种工作方式每次都有两相绕组导通,两相绕组处在相同的电压之下,以A+B+→A-B+→A-B-→A+B-(或反向)方式导通。当A、B绕组完成一次通电循环以后,磁场旋转一周,转子则前进一个步距角。

        运行方向控制

        进步的电机运行方向由其内部绕组的通电顺序及通电方式来决定。两相双四拍的步进电机不容易失步,控制精确度相对较高,所以本文采用两相双四拍的工作模式对步进电机进行控制。

        运行速度控制

        控制步进电机的运行速度,实际上是控制驱动脉冲的发出频率或换相周期。即在加速的过程中,使驱动脉冲的发出频率升高;在减速的过程中,使驱动脉冲的发出频率降低。对驱动脉冲频率的控制可以通过软件延时和硬件中断的方式来实现。


进步电机控制系统


        软件延时是指根据所需的延时时间常数编写一个延时子程序,当CPU执行延时子程序时,系统达到延时的目的。

        总结:本文基于NY8A062D单片机设计的两相混合式步进电机控制系统具有体积小、可靠性高、功能丰富、造价便宜等特点,适用范围广,具有很强的实用价值和经济价值。

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