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MOTEC:单片机在步进电机控制中的应用

供稿:MOTEC(中国)营销中心 2012/8/20 14:03:42

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            步进电机的控制,目前有很多种方法,PLC运动控制卡,PC,单片机。用单片机控制步进电机成本低,保密性高,专用型强。做好足够的保密措施,产品相对于其他方式不容易被人模仿。所以基于单片机的运动控制方案在领域内也占有一席之地。

1. 历史背景

 步进电机的控制,目前有很多种方法,PLC,运动控制卡,PC,单片机。用单片机控制步进电机成本低,保密性高,专用型强。做好足够的保密措施,产品相对于其他方式不容易被人模仿。所以基于单片机的运动控制方案在领域内也占有一席之地。

2. 控制原理

 步进电机驱动器接收脉冲信号,每接收一个跳变沿驱动步进电机走一个步距角。一般都是脉冲和方向信号,脉冲信号控制电机的运行距离,方向信号控制电机的旋转方向。单片机的两个I/O口一个用来产生脉冲信号,一个产生方向信号。步进电机的转速和脉冲频率成正比。

3. 硬件构成

 

 

4.软件说明

单片机都含有定时器,可以根据精确计时。本案例使用AVR单片机内置的16位定时器来精确定时,控制脉冲跳变沿的间隔时间。同时在定时器中断处理程序中进行位置计算,如果达到设定值立即停止发脉冲。通过串口更新LCD显示器的显示信息,定时扫描键盘。

注意事项:

1 、中断时间非常宝贵,尽量减少占用时间。本例只在中断中进行加减和比较运算,并且计算出这些运算所消耗的时间,从而修正定时器,使发出的脉冲频率更加精准,稳定。如使用16M的晶振,定时器的最小单位是1/16 us.如果脉冲频率在100KHz以下,频率误差完全可以控制在0.625%以下。以常用的三相步进电机为例,在10000步/转的细分情况下,可以控制电机最高转速达到600rpm.这个转速基本上满足大部分的控制需求。如果需要更高的转速,可以降低细分设置。

2 、步进电机和驱动器之间是开环控制,有可能出现丢步现象,必须尽量避免。采用多段加速的办法可以降低加速度从而减小输出扭力,可以有效解决丢步现象。段数越多,电机加速越平滑。在转速低的场合,甚至可以逐步调节频率,这是转速变化是最平滑的。当然分段会占用更多的中断时间,降低所能产生的最高频率,根据不同的单片机,应该视其性能灵活选择。

3 、有的单片机如AVR,其中的定时器有CTC功能,定时器发生匹配事件时自动更新输出脚状态,非常适合发出频率可变的脉冲。不占用中断时间,无疑是最佳选择。

 

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