TMS320F2812在电机控制系统的设计及应用
T M S320F2812在电机控制系统的设计及应用
姚 金,王彦梅
(贵州大学电气工程学院,贵州贵阳550003)
摘 要:介绍基于新型DSP 电机控制芯片T MS320F2812的电机控制器的设计,描述了其引导
加载ROM 、A /D 转换单元、传感器接口、CP LD 等电机控制外设电路的技术关键。阐述了其在异步电动机矢量控制系统中的实际应用。
关键词:电机控制;DSP;光电编码器;霍尔传感器中图分类号:TP276 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2007)03-0031-03
T M S320F2812i n Desi gn and Appli cati on of Control
Syste m of Electr i c M otors
Y AO J in,WANG Yan 2mei
(Electrical Engineering College of Guizhou University,Guiyang 550003,China )
Abstract:The designs of contr ollers of electric mot ors based on T MS320F2812was intr oduced,which was a ne w ty p ical DSP contr ol chi p used in electric mot ors .The paper described the technical keys of circuits of outside equi pment in the contr ol of electric mot ors that guided l oading ROM 、A /D ele ment of converting 、interfaces of sens ors 、CP LD and s o on .It elaborated the p ractical app licati ons of vect or
contr ol system of asynchr onous electric mot ors .
Key words:contr ol of electric mot ors;DSP;phot oelectric encoder;Hall sens or
1 引言在电机控制领域,TI 公司推出2000系列电机控制DSP 。T MS320F2812属于最新高端产品,适合工业控制、机床控制等高精度应用。目前2000系列芯片在电气传动中的应用以T MS320LF240x 为主,应用
T MS320F (C )28x 的比较少。但28x 比24x 系列的DSP 具有更完备的外围控制接口和更丰富的电机控
制外设电路,更高的主频,指令执行时间仅为6.67ns,流水线采样最高速率60ns,12位A /D 转换通道16个,P WM 输出通道12个。资源足够同时控制两台三相电机,使控制系统价格大大降低而体积缩小、可靠性提高,可在高度集成的环境中实现高性能电机控制。电机控制系统基本结构见图1,本文阐述基于T MS320F2812的DSP
电机控制系统设计中的重点。
图1 电机控制系统结构原理图
2 引导加载R OM
引导加载是指器件复位时执行一段引导程序,
一般用于从端口(异步串口、I/O 口或HP I 主机接口)将EPROM /F LASH 等非易失性存储器中加载程序到高速RAM 中。
2.1 T M S320F2812的启动模式
T MS320F2812提供了几种不同的启动模式,四个通用I/O 引脚用于确定选择何种启动模式,如表1所示。
GP I O F7GP I O F12GP I O F4GP I O F9(SC I TXDA )
(SC I M DXA )
(SP ISTEA )
(SP I CLK A )
模式选择
1×
××Flash 地址01×
×
SP I 启动模式0011SC I 启动模式0
Parallel 启动模式
2.2 SC I SP I 启动加载器
通过SP I 同步传输和SC I 异步传输实现F LASH ROM 引导加载。硬件电路见图2,JP15为SP I 或SC I 引导加载器选择,1-2时选择SP I,2-3时选择SC I ;JP4是SP I 数据传输路径的选择,位于1-2时,连接至外部扩展接口J6或串行ROM ,位于2-3时
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13?2007年第3期
仪表技术
图2 SC I SP I启动加载器
连接至J5仿真数据传输接口。SP I仿真接口可参考文献2。
3 A/D转换模块
T MS320F2812电机控制芯片内部集成了16路12位A/D转换模块,模拟量信号采样输入范围是0～3.3V,16路A/D通道分为两组,AD0～AD7为一组,AD8～AD15为一组。每组都有一个专门输入端。事件管理器可将ADC配置为两个独立的8通道模块,也可串接成一个16通道模块。尽管有多个输入通道和两个序列发生器,转换器只有一个。8通道模块将8路输入信号自动排序,并按序选择一路输入信号进行转换,转换完成后的结果保存在对应的结果寄存器中。串接模式下,成为16通道的A/D模块允许对同一个通道信号进行多次转换,主要用于过采样的算法中。与单采样A/D转换模块相比是个进步。
4 与传感器的接口
4.1 霍尔位置传感器
T MS320F2812通过芯片内部自带的ADC转换模块中的三个A/D转换通道捕捉霍尔位置传感器上的三个相位置信号。此信号为模拟量,接到A/D转换通道ADC I N A3、ADC I N A4、ADC I N A5等引脚上,可以检测转子的转动位置。
4.2 霍尔电流传感器
DSP同时需要三个A/D转换通道对霍尔传感器电流进行采集以获得三个相电流信号。霍尔电流传感器采集的是模拟量信号,采用内部的A/D转换模块,特别注意的是要防止相电流过高造成对DSP
的冲击损坏。这里采用双重保护,即信号
经过RC滤波后连接至一个运放比较器,
比较器有一个参考电压,当信号低于这个
参考电压,信号经运算放大后输出;当信
号超过参考电压,说明逆变器发生过流情
况,比较器输出低电平将DSP的P DP I N T
引脚拉低,此时所有的P WM输出立即被
置为高阻态,从而起到对DSP的保护作
用。电路见图3
。
图3 信号过电流保护电路
经过比较器的信号连接到采样保持放大器的反相输入端。调节可变电阻,A/D转换单元的参考电压输入端ADCREFP和ADCREF M引脚获得0～3.3V的可变电压,从而把检测到的信号偏置到模/数转换内核正常的输入范围,以实现对DSP的保护。
4.3 速度传感器
测量电机转速常用的方法是用增量编码器和测速发电机。用编码器时,T MS320F2812包含一个正交编码脉冲(Q.E.P)单元,电机的码盘信号A、B通过DSP的CAP1、CAP2端口进行捕捉。捕捉到的数据存放到寄存器中,通过比较捕捉到的A、B两相脉冲值可以确定当前电机转子的速度和方向,完成这些仅需两个数字量输入和一个16位或32位的内部计时寄存器。图4
为接两部电机速度传感器的电
图4 码盘信号捕捉电路
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?T M S320F2812在电机控制系统的设计及应用 2007年第3期
图5 应用于异步电机矢量控制系统
路。电机速度码盘信号经过一个四通道光耦合器件T LP521-4连到DSP 的CAP 引脚上进行捕捉。5 实际应用
5.1 异步电动机矢量控制系统
用T MS320F2812新型电机控制芯片设计的异步电动机矢量控制系统的基本结构如图5所示。
用可编程I/O 口捕捉转子的速度反馈信号,电机的相电流反馈信号采集到ADC 通道进行转换。接收光电
编码器的信号,计算电机的转速。采集电机相电流的瞬时值,依此估计电机的实时运行状态,如转矩的大小和方向、电机的转速和滑差等。按照某种调控规律产生P WM 信号,控制逆变器的开关动作,对电机运行状态进行调控。系统开发板采用长沙明伟电子公司的DSP2812开发板。板载资源如下:
DSP 为T MS320F2812,32位定点高速数字信号处理器,最高工作频率150MHz,片内内置128K 316位F LASH 、18K 316位S RA M ,片外扩展256K 316位SRA M 、4M F LASH,板上有RT L8019AS 以太网接口芯片,有RS232、RS485、CAN2.0转换电路,方便用户通讯。板上提供5路外扩可屏蔽中断源输入接口、2路外扩非屏蔽中断源输入接口、8路输入输出接口。5.2 软件设计中部分程序代码
(1)初始化程序
CLRC CNF ;B0SETC OVM SP M 0SETC SX M ;扩展符号LAR AR0,#DEC_MS LAR AR1,#(24-1);24个LACC #ANG LES_;指向源LARP AR0I N I T_T BL
T BLR 3+,AR1;一个ADD #1;下一个地址BANZ I N I T_T BL,AR0;AR1=0结束LAR AR4,#79H ;用于堆栈保存现场,B2(60H -80H )LDP #0E0H ;装载数据页指针SP LK #68H,WDCR ;不用看门狗SP LK #0284H,SCSR1 ;CLKI N 10M ,CLK OUT 20MHz LDP #0E1H
SP LK #0900H,ADCTRL1;ADC 预分10,1MHz SP LK #0001H,MAXCONV ;两个通道SP LK #0010H,CHSELSEQ1;选择ADC I N 0和ADC I N 1LACC MCRA OR #0F D8H ;设置P WM ,QEP S ACL MCRA
(2)电流采样和A /D 转换子程序
LDP #0E1H
;装载数据页指针
SP LK #2000H,ADCTRL2;启动AD 转换CONVERSI O N B I T ADCTRL2,3;将忙状态位复制到TC BCND CONVERSI O N,TC ;等待
LACC RES ULT0,10;左移后加载累加器LDP #0S ACH I A ;高位左移并存储
LDP #0E1H
LACC RES ULT1,10LDP #0S ACH I B ;
高位左移并存储
6 结束语
基于T MS320F2812的异步电机矢量控制系统已研制成功,实践证明它具有优异的性能和良好的控制能力。目前应用的一些性能优越的电机控制技术,如矢量控制和直接力矩控制都属于计算密集型控制方法,采样周期短、算法复杂而且检测和计算精度高。它凭借优异的控制能力,可以胜任复杂精确的计算和控制,可以用于励磁脉冲控制系统、电力保护系统,也可延伸到不间断电源(UPS )、变频开关电源、机器人等高精度控制领域。
参考文献
[1]刘和平,张卫宁,刘林,等.T M S320C28x 系列DSP 指令
和编程指南[M ].北京:清华大学出版社,2005.[2]苏奎峰,吕强,耿庆锋,等.T MS320F2812原理与开发
[M ].北京:电子工业出版社,2006.
[3]苏涛,蔡建隆,何学瑞.DSP 接口电路设计与编程[M ].
西安:西安电子科技大学出版社,2003.
[4]沈本荫.现代交流传动及其控制系统[M ].北京:中国铁
道出版社,1997.
(许雪军编发)
收稿日期:2006-12 作者简介:姚金(1982—),男,硕士研究生,研究方向为网络化测控技术、计算机控制技术等。
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33?2007年第3期 T M S320F2812在电机控制系统的设计及应用
PWM控制直流电机的系统的设计
电力电子与电机拖动综合课程设计 题目： PWM控制直流电机的系统 专业： 05自动化 学号： 200510320219 姓名：张建华 完成日期： 指导教师：李晓高
电力电子与电机拖动综合课程设计任务书 班级：自动化05 姓名：张建华指导老师：2008年6月10日 年月日
目录
1 引言 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 本电机调速系统采用脉宽调制方式, 与晶闸管调速相比技术先进, 可减少对电源的污染。为使整个系统能正常安全地运行, 设计了过流、过载、过压、欠压保护电路, 另外还有过压吸收电路。确保了系统可靠运行。 2 系统概述 2.1 系统构成 本系统主要有信号发生电路、PWM速度控制电路、电机驱动电路等几部分组成。整个系统上采用了转速、电流双闭环控制结构，如图1所示。在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器
四相步进电机控制系统设计资料讲解
四相步进电机控制系 统设计
课题：四相五线单4拍步进制电动机的正反转控制专业：机械电子工程 班级：2班 学号： 20110259 姓名：周后银 指导教师：李立成 设计日期： 2014.6.9~2014.6.20 成绩：
1概述 本实验旨在通过控制STC89C52芯片，实现对四相步进电机的转动控制。具体功能主要是控制电机正转10s、反转10s，连续运行1分钟，并用1602液晶显示屏显示出来。 具体工作过程是：给系统上电后，按下启动开关，步进电机按照预先 实验具体用到的仪器：STC89C52芯片、开关单元、四项步进电机、等硬件设 备。 实验具体电路单元有：单片机最小系统、步进电机连接电路、开关连接电路、1602液晶显示屏显示电路。 2四相步进电机 2.1步进电机 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 2.2步进电机的控制 1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。 2.控制步进电机的转向控制：如果给定工作方式正序换相通电，步进 电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：如果给步进电机发一个控制脉冲，它就 转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。 2.3步进电机的驱动模块 ABCD四相工作指示灯指示四相五线步进电机的工作状态 2.4步进电机的工作过程 开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动， 1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，
基于PLC的电动机制动控制系统设计
目录 课程设计任务书 (1) 1 课题介绍 (2) 1.1 题目 (2) 1.2 背景介绍 (2) 2 总体方案设计 (4) 2.1 设计目的 (4) 2.2 控制要求 (4) 2.3 设计要求 (4) 3 硬件设计 (4) 3.1 硬件方案框图 (4) 3.2 硬件选型 (5) 3.3 主电路原理图的设计 (6) 3.4 控制电路原理图的设计 (6) 4 软件设计及调试 (8) 4.1 控制系统的I/O点及地址分配 (8) 4.2系统工作流程框图 (8) 4.3 系统调试 (10) 5 总结 (12) 参考文献 (14) 附录 (16)
安徽农业大学经济技术学院 《电气控制与可编程控制器》课 程 设 计 任 务 书 题目 基于PLC 的电动机制动控制系统设计与调试 专业、班级 电气08-2 班 学号 2008010202 姓名 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 一、主要内容 1.熟悉题目、收集资料，充分了解技术要求，明确设计任务； 2.总体设计。正确选定设计方案，画出系统总体结构框图； 3.硬件设计。选择电器元器件，确定电器元器件明细表。用CAD 画出电气原理图，并作简要分析； 4.软件设计。根据控制要求确定I/O 分配表，画出系统工作流程图，设计程序及编写程序说明，给出编程原件明细表等； 5.系统调试； 6.整理编写课程设计说明书。 二、课题要求 1.控制要求 三相笼型异步电动机具有反接制动电阻的可逆运行反接制动控制。 2.设计要求 1）控制系统采用PLC 来实现； 2）提供短路、过载、联锁等保护措施； 3）具有紧急停车功能； 三、基本要求 1．根据题意, 用CAD 画出电气原理图和PLC 端子接线图。设计要合理，画图要规范标准。 2．完成程序的编写工作,并利用模拟器和实验室设备完成调试工作。 3. 完成课程设计说明书一份，阐明设计任务与依据，设计原则、方法、设计方案与成果，并力求论证充分、简明通顺、条理清晰、逻辑性强。 四、主要参考文献 王永华.现代电气控制及PLC 应用技术.北京航空航天大学出版社. 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年 5 月 10日 学院： 专业班级： 姓名： 学号： 装 订 线
直流电机控制系统设计
直流电机控制系统设计
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日
学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)
解析DSP在电机控制系统中的应用
解析DSP在电机控制系统中的应用 发表时间：2018-09-10T16:59:49.327Z 来源：《基层建设》2018年第20期作者：卢曙兵1 陈洁平2 [导读] 摘要：电机控制系统广泛地应用于机械、冶金、军工等行业，近年来，随着微电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性大幅度提高，控制系统逐渐发展为以单片机为核心的全数字化控制系统。 1.身份证号码：4210231984060XXXX 510760； 2.身份证号码44023319870614XXXX 510760 摘要：电机控制系统广泛地应用于机械、冶金、军工等行业，近年来，随着微电子技术的发展，微机和数字控制处理芯片的运算能力以及可靠性大幅度提高，控制系统逐渐发展为以单片机为核心的全数字化控制系统。数字信号处理器（DSP）芯片的交流电机控制系统比较复杂，存储数据量大，实时处理能力强。因而在电机控制系统中得到了较为广泛的应用。 关键词：DSP；电机控制系统；应用 1.DSP的工作原理及特点 DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片，其有着强大的数据处理能力和高运行速度。 2.电机DSP控制系统的优越性 2.1 DSP采用哈佛结构或者是改进的哈佛结构，使数据和程序相互独立的总线结构提高了计算能力。因此可以实现比较复杂的控制规律，如智能控制、优化控制等，将现代算法和控制理论的应用得以体现。 2.2简化了电机控制器的硬件设计难度，降低了整体的重量，缩小了体积，降低了能耗。 2.3 DSP芯片内部设计，在一定程度上为元器件的可靠性和稳定性提供了保证，从而会使整个系统的可靠性得到提高。 2.4通过DSP控制系统，使得软件的灵活性和硬件的统一性得到了有机的结合，DSP电机控制电路可以统一，如DSP控制三相逆变器驱动相应的感应电机、无刷直流电机、永磁同步电机或用改进后的逆变器驱动直流电机等，它们的硬件电路的结构大致相同，我们只需要针对不同的电机，编写和设计出不同的控制规律即可，进而使得系统的灵活性大大提高。 3.基于DSP的电机控制方式 3.1单DSP系统 目前利用DSP来实现复杂控制算法的应用很多。如无速度传感器的矢量控制、直接转矩控制等。它采用基于DSP的矢量控制方法来控制交流异步电机。其原理是利用坐标变换将电机的三相坐标等效为两相系统，经过按转子磁场定向的旋转变换实现对定子电流励磁分量与转矩分量之间的解藕，达到分别控制交流电机磁链和电流的目的。系统充分利用了DSP的高速运算能力和丰富的外设资源，实验结果表明系统精度高，动态响应快。 3.2双DSP系统 双PWM控制系统分别对整流和逆变器采用PWM控制，但电机采用的是恒压频比控制，可进一步改进。其一用于控制整流逆变器，另一个采用直接转矩的方法控制电机将有更快的响应速度，更高的精度。二者之间可以SCI通讯端口连接。这样减小了谐波污染，提高了变频器的控制性能。 1.3 DSP与PC组合系统 双DSP控制的双PWM控制系统是以光盘机高速数字伺服控制应用为目标的通用系统。DSP作为系统的快速处理的执行者，以尽量快的速度完成算法的实现。它由PC、高性能DSP、64K字的程序存储器和64K字的数据存储器组成。采用共享存储器的方式构成PC-DSP多处理器系统。系统不仅提供了一个完整的硬件环境，以实时运行一个真正的数字控制，而且实现各种先进的控制规律，如在设计控制器由于系统的高速数字控制能力，通过S域的变换，模拟控制器也能在其上应用、重构和评价。 4.DSP在电机控制系统中的具体应用 4.1基于DSP的电机控制系统串行通信设计 在电机控制系统中。通过上位机客户端设置电机的运行参数，并且被控电机将各种运行状态信息实时地传给远程控制端客户。采用串行通信设计的电机控制系统连线少，成本低，简单可靠，得到广泛应用。韩芝侠等分析数字信号处理芯片TMS320LF2407A DSP串行外设接口SPI和串行通信接口SCI模块。他们通过SCI串行通讯接口连接DSP控制器与PC机，控制人员使用数码显示驱动电路确定电机的转速、温度等信息，利用SPI同步串行口来实现了DSP与外围设备的通信。该电机控制系统，系统软件及通讯协议设计通过初始化设置所需操作参数，设置发送和接收波特率及中断方式等。 4.2基于DSP的多电机控制系统 在生产和制造过程中经常会遇到多电机控制问题，采用“一对一”方式的DSP控制器、逆变器和电机的方式增加了系统成本和复杂性，降低了系统的稳定性和可靠性。贺洪江等针对这一问题，提出一种基于DSP的多电机控制系统的设计，通过SVPWM方法实现对2台电机的变频调速控制，使用1片DSP芯片实现了对2台异步电机的控制，并给出了系统主要硬件电路和软件的实现方法。该系统以DSP芯片为核心，通过外部电路协调控制2台电机。电压、电流及电机转速信号经DSP通过调速控制算法转变为控制信号，传送至逆变器控制电机转速，实现了对两台电机的启动/停止、转向和调速等控制，也能实现过流保护、过压保护、欠压保护等功能。此外，该设计方案的控制系统降低了硬件成本，显著提高了系统的可靠性，具有良好的使用价值与应用前景。 4.3基于DSP的平面电机控制系统设计 平面电机由一个齿状结构的定子和一个带位置传感器的动子组成，具有结构简单、速度高、稳定性强、控制精度高等特点，还有偏航控制、自动校正、误差补偿、停滞检测等独特功能。李晓飞等设计了基于DSP的平面电机控制系统。其控制系统由平面电机、控制器模块、位置反馈模块、电源模块、驱动模块以及人机交互界面组成，采用高集成度的运动卡实现平面电机三自由度同步控制，完成采集电流信号、AD校正参考电压、位置信号、输出PMW信号、数字滤波、位置伺候控制等。该系统的控制软件由DSP实现，具备远点归位、主轴控制、状态管理、状态采集等功能。平面电机易以Y轴点对点方式运动进行精度测试，系统运行稳定，达到系统各项指标。该设计系统采用一
两相步进电机控制系统设计
综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日
两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件，它广泛应用于工业机械的数字控制，为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优，根据控制系统功能要求及步进电机应用环境，确定了设计系统硬件和软件的功能划分，从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计，实现了四相步进电机的正反转，急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用，系统设计了两个外部中断，以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能，也即数控机床的刀架自动进给运动，随着单片机技术的不断发展，单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，自六十年代初期以来，步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器，打印机、绘图仪，磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具，还有机器人等机械装置。此外作为执行元件，步进电机是机电一体化的关键产品之一，被广泛应用在各种自动化控制系统中，随着微电子和计算机技术的发展，它的需要量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件，由于其精度高、体积小、控制方便灵活，因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用，大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及，为设计功能强，价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机
直流电机控制系统设计.
XX大学 课程设计 （论文） 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名
指导教师 航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7月9日至2012年7月20日 课程设计的容及要求： 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言1 1 总体方案设计2 1.1 系统方案2 1.2 系统构成2 1.3 电路工作原理2 1.4 方案选择3 2 硬件电路设计3 2.1 系统分析与硬件设计3 2.2 单片机AT89C523 2.3 复位电路和时钟电路4 2.4 直流电机驱动电路设计4 2.5 键盘电路设计4 3软件设计5 3.1 应用软件的编制和调试5 3.2 程序总体设计5
3.3 仿真图形7 4 调试分析9 5 结论及进一步设想9参考文献10 课设体会11 附录1 电路原理图12附录2 程序清单13
直流电机调速系统设计 XXXXX大学自动化学院 摘要：本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速; 0 前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。
无刷直流电机控制系统的设计
1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在，无刷直流电机定义有俩种：一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机，而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体，带转子位置信号，通过电子换相控制的自同步旋转电机”，其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义，把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始，由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展，家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展，电机作为设备的重要组成部分，必须具有精度高、速度快、效率高等优点，因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代，第一台直流电动机研制成功，经过70多年不断的发展，直流电机进入成熟阶段，并且运用广泛。 1955年，美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利，形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初，霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现，标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初，德国人Blaschke提出矢量控制理论，无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高，极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年，在北京举办的德国金属加工设备展览会上，西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器，引起了我国有关学者的注意，自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前，我国无刷直流电机的系列产品越来越多，形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展，无刷直流电机发展的初期，由于大功率开关器件的发展处于初级阶段，性能差，价格贵，而且受永磁材料和驱动控制技术的约束，这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内，都停
基于单片机的步进电机控制系统的设计_毕业设计
本科毕业设计 基于单片机的步进电机控制系统的设计
摘要 随着自动控制系统的发展和对高精度控制的要求，步进电机在自动化控制中扮演着越来越重要的角色，区别于普通的直流电机和交流电机，步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为控制执行元件，是机电一体化的关键组成之一，广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。 本系统介绍了一种基于单片机的步进电机控制系统的设计，包括了硬件设计和软件设计两部分。其中，硬件设计包括单片机最小系统、键盘控制模块、LCD显示模块、步进电机驱动模块、位置检测模块共5个功能模块的设计。系统软件设计采用C语言编写，包括主程序、数字键处理程序、功能键处理程序、电机驱动处理程序、显示模块、位置采集模块。 本设计采用STC89C52单片机作为主控制器，4*4矩阵键盘作为输入，LCD1602液晶作为显示，ULN2003A芯片驱动步进电机。系统具有良好的操作界面，键盘输入步进电机的运行距离；步进电机能以不同的速度运行，可以在不超过最大转速内准确运行到任意设定的位置，可调性较强；显示设定的运行距离和实际运行距离；方便操作者使用。关键词：单片机步进电机液晶显示键盘驱动
Design of the Stepping Motor Control System Based on SCM Qiu Haizhao (College of Engineering, South China Agricultural University, Guangzhou 510642,China) Abstract:With the development of automatic control system and the requirements of high-precision control, stepping motor control in automation is playing an increasingly important role, different from the common DC and AC motor, stepper motor rotation angle and rotational speed can be high-precision controlled. Stepper motor as a control actuator is a key component of mechanical and electrical integration, widely used in a variety of automated control systems and precision machinery and other fields. Stepper motor is the open-loop control components changing electric pulse signals into angular displacement or linear displacement .In the case of non-overloaded, the motor speed, stop position depends only on the pulse frequency and pulse number, regardless of load changes, that is, to add a pulse motor, the motor is turned a step angle. This system introduces a design of stepper motor control system based on single chip microcomputer, including hardware design and software design in two parts. Among them, the hardware design, including single chip minimal system, keyboard control module, LCD display module, the stepper motor drive module, position detection module five functional modules. System software design using C language, including the main program, process number keys, the key of function processes, motor driver handler, the display module, position acquisition module. This design uses STC89C52 microcontroller as the main controller, 4 * 4 matrix keyboard as an input, LCD1602 LCD as a display, ULN2003A chip as stepper motor driver. System has a good user interface, keyboard input stepper motor running distance; Stepper motor can run at different speed, and run to any given position accurately in any speed without exceeding the maximum speed, with a strong adjustable ; Display the running distance and the actual running distance, which is more convenient for the operator to use. Key words: SCM stepper LCD keyboard driver
直流电机控制系统设计范本
直流电机控制系统 设计
XX大学 课程设计 （论文）题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师
沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院（系）自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日 课程设计的内容及要求： 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 （1）掌握直流电机的工作原理及编程方法。 （2）掌握直流电机驱动电路的设计方法。 （3）制定设计方案，绘制系统工作框图，给出系统电路原理图。 （4）用汇编或C语言进行程序设计与调试。 （5）完成系统硬件电路的设计。 （6）撰写一篇7000字左右的课程设计报告。
指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。
电机驱动及控制模块
电机驱动及控制模块
3.3电机驱动及控制模块 331 电机特性 —小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机, 也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的 统治地位。它具有良 图7主、从单片机小系统应用电路 好的线性调速特性，简单的控制性能， 较高的效率，优异的动态特性。系统 选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为 3-12V ，额定功率 0.02KW 额定转速 3000r/min 。 近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化， 随着计算机进入 控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关 功率元件进行脉冲调制（Pulse Width Modulation 简称PWM 控制方式已经成 为主流，这种控制方式容易在单片机控制中实现。 BE yr CAPCAP 2+ CAP + CiP I * EP Z CAP b HT-OVTl rr-xrr: T-m TDU rae.-[tfi E-C'UTL 化UT2 H 山习4 F21TF 匸曲 ~IF P22 vcc P22 m 酯T KX1WXI Pi - ? TTCZ'JPJL Pl? YT 11 T m 電 XTALi P14 nffo/pss F13 D1TLJP3J P12 JP34 P1J PLD PA 回■! P 討TCAO PM 时 ow P 禹 PIO Vcc P]1 FOCUADQ P32 POL/ADL E>JJ ! Plfl Pt3(AD3 P]5 P 】6 f ：^AD5 P17 P0*'AD6 PB7/AD7 RST Tmjpsi EX LVD^ fiZRST2 AL&FI 5 曲朗 卜⑷PJ 4 wwu TflrP34 ri 郴 PIT PM 廻p 北 F35 FiZiiP]! F24 F33 xrAi.3 P]3 j^TALL P.3L Pin tr 空【 时 LED T 级, 厂：1巧处4打"卜单怜机 VCC 鱼T Z? 1. P ■ ■ ?一 ■■ ■ ■ b w 1 ? 3 *?!>rr ? .1 L I I I I r —PF p p Lp
步进电机控制系统设计.
毕业设计论文 论文题目：基于单片机的步进电机控制电路板设计 摘要 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。 步进电机是一种能将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。 本设计是采用AT89C51单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用 4个按键来对电机的状态进行控制，并用数码管动态显示电机的转速。 系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括AT89C51单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、数码显示（SM420361K数码管）模块、测速模块（含霍尔片UGN3020）6个功能模块的设计，以及各模块在电路板上的有机结合而实现。软件设计包括键盘控制、步进电机脉冲、数码管动态显示以及转速信号采集模块的控制程序，最终实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上，对速度进行实时监控显示。软件采用在Keil软件环境下编辑
************* 第1章绪论 1.1 课题背景 当今社会，电动机在工农业生产、人们日常生活中起着十分重要的作用。步进电机是最常见的一种控制电机，在各领域中得到广泛应用。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。 随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，其优点是结构简单、运行可靠、控制方便。尤其是步距值不受电压、温度的变化的影响、误差不会长期积累的特点，给实际的应用带来了很大的方便。它广泛用于消费类产品（打印机、照相机、雕刻机）、工业控制（数控机床、工业机器人）、医疗器械等机电产品中。研究步进电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。控制核心采用C51芯片，它以其独特的低成本，小体积广受欢迎，当然其易编程也是不可多得的优点为此，本文设计了一个单片机控制步进电机的控制系统，可以实现对步进电机转动速度和转动方向的高效控制。 1.2 设计目的及系统功能 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在LED数码管上。 1
直流电机控制系统设计(1)
湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目：直流电机控制系统设计 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 2015年5 月19 日
摘要 直流电动机具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制，是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后，整个调速系统体积小，结构简单、可靠性高、操作维护方便，电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平，静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法，直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 关键词：单片机最小系统；PWM ；直流电机调速，TMS320LF2407;
前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。然而近年来，随着技术的发展和进步，以及市场对产品功能和性能的要求不断提高，直流电动机的应用更加广泛，尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要，为了能够适应发展的要求，单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机，正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高，功能的不断完善，单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面，特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点：体积小，功能全，抗干扰能力强，可靠性高，结构合理，指令丰富，控制功能强，造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以
步进电机控制系统课程设计
河北xxxxxx学院 课程设计说明 书 题目：步进电机控制系统 学院（系）： 年级专业： 学号： 学生姓名： 同组学生： 指导教师：
步进电机控制系统 设计者：xxxxx 指导老师：xxxx 1摘要： 由于步进电机自身的特点、不需要位置、速度等信号反馈，只需要脉冲发生器产生足够的脉冲数和合适的脉冲频率，就可以控制步进电机移动的距离和速度。步进电机的运转方向的控制为输入电机各绕组的通电顺序。例如，一个三相步进电机的通电顺序为：a—ab—b—bc—c—ca—a--.....，此时点击正转，若通电顺序改为：a—ac—c—cb—b—ba—a--.....时点击反转。既可以通过改变环形分配器的脉冲输出顺序，也可以通过编程改变输出脉冲的顺序，来改变输入到各绕组的通电顺序，达到控制电击方向的目的。 关键词：步进电机 PLC 步进电机驱动器 引言步进电机是一种常用的电气执行原件，一种多相或单相同步点击，在数控机床、包装机械等自动控制及检测仪表等方面得到广泛运用。随着plc的不短发展。其功能越来越强大，除了有简单的逻辑功能和顺序控制外，运算功能的加入、pid和各类高速指令、使得plc对复杂和特殊系统的控制应用更加广泛。Plc与数控技术的结合产生了各种不同类型的数控设备。 2 任务与要求 (1) 了解步进电机的原理 (2) 熟练使用PLC控制步进电机，了解步进电机驱动器原理 3 装置原理介绍 3.1控制系统功能框图 在步进电机控制系统中，首先控制步进电机使之稳步启动，然后高速运动，接近制定位置时，减速之后低速运动一段时间，在准确地停在预定的位置上，最后步进电机停留2s后，按照前进时的加速—高速—减速—低速的步骤返回到起始点，其运动状态转换过程平稳，其功能框图如图3.1所以，其简单工作过程如图3.2所示。 由于步进电机本身的结构特性决定了它要实现高速运转必须有加速过程，如果在启动时突然加载高频脉冲，电机会产生啸叫、失步甚至不能启动，在停止阶段也是这样，当高频脉冲突然降到零时，电机会产生啸叫和振动，所以在启动和停止时，都必须有一个加速和减速过程。 3.2步进电机控制系统硬件设计 由于步进电机的硬件结构特性，所以对输入的脉冲的频率有所限制，对于低频的脉冲输出时，plc可以利用定时器来完成。若要求步进电机的速度较快时，就需要用plc的高速脉冲输出指令，这时就需要在程序中设置相应的步骤来完成对步进电机的控制。 3.21 组建器材 （1）主机plc 根据系统的控制要求，采用三菱FX系统系列的plc作为控制器。（2）限位开关此系统中共用了两个限位开关：左限位开关和右限位开关。这两个限位开关的作用是控制物体的位置，防止物体超出合理的工作范围。 （3）步进电机步进电机是该系统的执行机构