步进电机的单片机控制方法探讨

n

□经验交流□能自动记录并输出最佳设计结果。

fitness(i)=

k=1

∑suite

k

(achieved)(1)

3ω(2)

1+|achieved-destination|

其中,achieved为某个染色体中的基因集合通过调用HSPICE仿真后得到的第k种电路性能指标的量值;destination为第k种电路性能设计要求的目的指标,suitek为某个染色体的第k种电路性能指标的适配度;fitness为某个染色体的整体适配ω为该目标的权值系数,通过值系数可以对某项目标的权度。

重进行初设定,有助于种群的收敛。suitek个采用分数形式可以使某一染色体的适配值有效的归一化。

suitek(achieved)=

1图4　适应度进化曲线

5　总结

本文采用Vb编程,人机交互性能良好,运行时间少,实用性强,通过调用HSPICE进行实时仿真,利用仿真结果进行遗传优化,更贴近实际电路。通过对设计目标和设计结果的比较,发现各项指标总体都满足设计目标的要求,节省了大量的人力物力,缩短了设计周期,有效的进行了模拟电路的自进化过程。但由于电路模型的局限性,使得设计方法存在一定程度的缺陷,如何根据设计目标自动设计模拟电路将是今后需要解决的问题。□

参考文献[1]毕查德.拉扎维.模拟CMOS集成电路设计[M].西安:西安

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4　设计举例

4.1　待设计电路

图2是本文将要进化的模拟电路,是无限增益多路反馈(MFB)有源滤波器,其进化的参数有C1、C2、R1、R2、R3、Ra、Rb等。设计指标有截止频率(fc),增益(|A|)。图3为程序设计平台。

4.2　设计结果

本文中的设计指标为:fc=2kHz、|A|=20dB。设计结果为:fc=21101kHz,|A|=19.5dB,过度带衰减为-38.9dB/十倍频。在程序运行完毕后,系统画出进化过程中的平均适应度函数演化曲线(图4)。从这个例子的适应度函数图上可以看出,算法具有很快的搜索能力,平均适应度迅速升高,在后期进入参数优化调整的阶段,这时变异策略起很大作用,虽然会产生适应度函数的振荡,但是在最佳个体保留的策略下,程序

作者简介:程从俊(1984-),合肥工业大学,硕士研究生。收稿日期:2009-03-13(9071)

doi:10.3969/j.issn.1671-1041.2009.04.059

步进电机的单片机控制方法探讨

杨滁光,徐德好

(安徽安利合成革股份有限公司,合肥230601)

摘要:步进电机是一种易于精确控制的电机,由于其良好的性能而受到广泛的应用,其控制方法也多种多样。介绍了SPCE061A单片机对步进电机的控制方法,并且详细介绍了单片机对步进电机控制的设计方案和软件程序设计。该系统控制精度高,可靠性和抗干扰能力强。关键词:步进电机;单片机;硬件;软件中图分类号:TH7　　文献标识码:B

YANGChu2guang,XUDe2hao

(AnhuiAnliArtificialLeatherCo.Ltd,Hefei230601,China)Abstract:Stepmotorisakindofmotorthateasytocontrol,whichis

usedwildlyforitsproperty.Therearemanywaystocontrolthestepmotor.AmethodwhichcontrolthestepmotorwithSPCE061Amicro2controllerisintroduced,andthedesignofsoftwareandhardwareisgiven.Thiscontrolsystemhashighprecision,highdependabilityandstrongantiinterfarenceability.

Applicationofsinglechipmicrocomputerin

controlofstepmotor

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EIC　Vo.l16　2009　No.4　101　

□经验交流□Keywords:stepmotor;microprogrammedcontrolunit;hardware;software

仪器仪表用户作力矩的要求编制出多条不同的升速曲线。在使用步进电机

时根据不同的工作条件由程序或者硬件控制来选择使用不同的升速曲线。这种方法属于一种更加精确的直线拟合方法,能够精确地拟合步进电机的升速曲线,最大程度发挥步进电机的性能。

本系统采用的是四相混合型步进电机,它通常有3种工作方式:

1)四相单四拍:A-B-C-D-A-……;

2)四相双四拍:AB-BC-CD-DA-AB-……;

3)四相八拍:A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-……。

以四相单四拍为例,其状态表如表1所示。“1”代表高电平,表示该数据为驱动的磁极绕组通电;“0”代表低电平,表示该数据为驱动的磁极绕组不通电。由表可见,输出端数据线上输出的是地址中的状态字,实际上也就对应着一种励磁方式,对于不同的励磁方式,地址中的状态字亦有所不同。

0　引言

步进电机是一种作为控制用的特种电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此非常适合于单片机控制。其特点是在不丢步,不超步情况下没有积累误差,所以广泛应用于各种开环控制系统。控制系统对步进电机的控制通过步进电机驱动器来完成。本设计中,步进电机用于位移测量工作台,对步进电机和整个机床的控制由SPCE061A单片机系统来完成。

1　系统的构成与硬件设计

控制系统的硬件原理图如图1所示,系统中16位单片机SPCE061A单片机与锁存器8255A并行口扩展芯片,构成功能键盘和数码管显示,完成启动、停止、显示转动的角度及角速度等功能。键盘可用于输入加工件的长度,加工个数等参数,LED用于显示当前的加工信息。利用计数器/定时器芯片8253控制延时时间,进一步控制步进电机的转速,并能实现步进电机的往复运动。由于某些加工参数非常重要,为了防止意外掉电时数据丢失,系统中使用自带电池的RAM。每次加工参数改变后程序自动将当前的加工参数及其他工作信息存入RAM。这样掉电或关机后,系统当前的加工参数可以保留,在下次开机时自动读入,无需重新输入。

图1　控制系统硬件原理图

步进电机驱动电路我们使用L298N芯片L298N构成步进

电机的驱动电路L298N可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达50V,可以直接通过电源来调节输出电压;直接用单片机的I/0口提供信号,通过单片机SPCE061A的I/OB8～I/OB13对L298N的IN1～IN4口和ENA、ENB口发送方波脉冲信号。

2　系统的软件程序设计

系统软件程序设计的主要任务是控制步进电机的启动、按顺序发出控制命令、判断步进电机是否到达极限位置、控制步进电机的转向、运行速度的变化等。2.1　用软件实现环形分配器功能

传统的步进电机控制系统主要使用脉冲发生器产生频率变化的脉冲信号;脉冲分配器根据方向控制信号将脉冲信号转换成有一定逻辑关系的环形脉冲;功率放大器将脉冲分配器输出的环形脉冲放大,用于控制步进电机的运转。在该控制系统中,用微机控制系统代替脉冲发生器和脉冲分配器,就可以根据系统需要通过软件编程的方法任意设定步进电机的转速、旋转角度、转动次数和控制步进电机的运行状态。

本系统采用查表法,根据步进电机励磁状态转换表求出所需的环形分配器的输出状态,并以二进制码的形式依次存入单片机内部的E2PROM中,只要按照地址的正向或反向顺序依次取出地址的状态字,送给输出各励磁状态,经放大电路驱动步进电机。功能查表法是一种拟合精度很高的升速曲线拟合方法,如图2所示。在编制程序之前,需要对步进电机进行多次试验和比较。利用多条直线对升速曲线进行精确拟合,并且根据步进电机的最终工作频率,升降速时间长短和工

102　　EIC　Vo.l16　2009　No.42.2　转速控制

控制步进电机的运行速度,实际上是控制系统发出时钟脉冲的频率或换相的周期,即:在升速过程中,使脉冲的输出频率逐渐增加;在减速过程中,使脉冲的输出频率逐渐减少。本设计中,脉冲信号的频率通过硬件中断来确定。可编程的硬件定时器直接对系统时钟脉冲或某一固定频率的时钟脉冲进行计数,计数值则由编程决定。当计数到预定的脉冲数时,产生中断信号,得到所需的延时时间或定时间隔。由于计数的初始值由编程决定,因而在不改动硬件的情况下,只通过程序的变化即可满足不同的定时和计数要求,因此使用很方便。本系统中采用8253定时器0,工作方式0,这种工作方式,计数器在减为零时,使输出端OUT变为高电平,向CPU发出中断申请,CPU用外部中断INT0接受中断申请后,重置定时器的初值并进入中断服务子程序,即正向运行控制程序或反向运行控制程序,向输出口送出状态表中的某一状态字,控制步进电机运动。每产生一次中断,向输出口送出一次控制指令,通过不断改变定时时间即定时器的初值,控制中断的时间,来改变状态表中状态字的频率,即改变指针查表的移动频率,实现变速控制。工作流程图如图3所示。2.3　正向、反向控制

步进电机换向时,一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内再换向,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的第一个CP脉冲前发出,如图4所示。对于CP脉冲

μs)、的设计主要要求其有一定的脉冲宽度(一般不小于5脉冲

序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速→换向→升速三个过程。对于四相单四拍这种工作方式而言,正向运动只需利用指针把状态表中的内容按照地址00H～03H的顺序依次反复送出I/O口,步进电机的各相通电顺序为A-B-C-D-,反复循环就实现步进电机的正向运动。反向运动时,送出状态表中状态字的顺序与正向运动相反,即步进电机的各相通电顺序为D-C-B-A-,实现步进电机的反向运动。将正向运行程序模块、反向运行程序模块作为中断服务程序,需要实现怎样的运动,主程序便调用相

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仪器仪表用户应的服务程序,从而实现正、反向运动的控制。

值和前景。□

参考文献

□经验交流□图3　变速控制工作流程图　　图4　换向信号起作用时刻

3　结束语

SPCE061A单片机对步进电机的控制系统,系统结构简单,构成器件少,成本低、抗干扰能力强;控制方法简单、灵活。不需改变硬件结构,通过改变EPROM中的状态字,可以方便地改变步进电机的工作方式,实现不同工作方式的转变。适当改变各位控制端,可以控制不同相数的步进电机。本控制系统速度快,控制范围宽,准确,调整方便,具有很好的应用价

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尔滨工业大学出版社,2001:20-35.

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北京:北京航空航天大学出版社,2003:17-78.

作者简介:杨滁光(1955-),男,高级工程师,研究方向:工业自动化。收稿日期:2009-02-27(9034)

doi:10.3969/j.issn.1671-1041.2009.04.060基于CC2520的无线二氧化硫传感器节点设计

李　浩

(湖南生物机电职业技术学院,长沙410126)

摘要:二氧化硫气体与雨水作用将会导致其pH值降低,从而生成酸雨,它对动植物、人体、建筑都有很强的破坏作用。本文介绍了一种以CC2520为核心射频芯片,结合MPS430系列单片机低功耗和CC2591芯片功率放大增大通信距离的优势,提出一种无线二氧化硫传感器节点软、硬件原理设计及方案实现。该节点稳定性好,通信距离远,可广泛应用于废气毒气监测环境中。

关键词:无线通信;CC2520;传感器;二氧化硫;ZigBee中图分类号:TP212.6　　文献标识码:B

的呼吸道,减弱呼吸功能,并导致呼吸道抵抗力下降,诱发呼吸

道的各种炎症,严重危害人体健康。到目前为止,70%的酸雨是由二氧化硫引起的,控制二氧化硫污染已被国家列为工业环境保护的重要任务。为降低环境中二氧化硫的排量,本文利用无线通信的技术优势,提出了一种基于ZigBee技术的无线二氧化硫传感器的设计方案,通过无线方式测量二氧化硫的浓度并及时进行相应的处理,减少其对环境的污染。

Thedesignofwirelesssulfurdioxidesensor

nodebasedontheCC2520

LIHao

(HunanBiologicalandElectromechanicalPolytechnic,Changsha410126,China)

Abstract:GasofsulfurdioxideandanactionofraincausethatitspHvaluefalls,andacidrainisformedbythat.Thereareverystrongde2structionstoanimalsandplants,alsoahumanbodyandabuildingforthat.ThisarticleintroducedonemindthattakeCC2520asthecoreradiofrequencychip,unifiestheMPS430seriesmonolithicinte2gratedcircuitlowpowerlossandtheCC2591chippoweramplificationincreasesthesignaldistance,proposedthatonekindofwirelesssul2furdioxidesensornodesoftwareandhardwareprincipledesignandtheplanrealize.Thisnodestabilityisgood,thesignaldistanceisfar,Canwidelyappliesinthewastegaspoisongasmonitorenvironment.Keywords:wirelesscommunication;CC2520;sensor;sulfurdiox2ide;ZigBee

1　传感器节点硬件方案设计

该节点主要由数据采集部分、数据处理部分、数据传输部分、电源管理等几部分构成,数据采集主要是通过无线方式采集外界二氧化硫传感器浓度;数据处理就是将采集的信号进行封装与格式转换处理;数据传输部分主要完成信号的发送与接收;电源管理部分主要是对节点工作提供稳定电流电压,整个系统功能模型框图如图1所示。

图1　节点模型结构框图

0　引言

我国二氧化硫气体排放总量居高不下,酸雨污染总体上

未能得到有效控制,局部地区加重,以细颗粒物为主的区域性大气污染和城市空气氮氧化物污染日益突出,已成为制约我国社会经济发展的重要环境因素。二氧化硫气体会刺激人们欢迎订阅欢迎撰稿欢迎发布产品广告信息

1.1　传感器采集前端

本设计从低成本、低功耗、高性能的角度出发,选用的是瑞士Membrapor公司生产SO2/CF-100型号电化学传感器。测量范围是0～100PPm。该传感器采用定电位电解传感器,在电解液中放两个电极,在电极之间加一定的电压,当被测气体扩

EIC　Vo.l16　2009　No.4　103