基于MCGS的51系列单片机控制步进电机的设计

基于MCGS的51系列单片机控制步进电机的 摘要:介绍了MCGS组态软件和80C51单片机的特点。并以基于80C51单片机设计的步进电机控制系统为例,详细阐述了开发基于MCGS的80C51单片机驱动程序的方法和步骤,并简单介绍了80C51的程序设计,最后给出了测试情况。在实际应用中取得了良好效果。 关键词:MCGS;单片机;步进电机 1 引言 步进电机是实现电脉冲信号与角位移或线位移转换的 开环控制电机原件。在非超负荷的情况下,电机的转速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。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号时,它就驱动步进电机按设定的方向转过一个固定的角度,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;同时可以通过控制输入脉冲的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。 步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是 为步进电机分时供电的,多相时序控制器。 2 系统总体方案 本设计将系统分为上位机和下位机两部分以实现预期 的控制效果。下位机部分是以89C51单片机为主要控制核心,步进电机驱动电路为外设的控制系统,通过对单片机进行编程实现电机的启停、正反转和调试。上位机监控系统使用MCGS组态软件开发,用户可以通过可视化见面对步进电机进行控制,本系统拥有操作简单,易于上手的特点。虽然MCGS本身提供了大量设备的驱动程序,但是对于特殊设备仍然没有固定的程序模块。因此,开发者可以利用MCGS提供的可扩充接口规范和开发工具包来开发自己需要的设备 驱动构件。实现上位机中MCGS与单片机进行通讯。 (1)最小系统。89C51单片机最小系统,就是使单片机正常运行的最低配置:它有一系列模块组成。包括复位模块、振荡模块、电源模块。 复位模块:当引脚9出现2个机器周期以上高电平时,单片机复位,程序从头开始运行。 振荡模块:有振荡器电路产生频率等于晶振频率,这时用的是外界晶振。也可以又外部单独输入,此时XTAL2脚接地,时钟信号由XTAL1输入。 电源系统:VCC和GND引脚,供电电压4--5.5V。 (2)步进电机驱动电路。通过ULN2803构成驱动电路, 电路图如下图所示。通过单片机的P1.0~P1.3输出脉冲到ULN2803的1B~4B口,经信号放大后从1C~4C口分别输出到电机的A、B、C、D相 (3)显示电路。电机的控制可分为正反转、加速、减速。其中电机的转速又分为六个等级,为了能够反映电机的转速和运行状态,这里设计了系统的显示电路用来反映其工作状态。利用单片机的P0口来连接1602液晶显示屏。 3 软件设计 (1)上位机程序。MCGS是由昆仑通泰开发的一套基于Windows平台的、为工业过程控制和实时监测服务全中文界面组态软件系统。它本身集成了大量现场设备的驱动模块,但实际现场设备多样性,因此开发必要的专业驱动是有必要的。本文基于MCGS软件开发了上位机控制程序。(2)下位机驱动。下位机程序主要由接口驱动程序模块、步进电机驱动程序模块、显示器程序模块组成。其中步进电机驱动程序和显示器程序比较容易完成,主要完成接口驱动的开发,实现上位机与单片机之间的通讯。 4 测试结果 下位单片机与上位机之间的数据交换采用串口232实现,为了提高数据通讯的实时性,单片机接收/发送数据采用中断方式;单片机晶振频率选11.0592MH, THl=FDH,实现9600bps波特率的传输速度,达到波特 率误差率为0的目的,提高异步传输的可靠性。 5 结束语 本系统采用上下两层式结构体系,上层监控层基于MCGS组态软件平台开发,操作界面交互性好,可以直观地实现对现场运行的步进电机的远程控制。下层现场以89C51单片机为控制器实现对步进电机的启停、转向及调速的控制。由于MCGS没有提供对自主开发的单片机应用系统的设备驱动程序的支持,作者严格遵循MCGS的设备驱动程序的接口规范开发基于51单片机驱动构件,采用ModBus通讯协议实现设备之间的通讯。实际的挂接测试明,现场控制层与MCGS之间数据交互及时可靠。 参考文献: [1]葛伟亮.自动控制元件[M].北京:北京理工太学出版社,2004 [2]孟武胜.李亮基于AT89C52单片机的步进电机控制系统设计[J].捆控技术,2006,25(11):45. [3]邱小文.汪仁和基于MCGS组态软件的设备驱动开发[J].露天采矿技术,2007(05):5i, [4] 潘洪跃.基于MODBUS 协议通信的设计与实现[J].计量技术,2002,24(04):35-36. [5]北京昆仑通泰自动化软件科技有限公司MCGS参考[Z].2006.