基于pic两轴定位控制系统设计和实现

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1、基于PIC两轴定位控制系统设计和实现　　摘要：文章主要研究基于单片机的两轴步进电机定位控制系统的设计，实现基于PIC16F877A单片机的最小控制系统并以步进电机为执行机构的位置控制，通过键盘输入有效行程与液晶屏显示，实现两个步进电机沿着X、Y轴运行至所设定的目标位置，并尽量避免步进电机的失步现象。Abstract：ThepapermainlyintroducesthetwoaxissteppingmotorcontrolsystemdesignwhichisbasedonSCM.ThedesignmainlytakesPIC16F877Ato

2、buildthecontrolsystemandalsorealizethepositioncontrolbymeansoftheLCDscreenandkeyboardinputingeffectivetrack，tomaketwostepmotormovealongtheX，Yaxistoreachthepositionfixinadvance，andtrytoavoidthephenomenonofstepmotor’sout-of-step.关键词：PIC16F877A；两轴位置控制；步进电机；L298N；LCD1602Keywords

3、：PIC16F877A；two-axispositioncontrol；steppermotor；L298N；LCD1602中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1006-4311（2013）14-0057-0260引言双坐标定位工作台是由滚珠丝杠和滚动导轨传动构成，具有效率高、精度高、磨损小、寿命长、摩擦系数小、节能低耗、通用性强、结构紧凑等特点，广泛应用于激光焊接、激光切割、搬运、机床改造、机械手和实用教学等领域[1]。它可以用直流伺服电机、交流伺服电机、步进电机驱动。步进电机受脉冲控制，给电机一个脉冲，电机就转动一个角度。步进电机控

4、制双坐标定位工作台具有精度高、控制方式简单、成本低等优点[1]。1系统工作方式及控制方案确定本设计采用两相混合式步进电机，当电流流过步进电机定子绕组时，定子绕组就会产生矢量磁场，转子在此矢量磁场的作用下旋转一定的角度，使转子的磁场方向与定子的磁场方向一致，即给步进电机一个脉冲时，电机就会转动一个角度，电机带动负载就会向前运行一定位置[2]，因此，步进电机的速度受给定脉冲的频率控制，位置受给定脉冲量控制，正反转受给定的绕组顺序控制。步进电机采用八拍工作方式，如表1所示，即将单四拍和双八拍结合起来交替通电运行。介于基于电子电路控制全靠电子元器件来实

5、现，仅能实现一般的细分任务，而且PLC受到扫描周期的影响，脉冲信号的频率只能达到几百赫兹，难以实现步进电机高速控制。2系统软件设计6根据设计要求，结合MPLAB-ICD软件，完成项目建立、源程序设计、软件仿真和在线系统调试[3][4]。由于一个步进电机需要有四路输出PWM波，要控制两个步进电机就需要八路PWM波，因此并没有直接选择PIC16F877A的RC1和RC2产生PWM波，而是采用I/O端口输出高低电平，进而达到输出PWM波的效果，其输出高电平的时间由定时器确定。2.1键盘扫描与并行显示设计采用“行反转扫描法”通过4×4矩阵式键盘的读取数

6、据，在本设计中RA0-RA3接列线，RA4-RA5和RE0-RE1接行线。扫描只说明了某个按键动作，但是想将此按键的功能实现就需要在程序中进行说明，将输入数字的按键转换为相应的字符，就需要在程序中定义一个函数。LCD1602的屏幕、光标的操作和读写操作都是用指令编程来实现[6]。2.2延时模块本设计是通过I/O端口产生的PWM波，即采用定时延时法，让I/O在一段时间内间隔输出高电平、低电平。PIC16F877A有3个定时器，采用具有启停开关的TMR1作为定时器，即定时器计数到达峰值时就会产生中断信号，主程序停止执行，程序进入中断程序，在中断中改

7、变输出的下一脉冲。2.3中断模块6在初始化程序中，将对应中断源的标志位全部清0，当计算到达FFFFH时中断条件满足，相关中断标志位将无条件置位，而与该中断源无关。此时程序进入中断程序，主程序的执行被中断，在中断将标志位清0之后，需要将TMR1的初始值重新赋值，此时必须和开始一样，在本设计中中断还加入了步进电机换相的程序，还有脉冲的最大值设置。2.4驱动模块通过单片机编程可以将输入的数字显示在显示屏上，并能对步进电机的正、反转、速度进行设置，然后需要将输入的参数转换对步进电机的控制程序。在程序中采用‘qidong’函数，其中将输入的X、Y轴的距离

8、根据公式—‘（输入距离）×400/4.81’计算数值转换为脉冲。脉冲只能输入整数，故此脉冲必须为整数，进而存在了一定的误差。然后就是正反转的转换，X、