单片机课程设计步进电机控制.doc

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1、编号(xx大学)课程设计（论文）相关资料题目： 步进电机控制 学院 专业学 号 学生姓名 指导教师 二 年 月目录第1章 概述2第2章 设计内容的介绍32.1步进电机原理32.2设计目标3第3章 设计思路 具体内容53.1设计思路53.2总体设计框图及电路原理图53.3单片机及其最小系统53.4 按键电路63.5 步进电机状态显示电路63.6 步进电机驱动电路6第四章 程序设计84.1 程序设计思路84.2程序设计流程图84.3 主程序设计94.4 子程序设计9第五章 总结10参考文献11第1章 概述步进电机是一种广泛应用于工业机械的数字控制的机电执行元件。为实现系统可靠性通用性，可维护性以及

2、性价比最优，根据系统功能要求及步进电机的应用环境，将系统功能划分为软硬件，从而实现基于8051单片机的四相步进电机的控制系统，包括起停，正反转，换档。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大大提高。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，它的需要量与日剧增，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

3、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。本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计，最后总结整个报告。第2章 设计内容的介绍 2.1步进电机原理步进电机在控制系统中具有广泛的应用。它可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用作电磁制动轮、电磁差分器、或角位移发生器等。本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就

4、能使步进电机步进转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.1所示：（a） （b） （c）图2.1 步进电机的工作方式时序图步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生,其基本原理作用如下:(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：四相步进电机的单四拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D-A,通电控制脉冲必须严格按照这一

5、顺序分别控制A,B,C，D相的通断。(2)控制步进电机的转向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。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。2.2设计目标（1）用1个LED指示灯显示启动和停止，亮时启动；（2）1个LED指示灯显示正反转,亮时正转；（3）3个LED指示灯分别显示低速中速高速，一个启停开关控制启动和停止，一个正反转开关控制正转和反转；（4）一个加按钮，增加速度，最大加到高速；（5）一个减按钮，减小速

6、度，最小减到低速；（6）整个步进电机控制程序要求用C语言编写。 第3章 设计思路与具体内容 3.1设计思路本系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机状态显示电路、驱动电路以及步进电机等几部分组成。本系统采用两个独立开关两个独立按钮，分别进行启动、停止、正反转以及加减速的控制。驱动电路采用分离元件组成，采用光耦进行信号隔离，利用三极管的开关作用实现步进电机的驱动。步进电机的供电采用独立5V供电。显示电路采用五个发光二极管，一个显示步进电机的启停控制、一个显示步进电机的正反转的状态。另外三个用于显示步进电机速度的快中慢三档速度。3.2总体设计框图及电路原理图总体设计框图如

7、图3.1所示。图3.1 总体设计框图 电路原理图如图3.1.1所示。 图3.1.1 电路原理图3.3单片机及其最小系统最小系统主要是为了单片机的正常工作。51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，它采用CMOS和高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容；片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性编程器来编程，内部除CPU外，还包括256字节RAM，4K字节的ROM,4个8位并行I/O口，5个中断源，2个中断优先级，2个16位可编程定时计数器。89S51单片机是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，且支持在线编程，完全满足本系统设计需

8、要。单片机最小系统包括单片机和复位电路，振荡电路。3.4 按键电路采用2个按键2个按钮来控制步进电机的6种状态，即“正转”、“反转”、“加速”、“减速”、“启动”和“停止”。当按下其中一个按键时，电源通过上拉电阻和按键到地形成通路，使相应输入管脚接地，即给单片机送入一个低电平，此低电平即为有效电平。按键电路如图3.2所示。图3.2 按键电路 3.5 步进电机状态显示电路状态指示采用发光二极管，“亮”、“不亮”分别表示步进电机的“正转”、“反转”、“停止”和“启动”状态。限流电阻选择220的电阻。采用另外3个发光二极管来显示步进电机的档数，分别显示步进电机速度的快慢。3.6 步进电机驱动电路步进

9、电机的驱动电路如图3.3所示，驱动电路采用光耦进行电气隔离和信号传输。采用三极管进行驱动，图中二极管起保护作用。图3.3 步进电机的驱动电路第四章 程序设计 4.1 程序设计思路根据单片机外围电路的设计，单片机的P32、P33、P34、P35为按键输入。P0、P2口为LED输出显示。51单片机采用T0进行定时扫描键盘子程序，主程序根据键盘扫描的结果进行相应的操作。步进电机的正反转利用给步进电机送入与原来相反的脉冲即可，步进电机的加减速控制是主要控制步进电机送脉冲的时间。4.2程序设计流程图程序流程图如图4.1所示。图4.1 程序流程图4.3 主程序设计 #include #define uin

10、t unsigned int sbit k1=P34; /启动开关sbit k2=P35; /换向开关sbit s2=P32; /加速按钮sbit s3=P33; /减速按钮unit speed,count,r1,i,t,k;main()k=0; t=0; r1=0x11 ; speed=0; count=1; TMOD=0x01; ET0=1; EA=1; EX0=1; EX1=1; TH0=0xcf; TL0=0x2c; if（s2=0) if(speed3)speed=speed+1;for(i=0;i0)speed=speed-1;for(i=0;i0)t=t-1;if(k2=0)if

11、(t=0)switch(k)case 0:P1=0x01;break;case 1:P1=0x02;break;case 2:P1=0x04;break;case 3:P1=0x08;break;default :break;k=k+1;if(k=4)k=0;else if(t=0)switch(k)case 0:P1=0x08;break;case 1:P1=0x04;break;case 2:P1=0x02;break;case 3:P1=0x01;break;default :break;k=k+1;if(k=4)k=0;for(;)if(k1=0)P0=0xff;P2=0xff;spe

12、ed=0;TR0=0;else if(k2=0)P0=0xfc;else P0=0xfe;if(speed=0)P2=0xff;TR0=0;else TR0=1;第五章 总结 通过这次的单片机步进电机的设计实验，我进一步了解并掌握了单片机实验的运用。第一天下午由于一开始做的是采用中断，在老师要求我们改进不用中断的情况下，第一天没能改进好。第二天一大早又去那边改程序，因为第一天回家又把步进电机的原理及程序又看了一遍，所以在机子上很快调出来了，很兴奋。当然在设计中，也碰到了各种不同的问题，有的简单到只是字母打错了，或者括号没对齐。在整个实验过程中，我学习到了课本上学不到的知识-在理论基础上的动手实践能力。这为我们以后的学习生活打下了坚实的基础。参考文献 1阎石.数字电子技术基础M（第三版）. 北京：高等教育出版社，20082丁元杰著.单片微机原理及应用M.机械工业出版社，2010年1月3朱承高.电工及电子技术手册M.北京：高等教育出版社，20054 华成英 童诗白.模拟电子技术基础M（第三版）. 北京：高等教育出版社，20085 李秀霞PROTEL dxp2004 电路设计与仿真教程M.北京：北京航空航天大学出版社，2007年11月