電子信息科學與技術(shù)專業(yè)畢業(yè)論文12474

1、基于protues的步進電機控制系統(tǒng)設(shè)計（陜西理工學院物電學院電子信息科學與技術(shù)專業(yè)電信103班，陜西漢中 723000）指導(dǎo)教師：宋衛(wèi)星摘要 設(shè)計了一種步進電機控制系統(tǒng)，使用c51單片機控制4相步進電機，由單片機產(chǎn)生驅(qū)動脈沖信號，通過鍵盤設(shè)定步進電機的步進方向和步進速度，在液晶顯示器上顯示步進角度，步進方向和速度，并通過仿真軟件protues對系統(tǒng)做仿真和測試。整個系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡單，可靠。關(guān)鍵詞 單片機；步進電機；轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向控制based on protues stepping motor control system designli zhe（grade10,class3,ma

2、jor electronic information science and technology,physics dept.,shaanxi university of technology,hanzhong 723000,shaanxi）tutor:song weixingabstract : designed a kind of stepping motor control system, the use of c51 control 4 phase stepping motor, the single-chip microcomputer generate a driving puls

3、e signal, through the keyboard settings stepping motors stepping direction and step speed, in the liquid crystal display display step angle, stepping direction and speed, and through the simulation software of system protues simulation and test. this system uses modular design, simple structure, rel

4、iable.key words : scm; stepping motor; speed; steering control 目錄引言11設(shè)計電源12.四項步進電機12.1步進電機12.2步進電機的控制12.3步進電機的工作過程13電路圖設(shè)計23.1at89c52的概述23.2最小系統(tǒng)23.3復(fù)位電路23.4控制電路33.5電機驅(qū)動電路34程序設(shè)計34.1 主程序框圖34.2 步進電機速度控制程序框圖44.3 控制開關(guān)輸入程序框圖55結(jié)束語6參考文獻7附錄a 源程序8附錄b10引言 通過控制at89c52芯片，實現(xiàn)對四相步進電機的轉(zhuǎn)動控制。具體功能主要是控制電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速與減速。具體工作

5、過程是：給作品通電后，步進電機按照預(yù)先設(shè)置的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方式轉(zhuǎn)動。調(diào)整正反轉(zhuǎn)按鈕，步進電機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換；按下加速開關(guān)，步進電機轉(zhuǎn)速加快；按下減速開關(guān)時，電機轉(zhuǎn)速減慢。實現(xiàn)設(shè)計具體用到的儀器：at89c52芯片、開關(guān)單元、四項步進電機等。實現(xiàn)設(shè)計具體電路單元有：單片機最小系統(tǒng)、步進電機連接電路、開關(guān)連接電路1。1設(shè)計電源at89c51單片機需要的電源是5v直流電源，我們所用的電是220v50hz，這要需要交流電源220v轉(zhuǎn)換5v直流電源，利用變壓器的原理220v進行降壓，單片機控制系統(tǒng)以及外圍芯片供電采用7805系列三端穩(wěn)壓器件，通過全波整流，然后進行濾波，然后進行濾波穩(wěn)壓，使用電容濾去交流，電

6、路如圖1.1所示。 圖1.1 電源設(shè)計圖2 四項步進電機2.1步進電機步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角2。2.2步進電機的控制(1)換相順序控制： 通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：混合式步進電機的工作方式，其各相通電順序為a-b-c-d,通電控制脈沖必須嚴格按照這一順序分別控制a,b,c，d相的通斷。(2)控制步進電機的轉(zhuǎn)向控制:如果給定工作方式正序換相通電，步進電機正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進電機的速度控制:如果給步進電機發(fā)一個控

7、制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉(zhuǎn)得越快3。2.3步進電機的工作過程 開關(guān)sb接通電源，sa、sc、sd斷開，b相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和c、d相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和d、a相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當開關(guān)sc接通電源，sb、sa、sd斷開時，由于c相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和c相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和a、b相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和a、d相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，a、b、c、d四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著a、b、c、d方向轉(zhuǎn)動,如圖2.3(a)所示。圖2.1

8、 步進電機工作原理圖 四相步進電機按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度4。 單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.2所示： a.單四拍 b. 雙四拍 c.八拍圖2.2 步進電機工作時序波形圖對步進電機四個繞組依次實現(xiàn)如下方式的循環(huán)通電控制：單四拍運行：正轉(zhuǎn)a-b-c-d；反轉(zhuǎn)d-c-b-a；雙四拍運行：正轉(zhuǎn)ab-bc-cd-da；反轉(zhuǎn)dc-cb-ba-ad；四相八拍運行：正轉(zhuǎn)a-ab-b-bc-c

9、-cd-d-da。 本設(shè)計使用的是四相八拍控制5。3電路圖設(shè)計3.1 at89c52的概述at89s52單片機是atmel公司推出的高檔型at89s系列單片機中的增強型產(chǎn)品。關(guān)于其功能原理及其應(yīng)用不再贅述。這里只介紹本設(shè)計用到的端口和功能6。p1口：用戶使用的通用i/o口，8位準雙向，編程和校驗時，可做為高8位地址線；p1.0和p1.1引腳另有第二功能。p3口：8位準雙向i/o口。rst:復(fù)位信號輸入端，高電平有效。ea：訪問芯片內(nèi)部和芯片外部程序存儲器的選擇信號。xtal1,xtal2:芯片內(nèi)振蕩器反相放大器的輸出端和輸入端7。3.2最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，就是用最少的元

10、件組成的單片機可以工作的系統(tǒng)，對 52系列單片機來說，最小系統(tǒng)一般應(yīng)該包括：單片機、復(fù)位電路、晶振電路8。3.3復(fù)位電路復(fù)位電路采用手動復(fù)位和上電自動復(fù)位。上電自動復(fù)位：在單片機上電的瞬間，rc電路充電，由于電容上電電壓不能突變，所以rst引腳出現(xiàn)高電平，rst引腳出現(xiàn)的高電平將會隨著對電容c的充電過程而逐漸回落9。手動復(fù)位：當按下復(fù)位按鈕時，rst出現(xiàn)高電平，實現(xiàn)復(fù)位。如圖3.3所示。圖3.1 復(fù)位電路3.4控制電路開關(guān)和p3口相連，開關(guān)1、2、3、4來控制電機的正反轉(zhuǎn)，速度的加減。如圖3.4所示。圖3.2 控制電路3.5電機驅(qū)動電路將步進電機的a、b、c、d通過l297和l298接到89c

11、51管腳上，如圖3.5所示。 圖3.3 電機驅(qū)動電路 4程序設(shè)計4.1 主程序框圖系統(tǒng)分為電機正轉(zhuǎn)、電機反轉(zhuǎn)、電機加速、電機減速這幾個部分組成，其主程序框圖如圖4.1所示10。聲明定義定時器初始化函數(shù)設(shè)置定時器工作方式啟動定時器 初始化所有存儲單元調(diào)用按鍵子程序聲明定義按鍵處理函數(shù)電機加速電機減速電機正轉(zhuǎn)電機反轉(zhuǎn)調(diào)用定時器函數(shù)程序等待開始中斷響應(yīng)圖4.1 主程序流程圖4.2 步進電機速度控制程序框圖開始延時有外部中斷?使用update等待正轉(zhuǎn)部分: 送p4口不同的值，從而改變電機電源的相序，是電機正轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1,0xf9。流

12、程圖如圖4.2（a）所示11。圖4.2(a) 電機正轉(zhuǎn)流程圖反轉(zhuǎn)部分:送p3.5口不同的值，從而改變電機電源的相序，是電機反轉(zhuǎn)，數(shù)值分別為0xf9,0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8。流程圖如圖4.2(b)所示。開始延時有外部中斷?down date等待 圖4.2(b) 電機反轉(zhuǎn)流程圖加速部分: 當電機處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時候，按下加速開關(guān)，調(diào)用加速程序，是電機每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變短，從而實現(xiàn)電機的加速，流程圖如圖4.2（c）所示。開始延時有外部中斷?速度增加等待圖4.2(c) 電機加速流程圖 開始延時有外部中斷?速度減小等待減速部分: 當電機處于正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)的時

13、候，按下減速開關(guān)，調(diào)用加速程序，是電機每轉(zhuǎn)動一部的延時時間變長，從而實現(xiàn)電機的減速，流程圖如圖4.2（d）所示。 圖4.2（d） 電機減速流程圖4.3 控制開關(guān)輸入程序框圖用于判斷p3.1、p3.2、p3.3、p3.4，如圖4.3所示。 調(diào)用按鍵子程序p3.1？電機正轉(zhuǎn)電機加速電機減速電機反轉(zhuǎn)p3.1？p3.1？p3.1？圖4.3 控制開關(guān)輸入流程圖5結(jié)束語經(jīng)過了為期三個星期的課程設(shè)計，終于基本完成了，期間參考了網(wǎng)上相 關(guān)資料，上屆師兄師姐的課程設(shè)計論文，以及查閱了相關(guān)設(shè)計原理圖，這期間最大的感受，就是做好課程設(shè)計，不僅要細心，更要有耐心，而且富有責任心。細心能避免自己的錯誤，而需要大量重新計

14、算，浪費精力和時間。耐心就是得堅持 做下去，一步一步做下去，雖然還有好些問題不大懂，理解不透，但是自己堅持 下來了，就是最大的勝利而在課程設(shè)計期間，使我對proteus和kile這兩個軟件的使用更加熟悉，這也為我們以后畢 業(yè)設(shè)計打下基礎(chǔ)。在設(shè)計中，對于其中過程的步驟該如何進行的考慮，鍛煉我們 處理事情的能力。同時在這次設(shè)計，我也學到了做事情要一步一個腳印，細心處理每個數(shù)據(jù)，這樣才可以順利地完成設(shè)計作為一名電信專業(yè)的學生，希望多學點這方面的知識，或許設(shè)計方面不是很 在行，但原理，設(shè)計方向有一定的認識對將來還是比較好的。總之，通過這次 課程設(shè)計，自己還是有收獲的，希望自己以后做任何事都要有這態(tài)度。

15、參考文獻1 肖景和.555集成電路應(yīng)用精粹m.北京:人民郵電出版社,2007,9:1,3-12.2 余孟嘗.數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程(第二版)m.北京:高等教育出版社,1999:268-341,371-390.3 趙負圖.數(shù)字邏輯集成電路手冊m.北京:化學出版社,2004.11:268-278,550-553.4 閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京:高等教育出版社,2003.2:19-58.5 宋衛(wèi)星.計算機彩色顯示器信號源j.現(xiàn)代電子技術(shù),2006,(5):122-129.6 任典毅.最新顯示器電路原理與維修技術(shù)m.北京:電子工業(yè)出版社,2001.2:14-40.7 marcus nadenau

16、.integration of human colour vision models high quality image compression d.signal processing laboratory,swiss federal institute of technology,switzerland,2000.8 guihua cui,m. r. luo, b. rigg et a1.colour-differnce evaluationr using crt colours.part i:date gathering and testing colour differenc form

17、ulaej.col.res.appl., 2001.9 陳有卿,葉桂娟.555時基電路原理、設(shè)計與應(yīng)用m.北京:電子工業(yè)出版社,2007,9:1-18.10 黃曉春.555定時器原理及應(yīng)用j.電子制作,1997,(1):21.11 宋衛(wèi)星,孫彥清.微機彩色顯示器與彩色電視機的差異j.高校學術(shù)研究論文選,1998,4:519-523.附錄a 源程序/#include #include #include #include #define uint unsigned int#define uchar unsigned char/正轉(zhuǎn)值#define right_run 1/反轉(zhuǎn)值#define le

18、ft_run 0#define rs p2_0#define rw p2_1#define e p2_2uchar speedchar=speed(n/min):;uchar statechar=state:;uchar anglechar=al:0.9;uchar state_cw=cw ;uchar state_ccw=ccw;uchar speed3=050;uint runspeed=50;/速度uchar runstate=right_run; /運行狀態(tài)uchar flag=0;/=void dospeed() speed0=(runspeed/100)+0; speed1=runspeed%100/10+0; speed2=runspeed%10+0;/=void init()/*定時器設(shè)置*/tmod=0x66; /定時器0，1都為計數(shù)方式；方式2；ea=1;/開中斷th0=0xff;/定時器0初值ffh；tl0=0xff;et0=1;tr0=1;th1=0xff;/定時器1初值ffh；tl1=0xff;et1=1;tr1=1;it0=1;/脈沖方式ex0=1;/開外部中斷0:加速it1=1;/脈沖方式ex1=1;/開外部中斷1:減速 /中斷0:加速程序void speedup() interrupt 0 usi