單片機課程設計步進電機控制

1、編號(xx大學)課程設計（論文）相關資料題目： 步進電機控制 學院 專業(yè)學 號 學生姓名 指導教師 二 年 月目錄第1章 概述2第2章 設計內(nèi)容的介紹32.1步進電機原理32.2設計目標3第3章 設計思路 具體內(nèi)容53.1設計思路53.2總體設計框圖及電路原理圖53.3單片機及其最小系統(tǒng)53.4 按鍵電路63.5 步進電機狀態(tài)顯示電路63.6 步進電機驅(qū)動電路6第四章 程序設計84.1 程序設計思路84.2程序設計流程圖84.3 主程序設計94.4 子程序設計9第五章 總結(jié)10參考文獻11第1章 概述步進電機是一種廣泛應用于工業(yè)機械的數(shù)字控制的機電執(zhí)行元件。為實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性通用性，可維護性以及

2、性價比最優(yōu)，根據(jù)系統(tǒng)功能要求及步進電機的應用環(huán)境，將系統(tǒng)功能劃分為軟硬件，從而實現(xiàn)基于8051單片機的四相步進電機的控制系統(tǒng)，包括起停，正反轉(zhuǎn)，換檔。隨著單片機技術的不斷發(fā)展，單片機在日用電子產(chǎn)品中的應用越來越廣泛，自六十年代初期以來, 步進電機的應用得到大大提高。人們用它來驅(qū)動時鐘和其他采用指針的儀器，打印機、繪圖儀、磁盤光盤驅(qū)動器、各種自動控制閥、各種工具，還有機器人等機械裝置。此外作為執(zhí)行元件，步進電機是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，它的需要量與日劇增，在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。步進電機是機電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于

3、其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機技術的迅速普及，為設計功能強、價格低的步進電機控制驅(qū)動器提供了先進的 技術和充足的資源。本文先介紹該步進電機的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動器的軟、硬件設計，最后總結(jié)整個報告。第2章 設計內(nèi)容的介紹 2.1步進電機原理步進電機在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。本文先介紹該步進電機的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動器的軟、硬件設計。該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就

4、能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。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。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2.1所示：（a） （b） （c）圖2.1 步進電機的工作方式時序圖步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機產(chǎn)生,其基本原理作用如下:(1)控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：四相步進電機的單四拍工作方式，其各相通電順序為a-b-c-d-a,通電控制脈沖必須嚴格按照這一

5、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如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖，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。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調(diào)速。2.2設計目標（1）用1個led指示燈顯示啟動和停止，亮時啟動；（2）1個led指示燈顯示正反轉(zhuǎn),亮時正轉(zhuǎn)；（3）3個led指示燈分別顯示低速中速高速，一個啟停開關控制啟動和停止，一個正反轉(zhuǎn)開關控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；（4）一個加按鈕，增加速度，最大加到高速；（5）一個減按鈕，減小速

6、度，最小減到低速；（6）整個步進電機控制程序要求用c語言編寫。 第3章 設計思路與具體內(nèi)容 3.1設計思路本系統(tǒng)主要由按鍵電路、單片機最小系統(tǒng)、at89s51單片機、步進電機狀態(tài)顯示電路、驅(qū)動電路以及步進電機等幾部分組成。本系統(tǒng)采用兩個獨立開關兩個獨立按鈕，分別進行啟動、停止、正反轉(zhuǎn)以及加減速的控制。驅(qū)動電路采用分離元件組成，采用光耦進行信號隔離，利用三極管的開關作用實現(xiàn)步進電機的驅(qū)動。步進電機的供電采用獨立5v供電。顯示電路采用五個發(fā)光二極管，一個顯示步進電機的啟?？刂啤⒁粋€顯示步進電機的正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。另外三個用于顯示步進電機速度的快中慢三檔速度。3.2總體設計框圖及電路原理圖總體設計框圖如

7、圖3.1所示。圖3.1 總體設計框圖 電路原理圖如圖3.1.1所示。 圖3.1.1 電路原理圖3.3單片機及其最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)主要是為了單片機的正常工作。51單片機是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，它采用cmos和高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與mcs-51兼容；片內(nèi)的flash rom允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程器來編程，內(nèi)部除cpu外，還包括256字節(jié)ram，4k字節(jié)的rom,4個8位并行i/o口，5個中斷源，2個中斷優(yōu)先級，2個16位可編程定時計數(shù)器。89s51單片機是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，且支持在線編程，完全滿足本系統(tǒng)設計需

8、要。單片機最小系統(tǒng)包括單片機和復位電路，振蕩電路。3.4 按鍵電路采用2個按鍵2個按鈕來控制步進電機的6種狀態(tài)，即“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“加速”、“減速”、“啟動”和“停止”。當按下其中一個按鍵時，電源通過上拉電阻和按鍵到地形成通路，使相應輸入管腳接地，即給單片機送入一個低電平，此低電平即為有效電平。按鍵電路如圖3.2所示。圖3.2 按鍵電路 3.5 步進電機狀態(tài)顯示電路狀態(tài)指示采用發(fā)光二極管，“亮”、“不亮”分別表示步進電機的“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”和“啟動”狀態(tài)。限流電阻選擇220的電阻。采用另外3個發(fā)光二極管來顯示步進電機的檔數(shù)，分別顯示步進電機速度的快慢。3.6 步進電機驅(qū)動電路步進

9、電機的驅(qū)動電路如圖3.3所示，驅(qū)動電路采用光耦進行電氣隔離和信號傳輸。采用三極管進行驅(qū)動，圖中二極管起保護作用。圖3.3 步進電機的驅(qū)動電路第四章 程序設計 4.1 程序設計思路根據(jù)單片機外圍電路的設計，單片機的p32、p33、p34、p35為按鍵輸入。p0、p2口為led輸出顯示。51單片機采用t0進行定時掃描鍵盤子程序，主程序根據(jù)鍵盤掃描的結(jié)果進行相應的操作。步進電機的正反轉(zhuǎn)利用給步進電機送入與原來相反的脈沖即可，步進電機的加減速控制是主要控制步進電機送脈沖的時間。4.2程序設計流程圖程序流程圖如圖4.1所示。圖4.1 程序流程圖4.3 主程序設計 #include #define uin

10、t unsigned int sbit k1=p34; /啟動開關sbit k2=p35; /換向開關sbit s2=p32; /加速按鈕sbit s3=p33; /減速按鈕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 總結(jié) 通過這次的單片機步進電機的設計實驗，我進一步了解并掌握了單片機實驗的運用。第一天下午由于一開始做的是采用中斷，在老師要求我們改進不用中斷的情況下，第一天沒能改進好。第二天一大早又去那邊改程序，因為第一天回家又把步進電機的原理及程序又看了一遍，所以在機子上很快調(diào)出來了，很興奮。當然在設計中，也碰到了各種不同的問題，有的簡單到只是字母打錯了，或者括號沒對齊。在整個實驗過程中，我學習到了課本上學不到的知識-在理論基礎上的動手實踐能力。這為我們以后的學習生活打下了堅實的基礎。參考文獻 1閻