基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制課程設(shè)計及論文

1、基于單片機(jī)和Proteus的步進(jìn)電機(jī)控制 專 業(yè):機(jī)械工程 班 級:研1610班 姓 名:王 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 日 期：2017年1月2日 0.前言1 1. 電路基本理論1 2. 方案設(shè)計2 3. 硬件電路的工作原理2 3.1步進(jìn)電機(jī)模塊3 3.2控制模塊3 3.3 LCD顯示模塊4 4. 軟件編程4 4.1 程序流程圖4 4.2 MCS-51單片機(jī)引腳功能 5 4.3源程序6 5. 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析9 5.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)運行9 5.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)運行10 5.3電機(jī)停止轉(zhuǎn)動 10 6. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想11 參考文獻(xiàn)12 基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制 基于單片機(jī)和proteus

2、的步進(jìn)電機(jī)控制 摘要：單片機(jī)以其較小的體積、低成本、高可靠性、高附加值等優(yōu)點實現(xiàn)了過去一個很復(fù) 雜的電路所能實現(xiàn)的功能，因而被廣泛的應(yīng)用，也取代了經(jīng)典的控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)是一 種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，可通過控制脈沖數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確 的定位目的，也可通過控制脈沖的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度；本文通過proteus的 單片機(jī)仿真來實現(xiàn)其功能，并且能夠在仿真中看見十分近似于真實的結(jié)果。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；proteus；步進(jìn)電機(jī) 0.刖言 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，通俗一點講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收 到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度

3、?？赏ㄟ^控制脈沖 數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確的定位目的，也可通過控制脈沖的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn) 速和加速度；從而達(dá)到調(diào)速的目的。 本文通過對步進(jìn)電機(jī)的軟件設(shè)計和硬件設(shè)計包括步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，根據(jù) 原理和硬件的設(shè)計利用c語言編寫程序，經(jīng)過反復(fù)運行和調(diào)試，實現(xiàn)單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的 控制。 1. 電路基本理論 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它 的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信 號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈 沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控

4、制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量， 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電 機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。控制步進(jìn)電機(jī)的速度，即給步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī) 就轉(zhuǎn)得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目 的。 2. 方案設(shè)計 基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制電路的基本組成如圖 1所示 控制臺 單片機(jī) 步進(jìn)電機(jī) LED顯示器 圖1基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制電路的原理框圖 根據(jù)設(shè)計要求，采用的方案如下。硬件部分實現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動和速度顯

5、示功能，包括控制 開關(guān)模塊；電機(jī)轉(zhuǎn)動模塊和速度顯示模塊。軟件部分實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制功能，主要設(shè) 計思想通過控制臺控制程序的開關(guān)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，由電機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)控 制顯示器顯示數(shù)據(jù).。 3. 硬件電路的工作原理 3.1步進(jìn)電機(jī)模塊（如圖2所示） 16 15 0U1C2C3C4C9C6CTCSC C 1B即3BIB別6B7B sbit P1_0=P1A0； sbit P3_0=P3A 0 加速 sbit P3_l= P3A1 減速 sbit P3_5=P3A5正 sbit P3_6=P3A6 反 sbit P3_7=P3A7 停止 uc Flag; uc code fan=0 x0

6、1,0 x03,0 x02,0 x06,0 x04,0 x0c,0 x08, 0 x09; uc code zheng=0 x09, 0 x08,0 x0c,0 x04,0 x06,0 x02,0 x03,0 x01; ui speed=1000,time; void delay(ui t) while(t-); void xia nshi(uc f) / 顯示轉(zhuǎn)向 P1_0=0;P0=f; delay(5); void Speedup()/加速 time=speed; time=time-100; if(time2000) time=2000; void main() uc i; EX仁1;

7、/外部中斷1開 IT仁1;/邊沿觸發(fā) EA=1;/全局中斷開 P0=0 xff; while(1) while(Flag=0) for(i=0;i7;i+) xianshi(0 x5b);顯示Z標(biāo)示正轉(zhuǎn) P2=zhe ngi; delay(speed); while(Flag=1) for(i=0;i7;i+) xianshi(0 x71);顯示F標(biāo)示反轉(zhuǎn) P2=fa ni; delay(speed); while(Flag=2) 停止 P2=0; xianshi(0 x6D);顯示 S void ISR_Key() in terrupt 2 delay(500); if(!KEY) if(P

8、3_5=0) Flag=0; if(P3_6=0) Flag=1; if(P3_7=0) Flag=2; if(P3_0=0) Speedup(); if(P3_ 1=0) Speeddow n(); 5. 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析 5.1電機(jī)正轉(zhuǎn)運行(如圖7所示) CTEXTSr vice O O ixoc： *1 口 TH- 17 - -T? 圖7電機(jī)正轉(zhuǎn)結(jié)果圖 電機(jī)正轉(zhuǎn)顯示Z 5.2電機(jī)反轉(zhuǎn)運行（如圖8所示） 圖8電機(jī)反轉(zhuǎn)結(jié)果圖 電機(jī)反轉(zhuǎn)顯示F 5.3電機(jī)停止轉(zhuǎn)動（如圖9所示） 圖9電機(jī)停止轉(zhuǎn)動圖 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動顯示S 6. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想 本設(shè)計采用51單片機(jī)AT89C51 （晶振頻率為12

9、MHZ ）對四相六線制步進(jìn)電機(jī)（內(nèi) 阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓12V）進(jìn)行控制。通過I/O 口輸出的具有時序的方波作 為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過芯片 ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。ULN2003是高耐壓、 大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅 NPN達(dá)林頓管組成。ULN2003的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一 個2.7K的基極電阻，在5V的工作電壓下它能與 TTL和CMOS電路直接相連，可以直 接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003工作電壓高，工作電流大，灌 電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運 行。通過ULN2003構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，

10、電路圖如圖1所示。51的25-28 口接ULN2003 的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采 用74LS164作為2位單個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。74LS164帶鎖存，使用串行接法可以節(jié)約 I/O 口資源。其電路圖如圖2所示。通過51的TXD和RXD 口對CLK和DATA發(fā)送數(shù)據(jù)。 設(shè)計的步進(jìn)電機(jī)基本能實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)， 經(jīng)過調(diào)試和修改，但還是存在問題，比如按開 關(guān)的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)速有時比較亂，顯示有時也有些不理想，后面的工作就是 在軟件和硬件等方面進(jìn)行修改，以完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 參考文獻(xiàn) 1 劉復(fù)華.單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng).北京：清華大學(xué)出版社，199

11、2 2 李斌，董慧穎.可重組機(jī)器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀.沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2000, 19（4）： 23-27 3 李朝清，單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航空航天大學(xué)出版社，1999 4 劉文濤，MCS-51單片機(jī)培訓(xùn)教程M.北京：北京工業(yè)出版社，2005:141-145 李仁定.電機(jī)的微機(jī)控制.機(jī)械工業(yè)出版社，1999 6 李鐵才,杜坤梅.電機(jī)控制技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2000 7 寧愛華.步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制方法與高速特性分析.西南民族大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2003 第章 總 論 錯誤！ 未定義書簽。 1.1項目概況錯誤！未定義書簽。 1.2研究依據(jù)及范圍錯誤！未定義書簽。 1.3

12、主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)錯誤！未定義書簽。 1.4研究結(jié)論及建議錯誤！未定義書簽。 第二章 項目建設(shè)的背景和必要性 錯誤！未定義書簽。 2.1項目建設(shè)的背景 錯誤！未定義書簽。 2.2項目建設(shè)的必要性 錯誤！未定義書簽。 第三章 項目服務(wù)需求分析 錯誤！未定義書簽。 第四章 項目選址與建設(shè)條件 錯誤！未定義書簽。 4.1選址原則 錯誤！未定義書簽。 4.2項目選址錯誤！未定義書簽。 4.3建設(shè)條件錯誤！未定義書簽。 4.4項目建設(shè)優(yōu)勢條件分析 錯誤！未定義書簽。 第五章建設(shè)方案錯誤！未定義書簽。 5.1建設(shè)規(guī)模與內(nèi)容 錯誤！未定義書簽。 5.2總體規(guī)劃設(shè)計 錯誤！未定義書簽。 5.3建筑方案 錯誤！未

13、定義書簽。 5.4結(jié)構(gòu)方案 錯誤！未定義書簽。 5.5給水工程錯誤！未定義書簽。 5.6排水工程 錯誤！未定義書簽。 5.7電氣設(shè)計錯誤！未定義書簽。 5.8暖通設(shè)計錯誤！未定義書簽。 5.9項目實施進(jìn)度錯誤！未定義書簽。 第六章 節(jié)能措施 錯誤！未定義書簽。 6.1設(shè)計依據(jù)錯誤！未定義書簽。 6.2節(jié)能措施 錯誤！未定義書簽。 第七章 環(huán)境影響分析 錯誤！未定義書簽。 7.1環(huán)境影響分析 .錯誤！未定義書簽。 7.2環(huán)境保護(hù)措施及治理效果錯誤！未定義書簽。 第八章 消防與安全衛(wèi)生 錯誤！未定義書簽。 8.1 消防錯誤！未定義書簽。 8.2勞動安全錯誤！未定義書簽。 8.3衛(wèi)生防護(hù)錯誤！未定義書簽。 第九章 組織機(jī)構(gòu)與運作方式 錯誤！未定義書簽。 9.1組織機(jī)構(gòu) 錯誤！未定義書簽。 9.2組織管理錯誤！未定義書簽。 9