河南科技學院新科學院

1、-科技學院新科學院單片機課程設計報告題目：基于單片機控制的步進電機控制器專業(yè)班級： 電子信息工程時 間：20012.04.292021.05.18完成日期：20012年05月 18日基于單片機控制的步進電機控制器設計任務書1設計目的與要求設計出一個步進電機控制器，準確的理解有關要求，獨立完成系統(tǒng)設計，要求所涉及的電路具有以下功能：（1） 實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)控制（2） 實現(xiàn)步進電機的加速控制（3） 實現(xiàn)步進電機的減速控制2設計容 1畫出電路原理圖，正確使用邏輯關系；2確定元器件及組件參數(shù)；3進展電路模擬仿真；4SCH文件生成與打印輸出；5PCB文件生成與打印輸出；6系統(tǒng)的總體設計、安裝和調(diào)試。

2、3編寫設計報告寫出設計的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。4辯論在規(guī)定時間，完成表達并答復下列問題。. z-基于單片機控制的步進電機控制器摘要:本設計采用AT89S51單片機實現(xiàn)對步進電機的控制。通過單片機的I/O來實現(xiàn)對步進電機的控制，用Ll298來驅(qū)動步進電機，并且使用LED來作為正反轉(zhuǎn)，加速減速控制的標志。關鍵詞：步進電機 單片機 AT89S51 發(fā)光二極管 轉(zhuǎn)動 按鍵1 引言步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的精細執(zhí)行元件，由于步進電機具有控制方便、體積小等特點，所以在數(shù)控系統(tǒng)、自動生產(chǎn)線、自動化儀表、繪圖機和計算機外圍設備中得到廣泛應用。微電子學的迅速開展和微型計

3、算機的普及與應用，為步進電動機的應用開辟了廣闊前景，使得以往用硬件電路構成的龐大復雜的控制器得以用軟件實現(xiàn)，既降低了硬件本錢又提高了控制的靈活性，可靠性及多功能性.而且步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。由于它是用電脈沖信號進展控制，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應的角位移或線位移的微電動機，它最突出的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率圍通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價，又非?？尚?，因此在打印機等辦公自動化設備以及各種控制裝置等眾多領域有著極其廣泛的應用。隨著微電子和計算機技術的開展，步進電動機的需求量與日俱增

4、，研制步進電機驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十分重要的意義。本設計主要通過單片機編程實現(xiàn)對四相步進電機的ABCD四相輸送穩(wěn)定的有頻率的脈沖信號，完成步進電機的信號分配功能。只需要簡單的編程，便可通過調(diào)節(jié)單片機輸出脈沖控制步進電機的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速和制動。2 總體設計方案本次設計主要通過三大塊來，包括驅(qū)動電路的設計、狀態(tài)顯示局部和按鍵局部設計。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而準確地控制轉(zhuǎn)動角度；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的角度和加速度，從而到達調(diào)速的目的 2.1設計思路步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，其最大特點就是通過輸入脈沖信號

5、來進展控制，即電機總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定，電機的轉(zhuǎn)速由脈沖信號頻率決定，因此適合于單片機控制，單片機產(chǎn)生驅(qū)動步進電機的脈沖信號，并送給驅(qū)動電路，驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速與方向控制。驅(qū)動電路采用L298芯片對信號電流進展處理，放大。這款芯片接線電路很簡單，L298N是ST公司生產(chǎn)的一種高電壓、大電流電機驅(qū)動芯片，驅(qū)動功能該芯片采用15引腳封裝，具有以下特點：具有信號指示，轉(zhuǎn)速可調(diào)，抗干擾能力強，具有過電壓和過電流保護，、可單獨控制兩臺直流電機，可單獨控制一臺步進電機，PWM脈寬平滑調(diào)速，可實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，采用光電隔離?？偣蚕砹宋鍌€按鍵實現(xiàn)步進電機的各功能控制且是迷你型66按鍵

6、，因為此按鍵比擬小巧，占用電路板面積少，可以節(jié)省空間，電路板整體性增強，不過對按鍵的選擇沒有什么特殊要求，只要能工作就行，在實際設計過程中可以根據(jù)實際情況隨機采取。使用發(fā)光二極管來顯示步進電機的轉(zhuǎn)速以及正反轉(zhuǎn)、加減速為了能看清步進電機各項的通電情況，所以在四相步進電機各項上分別接了發(fā)光二極管，來顯示步進電機各項的通電情況。在單片機的I/O口接了四個發(fā)光二極管來分別顯示正傳、反轉(zhuǎn)、加速、減速。 2.2 設計方案框圖AT89S51電源及時鐘電路復位電路 鍵盤控制電路 狀態(tài)顯示電路 驅(qū)動電路 電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速標志圖1 設計流程框圖3設計原理分析3.1 步進電機步進電機是數(shù)字控制電機，它將脈

7、沖信號轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個脈沖信號，步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度，因此非常適合于單片機控制。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。其根本原理作用如下：(1)控制換相順序通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進電機的三拍工作方式，其各相通電順序為A-B-CD,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

8、率，就可以對步進電機進展調(diào)速。3.2驅(qū)動電路設計步進電機不能直接接到交直流電源上工作，而必須使用專用設備步進電機驅(qū)動器本設計的電機驅(qū)動局部是由驅(qū)動芯片L298及其外圍電路構成。L298N為SGS-THOMSON Microelectronics 所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片，部包含4 信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進電機，含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，可以直接透過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；此芯片可直接由單片機的IO端口來提供模擬時序信號。其中從L298的2、3腳和13、14腳即芯片的輸出端依次按順序分別與步進電機

9、的四根線相連。而5、6、7、10、11、12腳就依次與單片機的P2口的管腳和電源相連。狀態(tài)顯示電路的二極管分別接在各項上，通過這一系列的連接實現(xiàn)了單片機與L298以及步進電機的串聯(lián)控制。其圖如下：RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P

10、0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR3Res21KR4Res21KR2Res21KR1Res2D1LED0D2LED0D3LED0D4LED0VCCMB1Motor StepVCCGNDVCCSENSEA1OUT12OUT23VS4IN15ENA6IN27GND8VSS9IN412ENB11IN310O

11、UT313OUT414SENSEB15L298U1L298N圖2 步進電機驅(qū)動電路及電機3.3鍵盤電路設計本設計采用的獨立式非編碼鍵盤來控制步進電機。共有5個按鈕，其中S1是停頓按鈕，其中S2電機正轉(zhuǎn)按鈕、S3為電機反轉(zhuǎn)按鈕、S4為電機加速按鈕、S5為電機減速按鈕。當按下各個按鈕時，會執(zhí)行各個鍵的功能，當按下復位按鈕時，電路會恢復到初始狀態(tài)。其圖如下:RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG

12、)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR7Res21KR8Res21KR9Res21KR10Res21KR11Res2S2SW-PBS3SW-PBS4

13、SW-PBS5SW-PBS6SW-PBVCCGNDVCC圖3 鍵盤控制電路3.4復位電路設計和時鐘振蕩電路復位電路采用手動復位，所謂手動復位，是指通過接通一按鈕開關，使單片機進入復位狀態(tài)，晶振電路用30PF的電容和一12M晶體振蕩器組成為整個電路提供時鐘頻率。單片機的時鐘信號通常用兩種電路形式電路得到：部震蕩方式和外部中斷方式。在引腳*TAL1和*TAL2外部接晶振電路器簡稱晶振或瓷晶振器，就構成了部晶振方式。由于單片機部有一個高增益反相放大器，當外接晶振后，就構成了自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時鐘脈沖。部振蕩方式的外部電路如下列圖所示。其電容值一般在530pf,晶振頻率的典型值為12MHz,采用6M

14、Hz的情況也比擬多。部振蕩方式所得的時鐘信號比擬穩(wěn)定，實用電路實用較多。其圖如下：RST9*TAL218*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P

15、1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S5112Y1*TAL100pFC2Cap100pFC1CapGNDGND1KR5Res21KR6Res2S1SW-PBGNDVCCC6ECVCC圖4 復位電路和時鐘振蕩電路3.5 正反轉(zhuǎn)、加速、減速標志電路設計本電路采用的四個發(fā)光二極管來顯示。分別為D5、D6、D7、D8。當電機正轉(zhuǎn)時D5發(fā)光，當電機反轉(zhuǎn)時D6發(fā)光，當電機加速時D7發(fā)光，當電機減速時D8發(fā)光。其原理圖如下：RST9*TAL218

16、*TAL119GND20P2.0(A8)21P2.1(A9)22P2.2(A10)23P2.3(A11)24P2.4(A12)25P2.5(A13)26P2.6(A14)27P2.7(A15)28PSEN29ALE(PROG)30EA(VPP)31P0.7(AD7)32P0.6(AD6)33P0.5(AD5)34P0.4(AD4)35P0.3(AD3)36P0.2(AD2)37P0.1(AD1)38P0.0(AD0)39P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0(R*D)10P3.1(T*D)11P3.2(INT0)12P3.3(INT1)13P3

17、.4(T0)14P3.5(T1)15P3.6(WR)16P3.7(RO)17VCC40*AT89S51GND1KR12Res21KR13Res21KR14Res21KR15Res2D5LED0D6LED0D7LED0D8LED0VCCVCC圖5 正反轉(zhuǎn)、加速、減速標志電路4 系統(tǒng)主程序圖系統(tǒng)分為電機正轉(zhuǎn)、電機反轉(zhuǎn)、電機加速與電機減速的幾局部組成，其主程序框圖如下圖。開場初始化調(diào)按鍵子程序調(diào)按鍵子程序調(diào)用正反轉(zhuǎn)子程序調(diào)用加減速子程序停頓圖5 系統(tǒng)主程序圖5總結與體會采用單片機作為控制核心，利用其強大的功能，把鍵盤電路和LED燈顯示電路，電機驅(qū)動電路結合起來，組成一個操作方便，交互性強的簡單系統(tǒng)。

18、通過系統(tǒng)的設計實現(xiàn)了預期的設計目標，完成了全部的設計任務，具體功能如下：完成了整個系統(tǒng)的硬件設計和軟件編程，能通過鍵盤電路控制步進電機的轉(zhuǎn)速控制，能實現(xiàn)啟動、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速控制，通過編程在開發(fā)板也實現(xiàn)了功能。對個人而言，短短的三周實習使我收獲了很多東西，使自己對課本上的知識可以應用與實際，加深自己對課本知識的更好理解，同時也鍛煉了自己的動手能力，能夠充分地利用圖書館去查資料，能夠很好的利用進展搜索有用資料，讓我學到了許多書本上不曾接觸到的東西，對于我以后的開展有很大的幫助，對于我以后應用單片機打下了很堅實的根底。通過布線和仿真，到達了對Altium Designer D*P和protu

19、s進展比擬熟練的操作，為此我要感在這次實習過程中，對我?guī)椭艽蟮膸孜唤處?，使我了解到我理論?lián)系實踐能力的缺乏，在以后的日子里我會注重于這方面的提高，讓自己的能力全方位的提高，這也是我們以后在工作中說明自己能力的一個標準參考文獻1友德.單片微型機原理、應用與實驗M.:復旦大學，2005.2夙.異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制M.:機械工業(yè),1998.3王鴻鈺.步進電機控制入門M.:同濟大學,1990.4袁任光,偉武.電動機控制電路選用與258實例M.:機械工業(yè),2005.5王秀和.永磁電機M.: 中國電力,2007.6房玉明,杭柏林.基于單片機的步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)J.電機與控制應用，2006，334：6

20、4-64.7笑輝,曾晉.減少感應電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動的方法J.電氣傳動,2001，(1):8-11.8江華,高華,黃松濤.異步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制J.電工技術學報,1999，(6):29-33.9江一，朱凌,申仲濤.異步電動機直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究J.華北電力大學學報,2003，(1):10-13.10利虎. 淺談步進電機的根本原理J. 石油化工, Inner Mongolia Petrochemical Industry, 2007，(11):109.11巍. 淺談單片機控制步進電機J. 安防科技,2006，(3): 25.12 喬璐.,景林,英桃.一種實用的步進電動機驅(qū)動器設計J.

21、微特電機,2005，(10):29-31.13 康晶.采用反應控制的步進電機上下壓驅(qū)動電路J.電力電子技術,2003,37(1):61-62,65. 附錄1 總原理圖圖6 總原理圖附錄2C語言編程如下*include*define uint unsigned intsbit zz=P32;sbit fz=P33;sbit jias=P34;sbit jians=P35;sbit stop=P36;sbit ledzz=P10;sbit ledfz=P11;sbit ledjias=P12;sbit ledjians=P13;sbit F1 = P20;sbit F2 = P21;sbit F3 = P22;sbit F4 = P23;unsigned char code FFW8=0*fe,0*fc,0*fd,0*f9,0*fb,0*f3,0*f7,0*f6; /反轉(zhuǎn)unsigned char code FFZ8=0*f6,0*f7,0*f3,0*fb,0*f9,0*fd,0*fc,0*fe; /正轉(zhuǎn)void motor_ffw();uint rate,K1,K2