步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

成績課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)學(xué)生姓名：壁學(xué)生學(xué)號(hào)：系另IJ:電氣信息工程專業(yè)：自動(dòng)化屆另IJ：2013屆指導(dǎo)教師：ffil電氣信息工程學(xué)院制2012年5月步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)學(xué)生：陶寧指導(dǎo)教師：苗磊電氣信息工程學(xué)院自動(dòng)化系1課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求課程設(shè)計(jì)的任務(wù)對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，包括正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，并且通過LCD顯示。課程設(shè)計(jì)的要求該設(shè)計(jì)要求通過程序?qū)崿F(xiàn)單片機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。共包含五個(gè)鍵盤，分別操控正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。并且講電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)反映在LCD上。課程設(shè)計(jì)的研究基礎(chǔ)

2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)方案制定方案提出方案一：使用開關(guān)直接控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速控制，此種設(shè)計(jì)非常簡便易操作，共兩個(gè)開關(guān)控制。圖1方案一方案二：使用四個(gè)五個(gè)開關(guān)分別控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。

圖2方案二方案比較方案一：本方案十分簡單，除了實(shí)現(xiàn)正常的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，只能實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)加速，還有反轉(zhuǎn)減速，并不能實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)減速或者反轉(zhuǎn)加速等功能。程序設(shè)計(jì)上比較簡單，實(shí)用性不大。方案二：本方案較方案一復(fù)雜些，并且成功的實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的正轉(zhuǎn)加速和減速，反轉(zhuǎn)的加速和減速，簡單明了，控制范圍更大，實(shí)用性更強(qiáng)。但是由于復(fù)雜性增加，程序的編寫難度上就增加了。方案論證對(duì)于以上兩個(gè)方案比較分析得出：方案二成功的實(shí)現(xiàn)了方案一所有的功能,而且其他功能上更加全而。使用上也更加易操作。方案一對(duì)于簡單的應(yīng)用可以適用，但局限性很大，有時(shí)無法實(shí)現(xiàn)必要的功能。方案選擇根據(jù)以上的比較論證，選擇方案二。3步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)該設(shè)計(jì)分為控制模塊，驅(qū)動(dòng)模塊，顯示模塊?？刂颇K：五個(gè)開關(guān)控制單片機(jī)的輸入高低電平，通過單片機(jī)的接口功能設(shè)計(jì)程序控制輸出電平的高低最后達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的功能。驅(qū)動(dòng)模塊：通過單片機(jī)的到控制步進(jìn)電機(jī)之前的放大囂ULN2003A,從而達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。顯示模塊：通過單片機(jī)中的到和控制LCD12864,以顯示目前電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)。電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇12864液晶電源：VDD：+5V；LCD外接驅(qū)動(dòng)電壓為\步進(jìn)電機(jī)：額定電壓12V；額定電流。ULN2003A輸入額定電壓為+12V0特殊器件的介紹AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器(FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓，高性能CM0S8位微處理器，俗稱單片機(jī)。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。1)主要特性a.與MCS-51兼容字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器C.壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定*8位內(nèi)部RAMk.可編程串行通道低功耗的閑置和掉電模式m.片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2)管腳說明:供電電壓。:接地?？冢篜0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流?？冢篜1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流。口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流⑸⑷。ULN2003AULN2003A是一個(gè)7路反向器電路，即當(dāng)輸入端為高電平時(shí)ULN2003A輸出端為低電平，當(dāng)輸入端為低電平時(shí)ULN2003A輸出端為高電平。共16個(gè)端口，其中廣7口為輸入端口，相對(duì)應(yīng)16"0口為輸出端口。8號(hào)口9號(hào)口為地與com端口⑶。圖3ULN2003A步進(jìn)電機(jī)MOTOR-STEPPER步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速目的⑶。系統(tǒng)整體電路圖圖4系統(tǒng)整體電路圖4步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)仿真和調(diào)試仿真軟件介紹本設(shè)計(jì)主要采用Protues軟件，Protues軟件是英國Labcenterelectronics公司出版的工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能,還能仿真及外圍器件。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、和MPLAB等多種編譯。它具有豐富的元器件庫，超過27000種，可方便地創(chuàng)建新元件。仿真資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個(gè)元件庫。仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號(hào)發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來,其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測量結(jié)果的影響。還提供了比較豐富的測試信號(hào)用于電路的測試。這些測試信號(hào)包括和數(shù)字信號(hào)⑴⑵。系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn)打開仿真，出現(xiàn)如圖界面，目前電動(dòng)機(jī)為停止?fàn)顟B(tài)。圖5初始狀態(tài)按下K1正轉(zhuǎn)開關(guān)，電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)，LCD顯示正轉(zhuǎn)。圖6正轉(zhuǎn)狀態(tài)按下K4開關(guān)，電動(dòng)機(jī)開始加速轉(zhuǎn)動(dòng)，顯示屏顯示正轉(zhuǎn)加速。圖7正轉(zhuǎn)加速狀態(tài)隨后轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定，LCD顯示正轉(zhuǎn)正常運(yùn)行。圖8正轉(zhuǎn)正常運(yùn)行狀態(tài)按下K6開關(guān)，使電動(dòng)機(jī)減速，顯示正轉(zhuǎn)減速運(yùn)行。圖9正轉(zhuǎn)減速當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，LCD顯示正轉(zhuǎn)低速運(yùn)行。圖10正轉(zhuǎn)低速運(yùn)行此時(shí)按下K3,無需先按下K2停止，電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)運(yùn)行，顯示反轉(zhuǎn)低速運(yùn)行。圖11反轉(zhuǎn)低速運(yùn)行此時(shí)按下K4,與正轉(zhuǎn)加速類似，加速過程后，顯示反轉(zhuǎn)正常運(yùn)行。圖12反轉(zhuǎn)正常運(yùn)行狀態(tài)系統(tǒng)測試測試環(huán)境：20°C測試儀器：XP系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，protues仿真軟件，keil程序編輯軟件。測量數(shù)據(jù)：暫無數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析由于本課程設(shè)計(jì)僅限于仿真階段，實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能，未做出實(shí)體，所以暫時(shí)沒有數(shù)據(jù)，有待以后深入研究發(fā)展。5總結(jié)設(shè)計(jì)小結(jié)本設(shè)計(jì)通過分析步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理，查閱步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的相關(guān)科技文獻(xiàn)，遵循實(shí)用、簡單、可靠和低成木的原則，設(shè)計(jì)了一種既可用于精度要求不高，但控制需完備的場合，對(duì)本次設(shè)計(jì)，有以下結(jié)論：采用單片機(jī)為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把開關(guān)和顯示電路有機(jī)的結(jié)合起來，組成一個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的控制系統(tǒng)。而且整個(gè)系統(tǒng)所包含的技術(shù)包括了很多現(xiàn)本科學(xué)校自動(dòng)化專業(yè)所要求的知識(shí)，有利于實(shí)踐教學(xué)取得最大效果。系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，具有易維護(hù)性，根據(jù)用戶新的要求，對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行少量的修改，使系統(tǒng)功能得到一定程度的提高。收獲體會(huì)通過對(duì)本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)與研究，對(duì)于proteus有了更深層次的了解，對(duì)于軟件操作也更加的熟練?；谝郧暗膶?duì)于單片機(jī)的知識(shí)的學(xué)習(xí)，沒有十分系統(tǒng)的做過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，此軟件的仿真功能很好的解決了這一問題。使得對(duì)于單片機(jī)的各個(gè)接口，模塊功能，程序的設(shè)計(jì)有了更深層次的理解。我們深知做的工作還很不夠，由于軟件和硬件的各方面原因，系統(tǒng)的應(yīng)用討論不夠，精度還有待于進(jìn)一步提高。展望隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的控制應(yīng)用前景將越來越廣闊，而其控制系統(tǒng)也將向著智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。此課程設(shè)計(jì)還是比較基礎(chǔ)部分，基本上在實(shí)用上沒有太大用途，但是我們要在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上，不斷吸收新的技術(shù)和方法，并將其應(yīng)用于課題研究上來，為以后學(xué)習(xí)更多的電子類如嵌入式、微機(jī)原理等知識(shí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。6參考文獻(xiàn)侯玉寶，等.基于proteus的51系列單片機(jī)設(shè)計(jì)與仿真[M].電子工業(yè)出版社,2010.林志琦，等.基于proteus的單片機(jī)可視化軟硬件仿真[M].科學(xué)出版社,2006.李全利，等.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2010.薛均義，等.MCS-51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M].西安交通大學(xué)出版

社,2009.7附錄系統(tǒng)主要功能展示圖13系統(tǒng)展示器件清單元件名稱元件個(gè)數(shù)AT89C511AMPIRE128641AND_8170744BUTTON5CAP2ULN2003A1RESPACK-71CRYSTAL1MOTOR-STEPPER1PHYC0402NP015P1POT-LIN1RES610WATTIK23WATT2K22C程序ffinclude<>ffinclude<>ffinclude<>#defineucunsignedchar#defineuiunsignedint#defineLCDPAGE0xB8^defineLCDLINE0x40sbitp00=P0"0;sbitp01=P0";sbitp02=P0"2;sbitpO3=PO"3;sbitE=P3“5;sbitRW=P3"4;sbitRS=P3"2;sbitL=P3“l(fā);sbitR=P3"0;sbitBusy=P2"7;ucscan_keyl,scan_key2;ucstepl;step2;staticstep_index;uicount1,count2;ucbutter;staticspeed;uccodeCHANG[]={0x20,0x18,0x08,0x09,OxEE,OxAA,0xA8,OxAF,0xA8,0xA8,OxEC,OxOB,0x2A,0x18,0x08,0x00,0x00,0x00,0x3E,0x02,0x02,0x02,0x02,OxFF,0x02,0x02,0x12,0x22,OxlE,0x00,0x00,0x00,}；uccodeYUN[]={0x40,0x41,OxCE,0x04,0x00,0x20,0x22,0xA2,0x62,0x22,0xA2,0x22,0x22,0x22,0x20,0x00,0x40,0x20,OxlF,0x20,0x28,0x4C,0x4A,0x49,0x48,0x4C,0x44,0x45,0x5E,0x4C,0x40,0x00,}；uccodeXING□二{0x10,0x08,0x84,0xC6,0x73,0x22,0x40,0x44,0x44,0x44,0xC4,0x44,0x44,0x44,0x40,0x00,0x02,0x01,0x00,OxFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,uccodeZHEXG[]=0x00,0x02,0x02,0xC2,0x02,0x02,0x02,0x02,OxFE,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0x02,0x00,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00,｝；uccodeZHUAN[]=｛0xC8,0xA8,0x9C,OxEB,0x88,0x88,0x88,0x40,0x48,0xF8,0x4F,0x48,0x48,0x48,0x40,0x00,0x08,0x08,0x04,OxFF,0x04,0x04,0x00,0x02,OxOB,0x12,0x22,0xD2,OxOE,0x02,0x00,0x00,｝；uccodeCONTRARY[]=｛0x00,0x00,OxFE,0x12,0x72,0x92,0x12,0x12,0x12,Oxll,0x91,0x71,0x01,0x00,0x00,0x00,0x40,0x30,0x4F,0x40,0x20,0x21,0x12,OxOC,OxOC,0x12,Oxll,0x20,0x60,0x20,0x00,0x00,｝；uccodeTING[]=0x80,0x40,0x20,0xF8,0x07,0x02,0x04,0x74,0x54,0x55,0x56,0x54,0x74,0x04,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,OxFF,0x00,0x03,0x01,0x05,0x45,0x85,0x7D,0x05,0x05,0x05,0x03,0x00,｝；uccodeZHI[]=｛0x00,0x00,0x00,0x00,OxFO,0x00,0x00,0x00,OxFF,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00,0x00,0x40,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x40,0x40,0x7F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00,｝；uccodeJIA[]=｛0x00,0x08,0x08,0x08,OxFF,0x08,0x08,0xF8,0x00,0xF8,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x00,0x00,0x40,0x20,0x18,0x07,0x00,0x20,0x40,0x3F,0x00,0x7F,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00,｝；0x40,0x42,OxCC,0x00,0x04,0xE4,0x24,0x24,OxFF,0x24,0x24,0x24,0xE4,0x04,0x00,0x00,0x40,0x20,OxlF,0x20,0x48,0x49,0x45,0x43,0x7F,0x41,0x43,0x45,0x4D,0x40,0x40,0x00,｝；uccodeJIAN[]=｛0x00,0x02,OxEC,0x00,0xF8,0x28,0x28,0x28,0x28,0x28,OxFF,0x08,0x8A,OxEC,0x48,0x00,0x02,0x5F,0x20,0x18,0x07,0x00,OxlF,0x49,0x5F,0x20,0x13,OxOC,0x13,0x20,0x78,0x00,｝；uccodeBAI[]=｛0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,｝；uccodeDI[]=0x40,0x20,OxFO,OxOC,0x07,0x02,OxFC,0x44,0x44,0x42,OxFE,0x43,0x43,0x42,0x40,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x20,0x10,0x28,0x43,OxOC,0x10,0x20,0x78,0x00,}；voidiniLCD(void);voidchkbusy(void);voidwcode(uccd);voidwdata(ucdat);voiddisrow(ucpage,uccol,uc*temp);voiddisplay(ucpage,uccol,uc*temp);voidground(step);voidrunl();voidrun2();voidstop();voiddelay(uitime);voidiniLCD(void){L=1;R=1;wcode(0x38);wcode(OxOf);wcode(OxcO);wcode(0x01);wcode(0x06);voidchkbusy(void){E=l；RS=0;RW=1;P2=0xff;while(!Busy);}voidwcode(uccd){chkbusy();P2=0xff;RW=0;RS=0;P2=cd;E=l;E=0;}voidwdata(ucdat)chkbusy();P2=0xff;RW=O;RS=1;P2=dat;E=l;E=0;}voiddisrow(ucpage,uccol,uc*temp){uci;if(col<64){L=1;R=O;wcode(LCDPAGE+page);wcode(LCDLINE+col);if((col+16)<64){for(i=0;i<16;i++)wdata(*(temp+i));}elsefor(i=0;i<64-col;i++)wdata(*(temp+i));L=O;R=1;wcode(LCDPAGE+page);wcode(LCDLINE);for(i=64~col;i<16;i++)wdata(*(temp+i));))else{L=O;R=1;wcode(LCDPAGE+page);wcode(LCDLINE+col-64);for(i=0;i<16;i++)wdata(*(temp+i));)}voidground(step_index){switch(step_index)case0:pOO二1;pOl二0;p02=0;p03=0;break;case1:pOO二1;pOl=1；p02二0;p03二0;break;case2:pOO二0;pOl=1；p02二0;p03二0;break;case3:pOO二0;pOl=1；p02=1;P03=0;break;case4:p00二0;pOl二0;p02二1;P03=0;break;case5:pOO二0;pOl二0;p02二1;P03二1;break;case6:pOO二0;pOl二0;P02=0;P03二1;break;case7:pOO二0;pOl=0;P02=0;P03=1；}}voiddisplay(ucpage,uccol,uc*temp){disrow(page,col,temp);disrow(page+1,col,temp+16);}voidmain(void){P2=0xff;iniLCDO;step2=0;stepl^O;Pl=0xff;P0=0x00;EX1=1;EA=1;speed=2010;while⑴if((scan_keyl==l)&(scan_key2==0))(display(6,0x00,&ZHENG);display(6,0x10,&ZHUAN);ground(step_index);delay(speed);step_index++;if(step_index>7)step_index=0;)if((scan_keyl==0)&(scan_key2==l))(ground(step_index);display(6,0x00,&C0NTRARY);display(6,0x10,&ZHUAX);delay(speed);step_index一;if(step_index<0)step_index=7;if(scan_keyl==0&scan_