單片機(jī)課設(shè)(步進(jìn)電機(jī)

1、 編號0217課程設(shè)計（論文）相關(guān)資料題目： 基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計 學(xué)院 專業(yè) 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 二0一二 年 六 月目錄第1章 概述3第2章 設(shè)計內(nèi)容的介紹32.1步進(jìn)電機(jī)原理32.2設(shè)計目標(biāo)4第3章 設(shè)計思路 具體內(nèi)容53.1設(shè)計思路53.2總體設(shè)計框圖及電路原理圖53.3單片機(jī)及其最小系統(tǒng)53.4 硬件電路原理圖6第四章 程序設(shè)計74.1 程序設(shè)計思路74.2程序設(shè)計流程圖74.3 主程序設(shè)計84.4 子程序設(shè)計9第五章 總結(jié)11參考文獻(xiàn)12第一章 概述1.1單片機(jī)簡介單片機(jī)是單片微型計算機(jī)的簡稱，是典型的嵌入式微控制器（Microcontroller Unit），常用英文

2、字母的縮寫MCU表示單片機(jī)，它最早是被用在工業(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個芯片中，使計算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機(jī)系統(tǒng)。1.2步進(jìn)電機(jī)簡介步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)

3、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，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數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以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。第二章 設(shè)計內(nèi)容的介紹2.1步進(jìn)電機(jī)原理步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)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(jìn)電機(jī)的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動器的軟、硬件設(shè)計。該步進(jìn)

4、電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。四相步進(jìn)電機(jī)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. 單四拍 b. 雙四拍 c八拍圖2.1步進(jìn)電機(jī)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,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。對于一四相步進(jìn)電機(jī)，采用

5、單極性直流電源供電，只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。下圖是四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理示意圖。開始時，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相當(dāng)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。(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如

6、果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度如果給步進(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。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。2.2設(shè)計目標(biāo) 通過具體小型測試系統(tǒng)設(shè)計，實踐單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計及調(diào)試的全過程，以加深對單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能和指令系統(tǒng)的理解，并進(jìn)一步學(xué)習(xí)單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)的應(yīng)用及一些外圍芯片的接口和編程方法，初步掌握單片機(jī)系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計技術(shù)及調(diào)試技巧。（1）一個正反轉(zhuǎn)開關(guān)控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)； （2）一個速度開關(guān)控制高速和低速（高速和低速只要有明顯差別）；（3）一個半圈按鈕,按一下時轉(zhuǎn)半圈；（4）一個

7、一圈按鈕, 按一下時轉(zhuǎn)一圈；（5）一個連續(xù)轉(zhuǎn)動按鈕, 按一下時連續(xù)轉(zhuǎn)動，再按一下時停止轉(zhuǎn)動；（6）整個步進(jìn)電機(jī)控制程序要求用C語言編寫。（7）用protel畫出系統(tǒng)原理圖，要求是一個完整的單片機(jī)控制系統(tǒng)，電源為220V交流電第3章 設(shè)計思路與具體內(nèi)容3.1設(shè)計思路本系統(tǒng)主要由按鍵電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、AT89c52單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)顯示電路、驅(qū)動電路以及步進(jìn)電機(jī)等幾部分組成。本系統(tǒng)采用兩個獨(dú)立開關(guān)兩個獨(dú)立按鈕，分別進(jìn)行啟動、停止、正反轉(zhuǎn)以及加減速的控制。驅(qū)動電路采用集成驅(qū)動元件。步進(jìn)電機(jī)的供電采用獨(dú)立12V供電。3.2單片機(jī)及其最小系統(tǒng)最小系統(tǒng)主要是為了單片機(jī)的正常工作。51單片機(jī)是一種低功

8、耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，它采用CMOS和高密度非易失性存儲器技術(shù)，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(jī)是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價格合理的單片機(jī)，且支持在線編程，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計需要。單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)和復(fù)位電路，振蕩電路。3.3總體設(shè)計框圖及電路原理圖 開關(guān)控 制電路單片機(jī)最小系統(tǒng)89C51單片機(jī)LED顯示電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)3.4 硬

9、件電路原理圖單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)部分電源變換部分第四章 程序設(shè)計4.1 程序設(shè)計思路根據(jù)單片機(jī)外圍電路的設(shè)計，單片機(jī)的P32、P33、P34、P35為按鍵輸入。P0、P2口為LED輸出顯示。51單片機(jī)采用T0進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的操作。步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)利用給步進(jìn)電機(jī)送入與原來相反的脈沖即可，步進(jìn)電機(jī)的加減速控制是主要控制步進(jìn)電機(jī)送脈沖的時間。4.2程序設(shè)計流程圖圖4.1 程序流程圖4.3 主程序設(shè)計#includereg52.hstatic unsigned int count; /計數(shù)static int step_index; /步進(jìn)索引數(shù)，值為07sta

10、tic bit stop_flag; /步進(jìn)電機(jī)停止標(biāo)志static int spcount; /步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)計數(shù)sbit turn=P04; /步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動方向sbit speedlevel=P05; /步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)sbit go_stop=P03;sbit Half=P02;sbit A=P20;sbit B1=P21;sbit C=P22;sbit D=P23;sbit Whole=P01;void delay(unsigned int endcount); void gorun(); void main(void) count=0;step_index=0;spcount=0;

11、stop_flag=1;P2=0X00;EA=1; /允許CPU中斷 TMOD = 0x11; /設(shè)定時器0和1為16位模式1 ET0 = 1; /定時器0中斷允許 TH0 = 0xFC;TL0 = 0x18; /設(shè)定時每隔1ms中斷一次TR0 = 1; /開始計數(shù)do if(!go_stop) /低電平表示按鍵按下 delay(10); if(!go_stop) /再次確認(rèn)按鍵是否按下 while(!go_stop); /等待按鍵釋放 stop_flag=!stop_flag; /實現(xiàn)功能 else if(!Half) delay(10); if(!Half) /再次確認(rèn)按鍵是否按下 whi

12、le(!Half) /等待按鍵釋放 stop_flag= 0; if(speedlevel)delay(600);else delay(200);stop_flag=1;/實現(xiàn)功能 else if(!Whole) delay(10); /延時去抖,10ms if(!Whole) /再次確認(rèn)按鍵是否按下 while(!Whole) /等待按鍵釋放 stop_flag=0; if(speedlevel) delay(1200); else delay(120); stop_flag=1; /實現(xiàn)功能 else stop_flag=stop_flag; while(1);4.4 子程序設(shè)計 定時器中

13、斷程序void T0_ISR(void) interrupt 1 TH0=0xFC;TL0=0x18; /設(shè)定時每隔1ms中斷一次count+;spcount-;if(spcount=0) if(speedlevel)spcount =30 ;else spcount=10;gorun(); 延時程序 void delay(unsigned int endcount)count=0;dowhile(count7)step_index=0;elsestep_index-;if (step_index0)step_index=7;第五章 總結(jié)通過本次的單片機(jī)課程設(shè)計，我對單片機(jī)有了更深乘此的了解，

14、特別是對步進(jìn)電機(jī)的控制有了更徹底的了解，不管是步進(jìn)電機(jī)的工作原理，還是步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場合，還是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的控制，我都弄清楚了。同時通過這次課程設(shè)計我逐漸的意識到其中的樂趣，當(dāng)自己獨(dú)自完成任務(wù)實現(xiàn)自己想要的結(jié)果時，是很有成就感的。在整個實驗過程中，我學(xué)習(xí)到了課本上學(xué)不到的知識-在理論基礎(chǔ)上的動手實踐能力。這為我們以后的學(xué)習(xí)生活打下了堅實的基礎(chǔ)。步進(jìn)電機(jī)主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)床、計算機(jī)外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)了運(yùn)動的數(shù)字化，精確化。在機(jī)電自動化中起到相當(dāng)重要的作用，所以機(jī)自專業(yè)機(jī)電方向的我將會更深的學(xué)習(xí)，并嘗試自己去焊接一些電路，鍛煉自己的動手能力，提高自己的素質(zhì)。參考文獻(xiàn)1丁元杰著.單片微機(jī)原理及應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社，2010年1月2 華