兩相步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計

1、 綜合課程設(shè)計題 目兩相步進(jìn)電機(jī)學(xué) 院計信學(xué)院專 業(yè)10自動化班 級2班學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師文遠(yuǎn)熔2012年12月28日 兩相步進(jìn)電機(jī)課程設(shè)計報告 步進(jìn)電機(jī)是一種進(jìn)行精確步進(jìn)運(yùn)動的機(jī)電執(zhí)行元件，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械的數(shù)字控制，為使系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性以及性價比最優(yōu)，根據(jù)控制系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用環(huán)境，確定了設(shè)計系統(tǒng)硬件和軟件的功能劃分，從而實(shí)現(xiàn)了基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過單片機(jī)存儲器、I/O 接口、中斷、鍵盤、LED 顯示器的擴(kuò)展、步進(jìn)電機(jī)的環(huán)形分頻器、驅(qū)動及保護(hù)電路、人機(jī)接口電路、中斷系統(tǒng)及復(fù)位電路、單電壓驅(qū)動電路等的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了四相步進(jìn)電機(jī)的正

2、反轉(zhuǎn)，急停等功能。為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計了兩個外部中斷，以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)在某段時間內(nèi)的反復(fù)正反轉(zhuǎn)功能，也即數(shù)控機(jī)床的刀架自動進(jìn)給運(yùn)動，隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來越廣泛，自六十年代初期以來，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用得到很大的提高。人們用它來驅(qū)動時鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、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(jī)器人等機(jī)械裝置。此外作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用

3、的執(zhí)行元件，由于其精度高、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(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計功能強(qiáng)，價格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動器提供了先進(jìn)的技術(shù)和充足的資源。 關(guān)鍵字: 步進(jìn)電機(jī) 單片機(jī)1 設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)給定的任務(wù)要求選擇合適的單片機(jī)和其他電子元件，進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計和軟件編程，根據(jù)系統(tǒng)制作并調(diào)試電路板，使之實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求。兩相步進(jìn)電機(jī)，步距角為3度，編程實(shí)現(xiàn)下列功能：（1） 按鍵，步進(jìn)電機(jī)按一定速度正轉(zhuǎn)。（2） 按鍵，步進(jìn)電機(jī)按一定速度反轉(zhuǎn)。（3） 任何時候按一下“STOP”鍵，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。（4） 點(diǎn)動：按鍵，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過3度步距角；再

4、按，再轉(zhuǎn)過3度步距角（5） 用1602顯示屏顯示轉(zhuǎn)過的角度。（6） 用L298芯片驅(qū)動。2 步進(jìn)電機(jī)原理 2.1步進(jìn)電機(jī)原理及控制技術(shù) 步進(jìn)電機(jī)一般分為永磁式(PM)、反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)3種類型。目前，二相混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。圖5為二相六線式步進(jìn)電機(jī)的工作原示意圖。由圖可知，它有2個繞組，且每個繞組都有一個中間抽頭。因此，二相步進(jìn)電機(jī)也就有了6根引線。當(dāng)電機(jī)中的繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場，將轉(zhuǎn)子吸合到相應(yīng)的磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下，通電方向使定子在順時針方向輪流產(chǎn)生磁場，則電機(jī)可順時針轉(zhuǎn)動；通電方向使定子在逆時針方向輪流產(chǎn)生磁場，則電機(jī)可逆時針轉(zhuǎn)動。控制脈沖每

5、作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動一步，即一個步距角。脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動也就越快。本次課設(shè)所使用的二相步進(jìn)電機(jī)需要采用雙極性的接法。雙極性則是指步進(jìn)電機(jī)線圈中電流的流動方向不是單向的,即繞組線圈中的電流有時沿某一方向流動,有時按相反方向流動。步進(jìn)電機(jī)的雙極性驅(qū)動電路如圖2-5所示它使用8個晶體管來驅(qū)動2組相位。雙極性驅(qū)動電路可以同時驅(qū)動四線式或六線式的二相步進(jìn)電機(jī)。對于二相六線式步進(jìn)電機(jī)而言, 2個繞組的中間抽頭Vdd1和Vdd2都懸空。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的工作原理,當(dāng)控制器給驅(qū)動器發(fā)出脈沖信號時,驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后,電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?其4個狀態(tài)按順序周而復(fù)始進(jìn)行變化,電

6、機(jī)轉(zhuǎn)動; 若通電時序就變?yōu)闀r,電機(jī)就逆向轉(zhuǎn)動。步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時,當(dāng)達(dá)林頓管Q1和Q4導(dǎo)通時,線圈中電流方向?yàn)锳;當(dāng)林頓管Q2和Q3導(dǎo)通時,線圈中電流方向?yàn)锳。可見,步進(jìn)電機(jī)線圈中的電流方向在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是不斷改變的。(1)圖4-21 二相步進(jìn)電機(jī)原理圖（2） 步進(jìn)電機(jī)的速度控制 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)整送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率，就可以對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)試。 （3） 步進(jìn)電機(jī)的起停控制 步進(jìn)電機(jī)由于其電氣特性，運(yùn)轉(zhuǎn)時會有步進(jìn)感。為了使電機(jī)轉(zhuǎn)動平滑，減小振動，可在步進(jìn)電機(jī)控制脈沖的上升沿和下降沿采用細(xì)分的梯形波，可以

7、減小步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，跳過電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。在步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)時，為了防止因慣性而使電機(jī)軸產(chǎn)生順滑，則需采用合適的鎖定波形，產(chǎn)生鎖定磁力矩，鎖定步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸不能自由轉(zhuǎn)動。 （4） 步進(jìn)電機(jī)的加減速控制 在步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)中，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果信號變化太快，步進(jìn)電機(jī)由于leizi888 2010慣性跟不上電信號的變化，這時就會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步現(xiàn)象。所有步進(jìn)電機(jī)在啟動時，必須有加速過程，在停止時波形有減速過程。理想的加速曲線一般為指數(shù)曲線，步進(jìn)電機(jī)整個降速過程頻率變化規(guī)律是整個加速過程頻率變化規(guī)律的逆過程。選定的曲線比較符合步進(jìn)電機(jī)升降過程的運(yùn)行規(guī)律，能充分利用步進(jìn)電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩，快速

8、響應(yīng)性好，縮短了升降速的時間，并可防止失步和過沖現(xiàn)象。在一個實(shí)際的控制系統(tǒng)中，要根據(jù)負(fù)載的情況來選擇步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)能響應(yīng)而不失步的最高步進(jìn)頻率稱為“啟動頻率”，于此類似“停止頻率”是指系統(tǒng)控制信號突然關(guān)斷，步進(jìn)電機(jī)不沖過目標(biāo)位置的最高步進(jìn)頻率。電機(jī)的啟動頻率、停止頻率和輸出轉(zhuǎn)矩都要和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量相適應(yīng)，有了這些數(shù)據(jù)，才能有效地對電機(jī)進(jìn)行加減速控制。加速過程有突然施加的脈沖啟動頻率f0。步進(jìn)電機(jī)的最高啟動頻率（突跳頻率）一般為0.1 KHz 到34KHz ，而最高運(yùn)行頻率則可以達(dá)到 N*102KHz ，以超過最高啟動頻率的頻率直接啟動，會產(chǎn)生堵轉(zhuǎn)和失步的現(xiàn)象。在一般的應(yīng)用中，經(jīng)過大量實(shí)踐和

9、反復(fù)驗(yàn)證，頻率如按直線上升或下降，控制效果就可以滿足常規(guī)的應(yīng)用要求。用PLC 實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的加P 減速控制，實(shí)踐上就是控制發(fā)脈沖的頻率。加速時，使脈沖頻率增高，減速則相反。如果使用定時器來控制電機(jī)的速度，加減速控制就是不斷改變定時中斷的設(shè)定值。速度從v1v2 變化，如果是線性增加，則按給定的斜率加 P 減速；如果是突變，則按階梯加速處理。在此過程中要處理好兩個問題： 速度轉(zhuǎn)換時間應(yīng)盡量短。為了縮短速度轉(zhuǎn)換的時間，可以采用建立數(shù)據(jù)表的方法。結(jié)合各曲線段的頻率和各段間的階梯頻率，就可以建立一個連續(xù)的數(shù)據(jù)表，并通過轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換為定時初始表。通過在不同的階段調(diào)用相應(yīng)的定時的初值，就可控制電機(jī)的運(yùn)行

10、。定時初值的計算是在定時中斷外實(shí)現(xiàn)的，并不占用中斷時間，保證電機(jī)的高速運(yùn)行。 保證控制速度的精確性。要從一個速度準(zhǔn)確達(dá)到另一個速度，就要建立一個校驗(yàn)機(jī)制，以防超過或未達(dá)到所需速度。 （5） 步進(jìn)電機(jī)的換向控制 步進(jìn)電機(jī)換向時，一定要在電機(jī)降速停止或降到突跳頻率范圍之內(nèi)在換向，以免產(chǎn)生較大的沖擊而損壞電機(jī)。換向信號一定要在前一個方向的最后一個脈沖，結(jié)束后以及下一個方向的第一個脈沖前發(fā)出。對于脈沖的設(shè)計主要要求其有一定的脈沖寬度、脈沖序列的均勻度及高低電平方式。在某一高速下的正、反向切換實(shí)質(zhì)包含了降速換向加速3 個過程。 步進(jìn)電機(jī)有如下特點(diǎn)： 步進(jìn)電機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，因此當(dāng)它轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)

11、后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。 由步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既非常方便、廉價，也非常可靠。同時，它也可以有角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速。 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得很大的轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負(fù)載。 步進(jìn)電機(jī)只能通過脈沖電源供電才能運(yùn)行，它不能直接用交流電源或直流電源。 3 硬件電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖AT89C51單片機(jī)系統(tǒng)控制器按鍵輸入電源電路驅(qū)動電路數(shù)碼管顯示預(yù)置數(shù)控制清零脈沖序列方向控制信號步進(jìn)電機(jī)功率放大信號同步顯示角度及轉(zhuǎn)速3.2 LCD1602顯示器3.2.1

12、 液晶顯示器各種圖形的顯示原理   線段的顯示 點(diǎn)陣圖形式液晶由M×N個顯示單元組成，假設(shè)LCD顯示屏有64行，每行有128列，每8列對應(yīng)1字節(jié)的8位，即每行由16字節(jié)，共16×8=128個點(diǎn)組成，屏上64×16個顯示單元與顯示RAM區(qū)1024字節(jié)相對應(yīng)，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。例如屏的第一行的亮暗由RAM區(qū)的000H00FH的16字節(jié)的內(nèi)容決定，當(dāng)（000H）=FFH時，則屏幕的左上角顯示一條短亮線，長度為8個點(diǎn)；當(dāng)（3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當(dāng)（000H）=FFH，（001H）=00H，（002

13、H）=00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由8段亮線和8條暗線組成的虛線。這就是LCD顯示的基本原理。字符的顯示：   用LCD顯示一個字符時比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€字符由6×8或8×8點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應(yīng)的顯示RAM區(qū)的8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為“1”，其它的為“0”，為“1”的點(diǎn)亮，為“0”的不亮。這樣一來就組成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此送上

14、該字符對應(yīng)的代碼即可。漢字的顯示：漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機(jī)中提取要顯示的漢字的點(diǎn)陣碼（一般用字模提取軟件），每個漢字占32B，分左右兩半，各占16B，左邊為1、3、5右邊為2、4、6根據(jù)在LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示RAM對應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標(biāo)位置加1，送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié)直到32B顯示完就可以LCD上得到一個完整漢字 3.2.2引腳功能說明1602LCD采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳（無背光）或16腳（帶背光）接口，各引腳接口說明如表 編號符號引腳說明編號符號引腳說明1VSS電源地9D2數(shù)據(jù)2VDD電

15、源正極10D3數(shù)據(jù)3VL液晶顯示偏壓11D4數(shù)據(jù)4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5數(shù)據(jù)5R/W讀/寫選擇13D6數(shù)據(jù)6E使能信號14D7數(shù)據(jù)7D0數(shù)據(jù)15BLA背光源正極8D1數(shù)據(jù)16BLK背光源負(fù)極3.2.3其與單片機(jī)的連接如下圖所示 1602液晶模塊內(nèi)部的控制器共有11條控制指令，如下表所示序號指令RSR/WD7D6D5D4D3D2D1D01清顯示00000000012光標(biāo)返回000000001*3置輸入模式00000001I/DS4顯示開/關(guān)控制0000001DCB5光標(biāo)或字符移位000001S/CR/L*6置功能00001DLNF*7置字符發(fā)生存貯器地址0001字符發(fā)生存貯器地址8置數(shù)據(jù)存貯

16、器地址001顯示數(shù)據(jù)存貯器地址9讀忙標(biāo)志或地址01BF計數(shù)器地址10寫數(shù)到CGRAM或DDRAM）10要寫的數(shù)據(jù)內(nèi)容11從CGRAM或DDRAM讀數(shù)11讀出的數(shù)據(jù)內(nèi)容3.3 80C51單片機(jī)3.4 時鐘信號控制電路 如圖3.3所示，89C51芯片內(nèi)部有一個高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端為XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構(gòu)成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C1和C2可以穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調(diào)作用。振蕩脈沖頻率為0到24。振蕩信號從XTAL2端輸入到片內(nèi)的時鐘發(fā)生器上。 圖 3.3 時鐘信號控制電路3.5 驅(qū)動電路 如圖3.5所示，驅(qū)動電路用L298

17、來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，L298 所出產(chǎn)的雙全橋步進(jìn)電機(jī)專用驅(qū)動芯片，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相 和四相步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進(jìn)電機(jī)，內(nèi)含二個H-Bridge 的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯準(zhǔn)位信號，可驅(qū)動46V、2A以下的步進(jìn)電機(jī)，且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(jī)的IO端口來提供模擬時序信號。圖 3.5 驅(qū)動電路引腳功能說明：引腳NameFunction 功能說明1;15Sense A; Sense B電流監(jiān)測端,1、15和PowerSO的2、19用法一樣，SEN1、SEN2分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接

18、接地2;3Out 1; Out 21Y1、1Y2輸出端4VS功率電源電壓,此引腳與地必須連接100nF電容器5;7Input 1; Input 21A1、1A2輸入端，TTL電平兼容6;11Enable A; Enable BTTL電平兼容輸入 1EN、2EN使能端，低電平禁止輸出8GNDGND地9VSS邏輯電源電壓。 此引腳與地必須連接100nF電容器10; 12Input 3; Input 42A1、2A2 輸入端，TTL電平兼容13; 14Out 3; Out 42Y1、2Y2 輸出端 監(jiān)測引腳15N.C.Not Connected 空3.6顯示電路 如圖3.6所示，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速顯示是

19、通過1602來實(shí)現(xiàn)的。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個5X7或者5X11等點(diǎn)陣字符位組成，每個點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個字符，每位之間有一個點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂运荒芎芎玫仫@示圖形（用自定義CGRAM，顯示效果也不好）。 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為16X2,即可以顯示兩行，每行16個字符液晶模塊（顯示字符和數(shù)字）。 1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中： 第1腳：VSS為電源地 第2腳：VCC接5V電源正極 第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時對比度最弱，接地

20、電源時對比度最高（對比度過高時會 產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10K的電位器調(diào)整對比度）。 第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。 第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。 第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。 第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。 第1516腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。3.7鍵盤電路本次設(shè)計要對步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和點(diǎn)動等功能，所以設(shè)計了鍵盤按鍵分別進(jìn)行步進(jìn)電機(jī)的“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“點(diǎn)動”和“停止”。 4 軟件系統(tǒng)設(shè)計4.1 主程序流程圖 如圖4.1是主

21、程序流程圖，初始化程序后，有鍵按下該按鍵對應(yīng)值為0，其他按鍵則為1來進(jìn)行按鍵的處理，并且進(jìn)行控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及點(diǎn)動以及停轉(zhuǎn)。在處理案件的過程中，如有其他鍵按下，則退出該鍵的循環(huán)改為進(jìn)入更改過后的按鍵的處理程序然后調(diào)用顯示程序顯示轉(zhuǎn)過的角度數(shù)。如此進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和顯示。開始否否否否否否否否是是是是是是是是是是是是是是是電機(jī)轉(zhuǎn)過一個反步距角是否暫停？顯示是否切換？顯示是否切換？數(shù)碼管顯示電機(jī)反轉(zhuǎn)速 正/反轉(zhuǎn)？是否啟動？數(shù)碼管顯示反轉(zhuǎn)過角度數(shù)碼管顯示正轉(zhuǎn)過角度數(shù)碼管顯示電機(jī)正轉(zhuǎn)速是否置位？電機(jī)轉(zhuǎn)過一個正步距角設(shè)置轉(zhuǎn)速電機(jī)開始正向轉(zhuǎn)動設(shè)置轉(zhuǎn)速電機(jī)開始反向轉(zhuǎn)動DOP是否按下？DOP是否按下？是否暫停？初始

22、化單片機(jī)否4.2 鍵盤處理共設(shè)置16鍵，09數(shù)字鍵 設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)速 及相關(guān)參數(shù)。 EBTER/STOP 確認(rèn)和暫停DOP 點(diǎn)動Z/F 控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)BSELECT 設(shè)置位數(shù)選擇 REST 復(fù)位鍵5 Protues仿真平臺簡介Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞，Protues是一個能仿真模擬和數(shù)字電路，特別是能夠仿真單片機(jī)、A

23、RM、DSP、FPGA等的軟件，它還能和KEIL軟件在同一臺機(jī)子實(shí)現(xiàn)聯(lián)調(diào)Protues可提供的仿真儀表資源 ：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電路中隨意的調(diào)用PROTUES不僅可將許多單片機(jī)實(shí)例功能形象化，也可將許多單片機(jī)實(shí)例運(yùn)行過程形象化。前者可在相當(dāng)程度上得到實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)的效果，后者則是實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)難以達(dá)到的效果。 它的元器件、連接線路等卻和傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)硬件高度對應(yīng)。這在相當(dāng)程度上替代了傳統(tǒng)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能，例：元器件選擇、電路連接、電路檢測、電路修改、軟件調(diào)試、運(yùn)行結(jié)果等。

24、課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生走向就業(yè)的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。由于PROTUES提供了實(shí)驗(yàn)室無法相比的大量的元器件庫，提供了修改電路設(shè)計的靈活性、提供了實(shí)驗(yàn)室在數(shù)量、質(zhì)量上難以相比的虛擬儀器、儀表，因而也提供了培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐精神、創(chuàng)造精神的平臺。因此在不具備實(shí)驗(yàn)前可以利用protues進(jìn)行仿真的檢查。6 仿真的電路圖7 課程設(shè)計總結(jié)本系統(tǒng)主要研究了一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制及驅(qū)動的電路設(shè)計。設(shè)計采用AT89C51單片機(jī)作為控制模塊的核心，利用單片機(jī)編程實(shí)現(xiàn)了對步進(jìn)電機(jī)的控制。由單片機(jī)產(chǎn)生的信號經(jīng)ULN2003A芯片進(jìn)行功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)工作，同時由數(shù)碼管同步顯示預(yù)置數(shù)和所轉(zhuǎn)角度，由相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)預(yù)置轉(zhuǎn)速

25、、控制、清零功能。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)：（1） 預(yù)設(shè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速；（2） 啟動停止、正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)等功能的基本控制；（3） 同步顯示轉(zhuǎn)過角度；（4） 步進(jìn)電機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)時可以對預(yù)置數(shù)進(jìn)行清零操作。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件部分的優(yōu)勢，編程靈活方便來滿足系統(tǒng)的要求。通過實(shí)際測試表明本設(shè)計系統(tǒng)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)控制器，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)、人機(jī)接口簡單方便、性價比高等特點(diǎn)。本設(shè)計作品，就是單片機(jī)在智能化儀表方面的具體應(yīng)用，充分體現(xiàn)了單片機(jī)的優(yōu)越之處。本論文，從硬件設(shè)計到軟件設(shè)計，根據(jù)硬件的工作原理及設(shè)計原理，對設(shè)計的設(shè)計方案做了仔細(xì)的分析。8 程序源代碼#include

26、<reg51.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define ink P3#define LCDPORT P0sbit RS=P20;sbit RW=P21;sbit E=P22;unsigned int buffer32;uchar buffer23;uchar Point,KeyValue=16,NUM,s1,xc; uchar code dc_s9=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09,0x01;unsign

27、ed char code ASCII=0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39;uint cnt,cnt1,dcc1;uchar dc,a,dcs;uint cnt,cnt1,an,dcc,dca,dcc1;uint ge,shi,bai,qian,wan;void DELAY(unsigned int N) unsigned int i; for(i=0;i<N;i+);void WRITE_CMD(unsigned char CMD_BYTE) LCDPORT=CMD_BYTE; RS=0; RW=0; E=1; _nop_(

28、); E=0; _nop_();void WRITE_DAT(unsigned char DAT_BYTE) LCDPORT=DAT_BYTE; RS=1; RW=0; E=1; _nop_(); E=0; _nop_();void INIT(void) WRITE_CMD(0x38); DELAY(1000); WRITE_CMD(0x06); DELAY(1000); WRITE_CMD(0x0F); DELAY(1000); WRITE_CMD(0x0c); DELAY(1000); WRITE_CMD(0x01); DELAY(1000);void main(void)TMOD=0x1

29、1;TH1=0xFC;/1ms time constant12MTL1=0x18;ET1=1;TR1=1;TH0=0xfc;/10ms time constant12MTL0=0x18;ET0=1;TR0=1;PT0=1;EA=1;buffer3=0x53;buffer4=0x50;buffer5=0x45;buffer6=0x45;buffer7=0x44;buffer9=0x30;buffer10=0x30;buffer11=0x30;buffer12=0x2f;buffer13=0x4d;buffer14=0x49;buffer15=0x4e;buffer24=0x30;buffer25

30、=0x30;buffer26=0x30;buffer27=0x30;buffer28=0x30;buffer29=0x30;buffer30=0x30;buffer31=0xdf;INIT();s1=5;a=-1;cnt1=100;while(1) if(KeyValue<10)/ 輸入值 NUM=KeyValue; KeyValue=16; switch(s1) case 1: buffer1=ASCIINUM; break; case 2: buffer2=ASCIINUM; break; case 3: buffer9=ASCIINUM; break; case 4: buffer

31、10=ASCIINUM; buffer21=NUM; break; case 5: buffer11=ASCIINUM; buffer22=NUM; break; if(KeyValue=10) /位選 KeyValue=16;s1-; NUM=0; if(s1=3) s1=5; switch(KeyValue) case 15:if(a=-1) if(dc=0) +dcs; if(dcs>3) dcs=0; P1=dc_sdcs; dcc+; else -dcs; if(dcs<0) dcs=3; P1=dc_sdcs; dcc+; KeyValue=16; break; /鍵盤

32、中斷掃描/void T1_ISR(void) interrupt 3 static unsigned char i,k,in,n,m; static unsigned char CNT=0,KeyCNT=0;TH1=0xFC;/1ms time constant12MTL1=0x18; ink=0xf0; i+; if(i=16) WRITE_CMD(0xc0); DELAY(1000); if(i=32) i=0; WRITE_CMD(0x80); DELAY(1000); WRITE_DAT(bufferi); if(CNT%5=0)/鍵盤掃描 if(P3&0xf0)!=0xf0)&&(KeyCNT=0)KeyCNT+; switch(KeyCNT) case 0: break; case 1:if(P3&0xf0)!=0xf0) for(m=0;m<4;m+) ink=(0x01<<m); for(n=0;n<4;n+) in=ink; in=in>>(4+n); if(in&0x01)=0)k=n+m*4; KeyCNT+;elseKey