步進電機轉速控制系統(tǒng)

1、課程設計報告題目：步進電機轉速控制顯示系統(tǒng)學生姓名：陶寧學生學號： 0908020132 系別：電氣信息工程專業(yè)：自動化屆別： 2013屆指導教師：苗磊電氣信息工程學院制2012年 5 月成績淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 1 頁步進電機轉速控制顯示系統(tǒng)學生：陶寧指導教師：苗磊電氣信息工程學院自動化系1 課程設計的任務與要求1.1 課程設計的任務對于步進電機的進行轉速控制，包括正轉與反轉，并且通過lcd 顯示。1.2 課程設計的要求該設計要求通過程序實現(xiàn)單片機對電動機進行控制。共包含五個鍵盤， 分別操控正轉、反轉、停止、加速、減速。并且講電動機的轉動狀態(tài)反映在

2、lcd 上。1.3 課程設計的研究基礎2 步進電機轉速控制顯示系統(tǒng)方案制定2.1 方案提出方案一：使用開關直接控制電動機的正反轉以及轉速控制，此種設計非常簡便易操作，共兩個開關控制。圖 1 方案一開始電動機初始電動機正轉電動機反轉電動機勻速轉動電動機加速正轉電動機停止勻速電動機減速反轉end 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 2 頁方案二：使用四個五個開關分別控制電機的正轉、反轉、停止、加速、減速。圖 2 方案二2.2 方案比較方案一：本方案十分簡單， 除了實現(xiàn)正常的正轉反轉， 只能實現(xiàn)步進電機的正轉加速，還有反轉減速， 并不能實現(xiàn)正轉減速或者反轉加速等功能。程

3、序設計上比較簡單，實用性不大。方案二：本方案較方案一復雜些， 并且成功的實現(xiàn)了電機的正轉加速和減速，反轉的加速和減速，簡單明了，控制范圍更大，實用性更強。但是由于復雜性增加，程開始電動機正轉電動機反轉正轉加速正轉減速反轉加速反轉減速電動機停止轉動結束電動機初始狀態(tài)淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 3 頁序的編寫難度上就增加了。2.3 方案論證對于以上兩個方案比較分析得出：方案二成功的實現(xiàn)了方案一所有的功能，而且其他功能上更加全面。 使用上也更加易操作。 方案一對于簡單的應用可以適用，但局限性很大，有時無法實現(xiàn)必要的功能。2.4 方案選擇根據以上的比較論證，選擇方

4、案二。3 步進電機轉速控制顯示系統(tǒng)方案設計3.1 各單元模塊功能介紹及電路設計該設計分為控制模塊，驅動模塊，顯示模塊?？刂颇K： 五個開關控制單片機的輸入高低電平，通過單片機的接口功能設計程序控制輸出電平的高低最后達到控制電動機正反轉的功能。驅動模塊：通過單片機的p0.0到 p0.3控制步進電機之前的放大噐uln2003a ，從而達到控制步進電機轉速的效果。顯示模塊： 通過單片機中的 p3.0到 p3.5和 p2.7控制 lcd 12864，以顯示目前電動機的狀態(tài)。3.2 電路參數的計算及元器件的選擇12864 液晶電源： vdd：+5v；lcd 外接驅動電壓為 -5.0-14.0v。步進電機

5、：額定電壓12v；額定電流 0.5a。uln2003a 輸入額定電壓為 +12v。3.3 特殊器件的介紹（1）at89c51 at89c51 是一種帶4k 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperomfalsh programmable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能cmos8 位微處理器，俗稱單片機。由于將多功能8 位 cpu 和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。1）主要特性a.與 mcs-51 兼容b.4k 字節(jié)可編程閃爍存儲器淮南師范學院電氣信息

6、工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 4 頁c.壽命： 1000寫/擦循環(huán)d.數據保留時間： 10年e.全靜態(tài)工作： 0hz-24hz f.三級程序存儲器鎖定g.128*8 位內部 ram k.可編程串行通道l.低功耗的閑置和掉電模式m.片內振蕩器和時鐘電路2）管腳說明a.vcc：供電電壓。b.gnd：接地。c.p0口：p0口為一個 8 位漏級開路雙向 i/o 口，每腳可吸收 8ttl 門電流。d.p1 口：p1口是一個內部提供上拉電阻的8 位雙向 i/o 口，p1 口緩沖器能接收輸出 4ttl 門電流。e.p2口：p2口為一個內部上拉電阻的8 位雙向 i/o 口，p2 口緩沖器可接收

7、，輸出 4 個 ttl 門電流。f.p3 口：p3 口管腳是 8 個帶內部上拉電阻的雙向i/o 口，可接收輸出4 個 ttl門電流34。（2）uln2003a uln2003a 是一個 7 路反向器電路，即當輸入端為高電平時uln2003a 輸出端為低電平，當輸入端為低電平時uln2003a 輸出端為高電平。 共 16 個端口，其中 17 口為輸入端口，相對應1610口為輸出端口。 8 號口 9 號口為地與 com端口3。圖 3 uln2003a 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 5 頁（3） 步進電機 motor-stepper 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻?/p>

8、位移或線位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下， 電機的轉速、 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響， 當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度， 稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的； 同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速目的3。3.4 系統(tǒng)整體電路圖圖 4 系統(tǒng)整體電路圖4 步進電機轉速控制顯示系統(tǒng)仿真和調試4.1 仿真軟件介紹本設計主要采用protues軟件，protues軟件是英國 labcenter elect

9、ronics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， 還能仿真單片機及外圍器件。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、pcb 設計軟件和虛擬模型仿真軟件三淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 6 頁合一的設計平臺，其處理器模型支持8051、hc11、pic10/12/16/18/24/30/dspic33 、avr、arm 、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、keil 和 mplab 等多種編譯。它具有豐富的元器件庫，超過2

10、7000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。仿真元器件資源：仿真數字和模擬、交流和直流等數千種元器件，有30 多個元件庫。仿真儀表資源：示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、spi 調試器、 i2c 調試器、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用。圖形顯示功能， 可以將線路上變化的信號， 以圖形的方式實時地顯示出來，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指標，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測量結果的影響。還提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數字信號12。4.2 系

11、統(tǒng)仿真實現(xiàn)（1）打開仿真，出現(xiàn)如圖界面，目前電動機為停止狀態(tài)。圖 5 初始狀態(tài)淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 7 頁（2）按下 k1 正轉開關，電動機開始正轉，lcd 顯示正轉。圖 6 正轉狀態(tài)（3）按下 k4 開關，電動機開始加速轉動，顯示屏顯示正轉加速。圖 7 正轉加速狀態(tài)淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 8 頁（4）隨后轉速達到穩(wěn)定， lcd 顯示正轉正常運行。圖 8 正轉正常運行狀態(tài)（5）按下 k6 開關，使電動機減速，顯示正轉減速運行。圖 9 正轉減速淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 9

12、 頁（6）當步進電機轉速達到穩(wěn)定時，lcd 顯示正轉低速運行。圖 10 正轉低速運行（7）此時按下 k3，無需先按下k2 停止，電動機實現(xiàn)反轉運行，顯示反轉低速運行。圖 11 反轉低速運行淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 10 頁（8）此時按下 k4，與正轉加速類似，加速過程后，顯示反轉正常運行。圖 12 反轉正常運行狀態(tài)4.3 系統(tǒng)測試測試環(huán)境： 20測試儀器： xp 系統(tǒng)計算機， protues仿真軟件， keil 程序編輯軟件。測量數據：暫無數據。4.4 數據分析由于本課程設計僅限于仿真階段，實現(xiàn)其設計功能， 未做出實體， 所以暫時沒有數據，有待以后深入研

13、究發(fā)展。5 總結5.1 設計小結本設計通過分析步進電機結構工作原理，查閱步進電機控制系統(tǒng)的相關科技文獻，遵循實用、簡單、可靠和低成本的原則，設計了一種既可用于精度要求不高，但控制需完備的場合，對本次設計，有以下結論：（1）采用單片機為控制核心，利用其強大的功能，把開關和顯示電路有機的結合起來，組成一個操作方便， 交互性強的控制系統(tǒng)。 而且整個系統(tǒng)所包含的技術包括了很多現(xiàn)本科學校自動化專業(yè)所要求的知識，有利于實踐教學取得最大效果?；茨蠋煼秾W院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 11 頁（2）系統(tǒng)軟件采用結構化設計，具有易維護性，根據用戶新的要求，對軟件系統(tǒng)進行少量的修改，使系統(tǒng)

14、功能得到一定程度的提高。5.1 收獲體會通過對本設計的設計與研究，對于proteus 有了更深層次的了解，對于軟件操作也更加的熟練。 基于以前的對于單片機的知識的學習，沒有十分系統(tǒng)的做過相應的實驗，此軟件的仿真功能很好的解決了這一問題。使得對于單片機的各個接口，模塊功能，程序的設計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)的應用討論不夠，精度還有待于進一步提高。5.2 展望隨著技術的不斷發(fā)展， 步進電機的控制應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絡化的方向發(fā)展。此課程設計還是比較基礎部分，基本上在實用上沒有太大用途， 但是我們要在現(xiàn)在的基礎上

15、，不斷吸收新的技術和方法， 并將其應用于課題研究上來， 為以后學習更多的電子類如嵌入式、微機原理等知識打下了堅實基礎。6 參考文獻1 侯玉寶 , 等 . 基于 proteus的 51 系列單片機設計與仿真 m. 電子工業(yè)出版社,2010. 2 林志琦 , 等 . 基于 proteus的單片機可視化軟硬件仿真 m. 科學出版社 ,2006. 3 李全利 , 等 . 單片機原理及接口技術 m. 北京航空航天大學出版社,2010. 4 薛均義 , 等 . mcs-51 系列單片微型計算機及其應用 m. 西安交通大學出版社,2009. 7 附錄7.1 系統(tǒng)主要功能展示圖圖 13 系統(tǒng)展示淮南師范學院電

16、氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 12 頁 7.2器件清單元件名稱元件個數at89c51 1 ampire12864 1 and_8 1 7074 4 button 5 cap 2 uln2003a 1 respack-7 1 crystal 1 motor-stepper 1 phyc0402np015p 1 pot-lin 1 res 6 10watt1k 2 3watt2k2 2 7.3 c 程序#include #include #include #define uc unsigned char #define ui unsigned int #define lcdp

17、age 0 xb8 #define lcdline 0 x40 sbit p00=p00; sbit p01=p01; sbit p02=p02; sbit p03=p03; 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 13 頁sbit e=p35; sbit rw=p34; sbit rs=p32; sbit l=p31; sbit r=p30; sbit busy=p27; uc scan_key1,scan_key2; uc step1;step2; static step_index; ui count1,count2; uc butter; static spe

18、ed; uc code chang= 0 x20,0 x18,0 x08,0 x09,0 xee,0 xaa,0 xa8,0 xaf, 0 xa8,0 xa8,0 xec,0 x0b,0 x2a,0 x18,0 x08,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x3e,0 x02,0 x02,0 x02,0 x02,0 xff, 0 x02,0 x02,0 x12,0 x22,0 x1e,0 x00,0 x00,0 x00, ; uc code yun= 0 x40,0 x41,0 xce,0 x04,0 x00,0 x20,0 x22,0 xa2, 0 x62,0 x22,0 xa2,0 x

19、22,0 x22,0 x22,0 x20,0 x00, 0 x40,0 x20,0 x1f,0 x20,0 x28,0 x4c,0 x4a,0 x49, 0 x48,0 x4c,0 x44,0 x45,0 x5e,0 x4c,0 x40,0 x00, ; uc code xing= 0 x10,0 x08,0 x84,0 xc6,0 x73,0 x22,0 x40,0 x44, 0 x44,0 x44,0 xc4,0 x44,0 x44,0 x44,0 x40,0 x00, 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 14 頁0 x02,0 x01,0 x00,0 xff

20、,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x40,0 x80,0 x7f,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, ; uc code zheng = 0 x00,0 x02,0 x02,0 xc2,0 x02,0 x02,0 x02,0 x02, 0 xfe,0 x82,0 x82,0 x82,0 x82,0 x82,0 x02,0 x00, 0 x20,0 x20,0 x20,0 x3f,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20, 0 x3f,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x20,0 x00, ; uc code z

21、huan = 0 xc8,0 xa8,0 x9c,0 xeb,0 x88,0 x88,0 x88,0 x40, 0 x48,0 xf8,0 x4f,0 x48,0 x48,0 x48,0 x40,0 x00, 0 x08,0 x08,0 x04,0 xff,0 x04,0 x04,0 x00,0 x02, 0 x0b,0 x12,0 x22,0 xd2,0 x0e,0 x02,0 x00,0 x00, ; uc code contrary = 0 x00,0 x00,0 xfe,0 x12,0 x72,0 x92,0 x12,0 x12, 0 x12,0 x11,0 x91,0 x71,0 x

22、01,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x40,0 x30,0 x4f,0 x40,0 x20,0 x21,0 x12,0 x0c, 0 x0c,0 x12,0 x11,0 x20,0 x60,0 x20,0 x00,0 x00, ; uc code ting = 0 x80,0 x40,0 x20,0 xf8,0 x07,0 x02,0 x04,0 x74, 0 x54,0 x55,0 x56,0 x54,0 x74,0 x04,0 x04,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x00,0 xff,0 x00,0 x03,0 x01,0 x05, 0 x45,0 x85,0 x7

23、d,0 x05,0 x05,0 x05,0 x03,0 x00, 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 15 頁; uc code zhi = 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 xf0,0 x00,0 x00,0 x00, 0 xff,0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x00,0 x00, 0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x7f,0 x40,0 x40,0 x40, 0 x7f,0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x40,0 x00, ; uc code jia= 0 x

24、00,0 x08,0 x08,0 x08,0 xff,0 x08,0 x08,0 xf8, 0 x00,0 xf8,0 x08,0 x08,0 x08,0 xf8,0 x00,0 x00, 0 x40,0 x20,0 x18,0 x07,0 x00,0 x20,0 x40,0 x3f, 0 x00,0 x7f,0 x10,0 x10,0 x10,0 x3f,0 x00,0 x00, ; uc code su= 0 x40,0 x42,0 xcc,0 x00,0 x04,0 xe4,0 x24,0 x24, 0 xff,0 x24,0 x24,0 x24,0 xe4,0 x04,0 x00,0

25、x00, 0 x40,0 x20,0 x1f,0 x20,0 x48,0 x49,0 x45,0 x43, 0 x7f,0 x41,0 x43,0 x45,0 x4d,0 x40,0 x40,0 x00, ; uc code jian= 0 x00,0 x02,0 xec,0 x00,0 xf8,0 x28,0 x28,0 x28, 0 x28,0 x28,0 xff,0 x08,0 x8a,0 xec,0 x48,0 x00, 0 x02,0 x5f,0 x20,0 x18,0 x07,0 x00,0 x1f,0 x49, 0 x5f,0 x20,0 x13,0 x0c,0 x13,0 x2

26、0,0 x78,0 x00, ; uc code bai= 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 16 頁 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00, ; uc code di= 0 x40,0 x20,0 xf0,0 x0

27、c,0 x07,0 x02,0 xfc,0 x44, 0 x44,0 x42,0 xfe,0 x43,0 x43,0 x42,0 x40,0 x00, 0 x00,0 x00,0 x7f,0 x00,0 x00,0 x00,0 x7f,0 x20, 0 x10,0 x28,0 x43,0 x0c,0 x10,0 x20,0 x78,0 x00, ; void inilcd(void); void chkbusy(void); void wcode(uc cd) ; void wdata(uc dat); void disrow(uc page,uc col,uc *temp); void di

28、splay( uc page,uc col,uc *temp); void ground(step); void run1(); void run2(); void stop(); void delay(ui time); void inilcd(void) l=1;r=1; wcode(0 x38); wcode(0 x0f); wcode(0 xc0); wcode(0 x01); 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 17 頁wcode(0 x06); void chkbusy(void) e=1; rs=0; rw=1; p2=0 xff; while(!b

29、usy); void wcode(uc cd) chkbusy(); p2=0 xff; rw=0; rs=0; p2=cd; e=1; e=0; void wdata(uc dat) chkbusy(); p2=0 xff; rw=0; rs=1; p2=dat; e=1; e=0; 淮南師范學院電氣信息工程學院2013 屆自動化專業(yè)課程設計報告第 18 頁void disrow(uc page,uc col,uc *temp) uc i; if(col64) l=1;r=0; wcode(lcdpage+page); wcode(lcdline+col); if(col+16)64) for(i=0;i16;i+) wdata(*(temp+i); else for(i=0;i64-col;i+) wdata(*(temp+i); l=0;r=1; wcode(lcdpage+page); wcode(lcdline); for(i=64-col;i16;i+) wdata(*(temp+i); else l=0;r=1; wcode(lcdpage+page); wcode(lcdline+col-64); for(i=0;i7) step_index=0; if(scan_key1=0)&(scan_key2=1) groun