步進電機正反轉啟?？刂频脑O計

1、成績 電機控制課程設計報告書 題 目 步進電機正反轉啟?？刂频脑O計 院 部 名 稱 機電工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 組 長 姓 名 學 號 同 組 學 生 設 計 地 點 工科樓C 設 計 學 時 1周 指 導 教 師 金陵科技學院教務處制 目錄一、設計任務和要求二、設計思路2.1系統(tǒng)總框圖-022.2設計原理-03三、系統(tǒng)硬件設置3.1時鐘信號控制電路原理介紹-03 3.1.1 芯片89C51介紹-03 3.1.2 芯片管腳說明-03 3.1.3 時鐘信號控制電路-053.2系統(tǒng)復位電路原理介紹-06 3.2.1 系統(tǒng)復位電路-063.3驅動電路原理介紹-06 3.3.1步

2、進電機原理介紹-06 3.3.2驅動電路-083.4正反轉控制電路原理介紹-08 3.4.1正反轉控制電路-08四、系統(tǒng)軟件設置4.1主程序流程圖-094.2源程序-09五、調試過程與結果-18六、總結與體會-18七、參考資料-19八、附錄-20附錄一 總電路圖20一、設計任務和要求電機控制課程設計是考察學生利用所學過的電機控制專業(yè)知識，進行綜合的電機控制系統(tǒng)設計并最終完成實際系統(tǒng)連接，能夠使學生對電氣與自動化的專業(yè)知識進行綜合應用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和團隊協(xié)作能力，提高學生的動手實踐能力。最終形成一篇符合規(guī)范的設計說明書，并參加綜合實踐答辯，為后期的畢業(yè)設計做好準備。本次設計考核的能力主要有

3、：1) 專業(yè)知識應用能力，包括電路分析、電子技術、單片機、檢測技術、電氣控制、電機與拖動、微特電機及其驅動、計算機高級語言、計算機輔助設計、計算機辦公軟件等課程，還包括本專業(yè)的拓展性課程如變頻器、組態(tài)技術、現場總線技術、伺服電機等課程。2) 項目設計與運作能力，團隊協(xié)作能力，技術文檔撰寫能力，PPT匯報與口頭表達能力。3) 電氣與自動化系統(tǒng)的設計與實際應用能力。要求完成的工作量包括：1) 制作實際成品，并現場演示效果。2) 學生結合課題進行PPT演講與答辯。3) 學生上交課題要求的各類設計技術文檔。二、 設計思路2.1 設計總體方框圖89C51單片機電源及晶振模塊復位模塊鍵盤控制模塊驅動模塊步

4、進電機 圖2-1 系統(tǒng)總體框圖2.2 設計原理 本系統(tǒng)主要是由電源（+5V）及時鐘信號模塊、復位模塊、電機驅動模塊（ULN2003A）、鍵盤控制模塊、步進電機等5個模塊組成。電源模塊的功能是提供直流5V電源給其余幾個模塊供電，時鐘信號模塊的功能是對單片機89C51提供工作周期，使89C51能夠正常工作，該電路也稱最小模式電路，對于沒有內部晶振的單片機，接上電源和晶振就是該單片機的最小系統(tǒng)。89C51芯片內部有一個反相放大器，用于構成振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器（這里電容取值在30PF，石英晶體為12MHZ），復位

5、電路的功能是使單片機初始化操作，只要給RESET引腳（9腳）加上2個機器周期以上的高電平信號，即可使單片機復位。復位電路的功能是只對89C51單片機復位，除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行出錯或是操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復位鍵重新復位。驅動模塊的功能是通過驅動器ULN2003A來驅動步進電機，通過單片機的P1.0-P1.3輸出脈沖到ULN2003A的1B-4B口，經信號放大后從1C-4C口分別輸出到電機的A、B、C、D相。鍵盤控制電路的功能是控制輸入部分設置了正/反轉控制、加減速和停止控制按鈕，內部程序檢測P0.0的狀態(tài)來調用相應的來調用相應的啟動和換向程

6、序，實現步進電機的正反轉控制。在該步進電機的控制器中，電機實現正反轉、加減速、停止控制。三、 系統(tǒng)硬件設計3.1 時鐘信號控制電路原理介紹3.1.1 芯片89C51介紹 圖3-1 89C51芯片引腳圖3.1.2 芯片管腳說明：1.VCC：供電電壓。2.GND：接地。3.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。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。4.P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻

7、的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。 5.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，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位

8、地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容。P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。6.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。當P3口寫入“1”后，它們被內部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3

9、.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。7.RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。8.ALE/PROG：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時，ALE端以不變的然而要注意的是：每當用作外部數據存儲器時，將跳過一個ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。9./PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器

10、取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數據存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現。10./EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。11.XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內部時鐘工作電路的輸入。12.XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。3.1.3 時鐘信號控制電路圖3-2 時鐘信號控制電路該電路工作原理：該電路也稱最小模式電路，對于沒有內部晶振的單

11、片機，接上電源和晶振就是該單片機的最小系統(tǒng)。89C51芯片內部有一個高增益反相放大器，用于構成振蕩器，反相放大器的輸入端為XTAL1，輸出端XTAL2，兩端跨接石英晶體及兩個電容就可以構成穩(wěn)定的自激振蕩器。電容C1、C2通常取30pf左右，可以穩(wěn)定頻率并對振蕩頻率有微調作用。振蕩信號從XTAL2端輸入到片內的時鐘發(fā)生器上。3.2 系統(tǒng)復位電路原理介紹3.2.1 系統(tǒng)復位電路圖3-3 系統(tǒng)復位電路 該電路工作原理：復位電路是單片機的初始化操作，只要給RESET引腳（9腳）加上2個機器周期以上的高電平信號，即可使單片機復位。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外，當程序運行出錯或是操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)

12、時，為了擺脫死鎖狀態(tài)，也需要按復位鍵重新復位。3.3 驅動電路原理介紹3.3.1步進電機原理介紹 該步進電機為四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。下圖是該四相反應式步進電機工作原理示意圖： 圖3-3 四相步進電機步進示意圖 開始時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產生錯齒。 當開關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，使轉子轉動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊

13、。而0、3號齒和A、B相繞組產生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉子會沿著A、B、C、D方向轉動。四相步進電機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動力矩又可以提高控制精度。 a. 單四拍 b. 雙四拍 c.八拍 3.3.2 驅動電路 圖3-4 驅動電路 該電路工作原理：通過驅動器ULN2003A來驅動步進電機，如圖3.3所示，通過單片機的P1.0-P1.3輸出脈沖到ULN2003A的1

14、B-4B口，經信號放大后從1C-4C口分別輸出到電機的A、B、C、D相。3.4 正反轉控制電路原理介紹3.4.1 正反轉控制電路 圖3-5正反轉控制電路 該電路工作原理：根據系統(tǒng)的控制要求，控制輸入部分設置了正/反轉控制、加速控制、減速控制和停止控制按鈕，通過按鍵狀態(tài)變化來實現電機的啟動、加減速和換向功能。當按鍵的狀態(tài)變化時，內部程序檢測P0.0的狀態(tài)來調用相應的來調用相應的啟動和換向程序，實現步進電機的正反轉控制。四、系統(tǒng)軟件設計4.1 主程序流程圖開始電動機停止轉動按鍵掃描判斷電機初試狀態(tài)轉動初始化程序電動機減轉動電動機加速轉動電動機反轉 4.2 源程序#include #include

15、#include key.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /Motorsbit A = P10; /定義管腳sbit b = P11;sbit C = P12;sbit D = P13; /步進電機驅動uchar velocity=30;unsigned char MotorStep=0;unsigned int MotorTimer = 0;unsigned int MotorDelay,Speed=1,TIM,CT;bit flag=0;/#define speed 8 / 調整速度 數值不要設的太低 低了會引起震

16、動。/* 初始化馬達 */void InitMotor() A = 1; b = 1; C = 1; D = 1;void SetMotor1() / if(Speed = 0) return; /MotorDelay=Speed;/調整速度 switch(MotorStep) case 0: if(TIM) / A A = 0; /0xf1 b = 1;C = 1; D = 1; MotorStep = 1;TIM=0; break; case 1: / AB if(TIM) A = 0; /0xf3 b = 0; C = 1; D = 1; MotorStep = 2;TIM=0; bre

17、ak; case 2: /B if(TIM) A = 1; b = 0; /0xf2 C = 1; D = 1; MotorStep = 3;TIM=0; break; case 3:/BC if(TIM) A = 1; b = 0; /0xf6 C = 0; D = 1; MotorStep = 4;TIM=0; break; case 4: /C if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf4 C = 0; D = 1; MotorStep = 5;TIM=0; break;case 5: /CD if(TIM) A = 1; b = 1; /0xfc C = 0; D = 0;

18、MotorStep = 6;TIM=0; break;case 6: /D if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf8 C = 1; D = 0; MotorStep = 7;TIM=0; break;case 7:/DA if(TIM) A = 0; b = 1; /0xf9 C = 1; D = 0; MotorStep = 0;TIM=0; break;void SetMotor2() switch(MotorStep) case 0: if(TIM) / A A = 0; /0xf1 b = 1;C = 1; D = 0; MotorStep = 1;TIM=0; brea

19、k; case 1: / AB if(TIM) A = 1; /0xf3 b = 1; C = 1; D = 0; MotorStep = 2;TIM=0; break; case 2: /B if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf2 C = 0; D = 0; MotorStep = 3;TIM=0; break; case 3:/BC if(TIM) A = 1; b = 1; /0xf6 C = 0; D = 1; MotorStep = 4;TIM=0; break; case 4: /C if(TIM) A = 1; b = 0; /0xf4 C = 0; D = 1;

20、 MotorStep = 5;TIM=0; break;case 5: /CD if(TIM) A = 1; b = 0; /0xfc C = 1; D = 1; MotorStep = 6;TIM=0; break;case 6: /D if(TIM) A = 0; b = 0; /0xf8 C = 1; D = 1; MotorStep = 7;TIM=0; break;case 7:/DA if(TIM) A = 0; b = 1; /0xf9 C = 1; D = 1; MotorStep = 0;TIM=0; break;void system_Ini() TMOD|= 0x11;

21、TH0=0xDC; /11.0592M TL0=0x00;IE = 0x8A; TR0 = 1;main() uchar num; system_Ini(); InitMotor(); while(1) if(velocity!= 0) if(flag=0) SetMotor1(); else SetMotor2(); else InitMotor(); num=KeyScan(); /循環(huán)調用按鍵掃描 switch(num) case 0: CT=0; flag=flag; /SetMotor(); break; case 1: CT=0; velocity=10; /SetMotor();

22、 break; case 2: CT=0; velocity=20; /SetMotor(); break; case 3: CT=0; velocity=0; /InitMotor(); break; default: break; /* 定時中斷延時 */ void Tzd(void) interrupt 1 TH0 = 0xfe; /11.0592 TL0 = 0x33;if( CT+=velocity) TIM=1; CT=0; 5、 調試過程與結果本次調試過程及注意事項可分為三個步驟：1. 檢查所有元件已被連接，電源線和接地線是否都連接完成，否則電路不能正常工作。2. 再將程序錄入到

23、單片機89C51中，并且保證5V電源提供給所有元件，使各模塊可以正常工作；在調試過程中必須保證單片機可以正常工作，一旦不能正常工作，電路就不能運行；3.將步進電機與電路連接時，保證四相線連接時正確的，確保步進電機正常運轉；六、總結與體會在做本次課程設計的過程中，感觸最深的當屬查閱大量的設計資料了。為了讓自己的設計更加完善，查閱這方面的設計資料是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在做微特電機課程設計，但我們不是藝術家，他們可以拋開實際盡情在幻想的世界里翱翔，而我們一切都要有據可依，有理可尋，不切實際的構想永遠只能是構想，永遠無法升級為設計。 其次，在這次課程設計中，我們運用到了以前所學的專業(yè)課知識，如：匯編語言、模擬和數字電路知識等。雖然過去從未獨立應用過它們，但在學習的過程中帶著問題去學我發(fā)現效率很高，這是我做這次課程設計的