單片機課程設計之步進電機

1、i安慶師范學院單片機課程設計課程名稱單片機課程設計題目名稱步進電機學 院 物理與電氣工程學院專業(yè)班級 1212 級電信三班姓 名 余秋雨黃冬冬樊丙寶學 號 099099 128128 134134指導教師楊偉_2目錄一、設計要求.3.（一）設計內容.3.（二）設計要求.3.二、設計總體方案 .3.51單片機功能：.3.步進電機工作原理： .4.方案比較與選擇 .5.方案 1.5.方案 2.6.三、電路分析.7.1、.步進電動機脈沖序列信號與轉速控制 .72、.步進電機方向與步距角的控制 .83、.步進電機的驅動電路及狀態(tài)顯示 .8驅動電路：.8.狀態(tài)顯示：.9.步進電機時序表： .9.四、程序

2、設計.10流程圖：.10主程序：.10五、討論及進一步研究建議 .12六、課程設計心得體會 .123參考文獻：.134單片機課程設計任務書、 設計要求(一)設計內容：用 89C52 單片機設計一個步進電機控制器(二)設計要求：(1)用 AT89C52 控制一個四相步進電機(2)可控制步進電機的啟動與停止、正轉與反轉、加速與減速( 3 ) 2 檔速度調節(jié)( 4) 可顯示電機運行參數二、設計總體方案51單片機功能：51 系列單片機中典型芯片(AT89C51)采用 40 引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內部由 CPU 4kB 的 ROM 256 B 的 RAM 2 個 16b 的定時/計數器 TO

3、和 T1, 4個 8 b 的工/ O 端 I : IP0 , P1, P2, P3, 個全雙功串行通信口等組成。特別是 該系列單片機片內的 Flash 可編程、可擦除只讀存儲器(EPROM,)使其在實際中 有著十分廣泛的用途, 在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統中更為有用。 該系列單片機引腳與封裝如圖 1 所示。5l 系列單片機提供以下功能：4 kB 存儲器；256 BRAM 32 條工/O 線；2 個 16b定時/計數器；5 個 2 級中斷源；1 個全雙向的串行口以及時鐘電路。5l 系列單片機為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。 充分利用它 的片內資源,即可在較少外圍電路的情況

4、下讓步進電機實現功能。5圖 1 51 系列單片機封裝圖步進電機工作原理：步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€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。可以通過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，從而達到調速的目的。28byj48 是最普通的減速步進電機，最大轉速大概是 14 圈/分鐘。該電機要是 節(jié)

5、拍太快的話，就不動了，而且還有一點異響。這個型號的電機最適合用于學習， 真正現實中用處不太大，無論是轉速、扭曲都不太理想，唯一有點就是價格便宜。 ULN2003是達林頓陣列，能用這個驅動的步進電機很少，而且受到電流限制， 性能不理想。該減速比為 64 的，都適合精密旋轉，但要速度不可觀。要想提高 轉速可以考慮以 L298N驅動，然后用 28 或者 35 步進電機（不帶減速），稍微大 一些，這樣達到 30 或 60 轉/分鐘比較容易。PI.0-PI I-PI.2-Pl.3PI 4PI 5-PI.7RST/VPD-RXDW.0IXDP3.1 WH7 P12-INTI P3.3-TO P3 4K P

6、35-WR P3 6-RD P37XTAL2XTA1J g910H12BA.T99C514()19朋17笳35Un3130292K1125242322-rrt-POO-PUI-P0.2-POJ-陽斗-PO.5P06-POT-A/Vg-ALLRIXJRFW- P2 7-P26P25P2.4P23-P21-P2.I-P：046方案比較與選擇萬案1:圖 2 方案 1 原理圖用到的元器件主要有： STC89C5 芯片、 ULN2003 驅動芯片、 LED 發(fā)光二極管、四相五線制步進電動機。一、此方案的優(yōu)點：1、 電路簡單，能夠實現對電機的正轉、反轉、加速、減速、停止的控制。2、 此方案通過 LED 燈

7、可以反映電機工作狀態(tài)。U5IB2a3B4 日ULH2003AXTAL1XTAL2POO.ADOPO 1A01PO 2/AD2PC 3-AD3PO 4AD4PO 5, ADSPO 61AC6FO 7fAD7P2&ASPZ. 1P22/A10P23/A11P?4*A12P25/A13P26 A14P2 7/A15P3 ORXDP3.1/TXDP3 2/iN7OP3 3/INT1P3 47TOP3.5/T1P3fiWR363363hr 0 011- TJFOQML反轉燈130pF7二、此萬案的缺點：3、 此方案程序未采取中斷的方式來實現對電動機的控制，CPU 勺利用率不高4、 無法直接顯示電

8、機轉速。8方案2: 圖 3 方案 2 原理圖用到的元器件主要有：STC89C5 芯片、ULN2003 驅動芯片、四相五線制步進 電動機、數字數碼管、三極管（驅動），LED 丁，蜂鳴器。一、此方案的優(yōu)點：AAAAAZkAAQ.LQ-Q.a.HQ.Q-3CPF30pFU5P21 CXTAL1XTAL2PO.O/ADOPD1/AD1PD2MD2 P03WD3P04/AD4PD.5/AD6POLADSRSTPO 7/AD7P2.1.WSP2 2V1OPSENP2.awnALEP24/A12EAP2 5/A13P26/A14P2.7ZM5Pl QTT2P3 tRXDPt 1H2EXP3 KTXDP1L2

9、P3.2/lUTCiP1.3P3.3/T1p 14P3 4/roP1I.5P3 5rriP1 6P17POTP01P02P03卜上PO5為POTP2CP21P22止轉伯至閃ULN2003AP22C91、 此電路加入了 LED 燈、蜂鳴器、數碼管，能夠通過 LED 燈直觀的觀察電機的 正反轉，在加減速的時候可以有提示音，并且數碼管可以直觀顯示電機轉速。2、 元件比較齊全，能夠實現對電機的正轉、反轉、加速、減速、停止的控制， 此方案在加速、減速的基礎上增加了兩個加速檔和三個減速檔。3、 此方案程序采取中斷的方式來實現對電動機的控制， 因此 CPU 勺利用率很高，在程序編寫時步進電機的轉速非常穩(wěn)定，

10、不會受其他程序的影響。二、此方案的缺點：1、由于程序采用中斷，數碼管顯示在中斷外，因此顯示很不穩(wěn)定。三、電路分析3.1步進電動機脈沖序列信號與轉速控制要步進電機可以“步進”就得產生下圖所示的脈沖序列。 此脈沖序列是用周期、 脈沖高度、通斷時間來表征的。數字電路中，脈沖高度由元件電平決定，如TTL電平為 05V, COMS!平為 010V。步進電機的每一步的響應。都需要一定的 時間，即一個高脈沖要保留一定的時間， 以便電機完全達到一定的位置。 通斷的 時間可以利用延時在軟件中實現，這決定了步進電機的實際工作速率。圖 4 脈沖序列3.2步進電機方向與步距角的控制步進電動機的勵磁方式可分為全部勵磁及

11、半步勵磁，其中全步勵磁又有1相勵磁及 2 相勵磁之分，而半步勵磁又稱 12 相勵磁。每輸出一個脈沖信號， 步進電動機只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號，步進電動機即可連續(xù)轉動。 本設計選擇半步勵磁（1 2 相勵磁）：1 2 相勵磁法為 1 相與 2 相輪流交替導 通。因分辨10率提高，且運轉平滑，每送一勵磁信號可走 9 度。若以 1 2 相勵磁 法控制步進電動機正轉，其勵磁順序如下所示（若勵磁信號反向傳送，則步進電 動機反轉）：勵磁順序：A AB- B BC-C CD D DA表 3 四相步進電動機運行控制數據表3Ikb .3 lliree movii 嗆 controUn datas of

12、 four - stepping motorSTEPABCD110002110030100斗0110500060011700081001通常步進電機步距角B的一般計算按下式計算B=360 /（Z- m- K）式中B步進電機的步距角；z轉子齒數；m步進電動機的相數；K控制系數，是拍數與相數的比例系數3、步進電機的驅動電路及狀態(tài)顯示驅動電路： 其中 1B、2B 3B、4B 分別與 P1.0、P1.1、P1.2、P1.3 相接。11狀態(tài)顯示：通過三位數碼管顯示轉速。步進電機時序表：步序控制位控制模型工作狀態(tài)DCBA1001103HAB2001002HB3011006HBC4010004HC51100

13、0CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA12四、程序設計流程圖:主程序:ORG 0000HLJMP STARTAU建為妾柔13ORG 0003HORG INTT0ORG 0030HSTART:SETB EASETB IT0SETB EX0MOV R0,#0MOV R7,#8CLR P2.0L1:MOV P1,#0FEHMOV DPTR,#TAB1MOV A,R0INC R0LCALL DELAY1MOVC A,A+DPTRMOV P0,AJNB P2.0JAN .LCALL DELAY2JIAN:DJNZ R7,L4MOV R0,#00HMOV R7,#8L4:JNB

14、 P3.1,L2 .JB P3.3,L7L5:JB P3.3,L8 .LJMP L5L7:LJMP L1L2:MOV P1,#0FDHMOV R0,#00HMOV R7,#08HL3:MOV DPTR,#TAB2MOV A,R0INC R0MOVC A,A+DPTRMOV P0,ALCALL DELAY1DJNZ R7,L6MOV R0,#00HMOV R7,#8JB P3.3,L6L21:JB P3.3,L20LJMP L21L6:JNB P3.3,L1JNB P3.0,L28LCALL DELAY2L28:LJMP L3L8:JB P3.3,L9L10:JB P3.3,L1LJMP L10

15、L9:LJMP L8L20:JB P3.3,L22L23:JB P3.3,L2LJMP L23. 判斷加減速判斷正反轉.判斷停啟14L22:LJMP L20INTT0:CPL P2.0RETIDELAY1:M0V R4,#21 . 快速延時子程序DEL2:MOV R3,#18DEL3:DJNZ R3,DEL3DJNZ R4,DEL2RETDELAY2:M0V R6,#55 .延時子程序DEL6:M0V R5,#22DEL5:DJNZ R5,DEL5DJNZ R6,DEL6RETTAB1:DB 03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H,01HTAB2:DB 01H,09H,08H,

16、0CH,04H,06H,02H,03HEND五、討論及進一步研究建議1、我們的作品只有具備基本功能，我們采取的是中斷的方式，數碼管顯示 轉速的時候閃爍，并不穩(wěn)定，所以這方面的拓展功能還有待提高。2、 編程時候需要注意步進電機的步距角，才能較清楚的看得出電機的轉動3、 電路焊接方面考慮有小小的缺陷，在電機線插槽那部分由于空間考慮不 足。所以電機插槽無法完全插進，不過未影響電路的運行。4、線路有部分接觸不良，所以焊接時候還不是足夠完善 、. 課程設計心得體會此次課程設計也許我們小組的每一位成員都收獲了許多。 我們利用網絡查找了很多資料，并且學著用 ISIS 7 及 Keil uVision4 軟件

17、去進行仿真分析，在剛 開始的進行設計的時候，我們使用匯編語言來進行程序設計，并且用ISIS 7 把電路圖畫出來再進行仿真分析， 最終獲得成功。 剛開始由于我們對步進電機的知 識掌握的不足， 只知道送給電機一個脈沖信號就可以讓它轉動起來， 結果始終轉 動不起來。 持續(xù)了好幾天的時間都沒有成功的讓它運轉， 所以我們決定去請教老 師，老師給我們清晰講述了電機的工作原理， 再結合著網上別人的程序， 我們終 于成功的15讓它運轉起來。 知道原理的我們很容易的就實現的它的加速， 因為只要 讓脈沖信號的頻率更高， 就可以讓內部轉子轉動的速度更快， 從而實現電機的加 速轉動。通過本次實驗， 我們小組受益匪淺。 一方面， 我們將課堂上的理論知識應用 到了實際，加強鞏固了理論知識，也提高了實際動手能力，通過實踐反饋，了解 到我們自身知識面的不足。另一方面，在實驗過程中，遇到問題時候