步進電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

1、成績推南吟組亭院 課程設計報告題 目：步進電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)學生姓名：陶寧學生學號：0908020132系另g: 電氣信息工程專 業(yè)：自動化指導教師：苗磊電氣信息工程學院制2012年5月步進電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速控制，包括正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，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?qū)崿F(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(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。并且講電動機的轉(zhuǎn)動狀態(tài)反映在LCD上。1.3課程設計的研究基礎(chǔ)2步進電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)方案制定2.1方案提出方案

2、一：使用開關(guān)直接控制電動機的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速控制，此種設計非常簡便易 操作，共兩個開關(guān)控制圖1方案一方案二：使用四個五個開關(guān)分別控制電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速、減速。電動機初始狀態(tài)電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)/ /正轉(zhuǎn)加速反轉(zhuǎn)減速1./ |1/電動機停止轉(zhuǎn)動圖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(zhuǎn)反轉(zhuǎn)，只能實現(xiàn)步進電機的正轉(zhuǎn) 加速，還有反轉(zhuǎn)減速，并不能實現(xiàn)正轉(zhuǎn)減速或者反轉(zhuǎn)加速等功能。 程序設計上比較簡 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(zhuǎn)加速和減速， 反 轉(zhuǎn)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 序的編寫難

3、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(jù)以上的比較論證，選擇方案二。3 步進電機轉(zhuǎn)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(qū)動模塊，顯示模塊?？刂颇K： 五個開關(guān)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(zhuǎn)的功能。驅(qū)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

4、， 從而達到控制步進電機轉(zhuǎn)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(shù)的計算及元器件的選擇12864液晶電源：VDD +5V; LCD外接驅(qū)動電壓為-5.0-14.0V 。步進電機：額定電壓12V;額定電流0.5A。ULN2003A俞入額定電壓為+12V。3.3 特殊器件的介紹（1）AT89C51AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM FalshProgrammable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能 CMOS位

5、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，ATME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1 ）主要特性a. 與 MCS-51 兼容b. 4K 字節(jié)可編程閃爍存儲器c. 壽命： 1000 寫/ 擦循環(huán)d. 數(shù)據(jù)保留時間：10年e. 全靜態(tài)工作：0Hz-24Hzf. 三級程序存儲器鎖定g. 128*8 位內(nèi)部 RAMk.可編程串行通道l. 低功耗的閑置和掉電模式m.片內(nèi)振蕩器和時鐘電路2）管腳說明a. VCC:供電電壓。b. GND接地。c. PO 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

6、流。d. P1 口： P1 口是一個內(nèi)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(nèi)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。f. P3 口： P3 口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O 口，可接收輸出4個TTL 門電流34 0（2）ULN2003AULN2003A是一個7路反向器電路，即當輸入端為高電平時ULN2003A俞出端為低 電平，當輸入端為低電平時ULN2003A俞出端為高電平。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。UL

7、JWdiA圖 3 ULN2003A(3) 步進電機 MOTOR-STEPPER超載的情況下，電機的轉(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 負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方 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行的。 可以通過控制脈沖個數(shù)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速目的 。3.4系統(tǒng)整體電路圖4LCD1 'rpii flESPAEk-T圖4系統(tǒng)整體電路圖r'-CTH：l坤XTM1FU1AD1FU2hD2Xl

8、fiLJ祖品備FDDdFO&ftDSFD£AD6RSTHITJftDTP2DW8P2WP2JATIPSENME健UMS岳r麒”P2.TA95PSQftxt)P1.1P31WCDP1JnaiHigI1JP?2HHT1F1.ilp i tinF15F1J&陰關(guān)£M.TUT3S3TS3 so>,sSiJ-Xst和. j1 "*>1OL 'TEE二 U2A:目.COM11 1C1151SICOMi門_JZ_ll_JL_JZJK3D3A .4步進電機轉(zhuǎn)速控制顯示系統(tǒng)仿真和調(diào)試4.1仿真軟件介紹本設計主要采用 Protues軟件，Protu

9、es軟件是英國Labcenter electronics 公 司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDAX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、PCE設計軟件和虛擬模型仿真軟件 三合一的設計平臺，其處理器模型支持 8051、HC11 PIC10/12/16/18/24/30/DSPIC33、AVR ARM 8086和MSP43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MPLA等多種編譯。 它具有豐富的元器件庫，超過 27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件。仿真元器件資源

10、：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)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(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。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(shù)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(jié)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(shù) 字信號 。4.2系統(tǒng)仿真實現(xiàn)LCD1- AiiFheiJaxfcL0F(1)打

11、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)(2)按下K1正轉(zhuǎn)開關(guān)，電動機開始正轉(zhuǎn)，LCD顯示正轉(zhuǎn)CHV5TRJ- IV_1- sTgfly c ic i=-i-i ooo.：-.-. pc :r:d、IQ迅 nr. - » 31-LCD1- - - 溝和I和打扳：*d-LidS1EXTALISDDftDa噸昭DIED2MD2:JCTAL2BUM 口叩椒4PDD5PnfiADEH£TutirgEfPZIMP2 WSP72JP.IC1ALEPZ 甬12孚PZW.I7PZWILMlTjmSPJ.1HXDFl.lF"2FJ2IHT1Pi3PUfiJTTR14P

12、3 VTDF1J5P3.SO1P1J5Z517JJ& J-1L .13 Ui i; inK?3 !3=?卻s-213圖6正轉(zhuǎn)狀態(tài)(3)按下K4開關(guān)，電動機開始加速轉(zhuǎn)動，顯示屏顯示正轉(zhuǎn)加速。CTpd miPD6*0e purm*2WWPZIM P72ft'D 陀；WE f±ME2 P75ftL3PnflfflKDi3.nnp町 jJfGLDnjflfTurnPISTJmjorm庸IT圖7正轉(zhuǎn)加速狀態(tài)(4) 隨后轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定，LCD顯示正轉(zhuǎn)正常運行mLn3CTAL3R5TpinP1.IP1J PiJPtiP1J5PipFBBMDD KLIMDI P&2MD2FCL

13、LRD1 MifMbf FD翩 D$ RJ.aDJ:Zsz-ST 3 起圧昭M.IM K2AID P23MIJM F2.MM2 魄3口 社3MHP3Q?!：: DPSjfifTH.4HU wyrn FHMldR airjffFDw忙3:x:gH號吃(X!L.K 砂.圖8正轉(zhuǎn)正常運行狀態(tài)(5) 按下K6開關(guān)，使電動機減速，顯示正轉(zhuǎn)減速運行UTR1Q型0*0 Qpc o訐 G*CO-9H-LCD1-f:唧 沖 HDJB-!- f 恂DM! PD1W>I PD2WH 川3£口 PD4AJDi| POiWS FUME'S FD7ADT魄嗨 V2ZR.13*2jW1+PZTAnF

14、OmidJ M.1IM FJiiRTffP3JWUTI巧竺pjauw3<H *TE打JQ-tTTDFB*Gl41riJLH2n>«&C5I 匚卜匸£ O«BOflWOr -圖9正轉(zhuǎn)減速(6) 當步進電機轉(zhuǎn)速達到穩(wěn)定時，LCD顯示正轉(zhuǎn)低速運行: - 'TSCTr >1B 2&5DE-BTBPfP*1 -LCD1 X1 C-Rectal-rHt?rOOQOQQQOQ u_ Uj 口闍g山云翟PD.IAD1?C1WramnFD.JKFU3J托RSTPDJADTMLEP2HW 也I甬P2.4M12 1213 ZfiRUPI 口 P

15、11 »12D13 PI 4FlEfflKD FITXD 町詢MR.4/TOP|j5P3J5iHMEP坤詡PITU2:AB£2023*捋£3Kfl"fln-圖10正轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運行，顯示反轉(zhuǎn)低速運行。煤至 UK3TC圖11反轉(zhuǎn)低速運行(8) 此時按下K4,與正轉(zhuǎn)加速類似，加速過程后，顯示反轉(zhuǎn)正常運行LCD1''''FDDmDDPD.1ADIFD2AD2 FD3HD3 吃輒M 川牌2 prad? PDWDis-31"35Ti?THO-*13*:A：P2OA311

16、J1.I1J1J1.L1.5M1.1 PPPPFPPPP 2210 P33AII P24AI2 陀訊口PZTAI!21.QQQ-0-O-O-0-ODE Pjjl IL13 inOC*t O DS2O ft5SOI pjeuhiT MJjnB"圖12反轉(zhuǎn)正常運行狀態(tài)DUW釜糞KTC4.3系統(tǒng)測試測試環(huán)境：20 r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(shù)據(jù)：暫無數(shù)據(jù)。4.4數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，有待以后深入研究發(fā)展。5總結(jié)5.1設計小結(jié)本設計通過分析步進電機結(jié)構(gòu)工作原理，查閱步進電機控

17、制系統(tǒng)的相關(guān)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(jié)論：（1）采用單片機為控制核心，利用其強大的功能，把開關(guān)和顯示電路有機的結(jié)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(shù)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。（2）系統(tǒng)軟件采用結(jié)構(gòu)化設計，具有易維護性，根據(jù)用戶新的要求，對軟件系統(tǒng)進行少量的修改，使系統(tǒng)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?；谝郧暗膶τ趩纹瑱C的知識

18、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(shù)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(wǎng)絡化的方向發(fā)展。 此課程設計還是比較基礎(chǔ)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(chǔ)上，不斷吸收新的技術(shù)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(chǔ)。6參考文獻1 侯玉寶，等基于proteu

19、s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(shù)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.QKg口Ogg .:Si：E：K-Eiu jt ；圖13系統(tǒng)展示p7.2器件清單元件名稱元件個數(shù)AT89C511AMPIRE128641AND_8170744BUTTON5CAP2ULN2003A1RESPACK-71CRYSTAL1MOTOR-STEPPER1

20、PHYC0402NP015P1POT-LIN1RES610WATT1K23WATT2K227.3 C程序#in elude <reg51.h>#i nclude <stdio.h>#in elude <math.h>#defi ne uc un sig ned char#defi ne ui un sig ned int#defi ne LCDPAGE 0xB8#defi ne LCDLINE 0x40 sbit p00=P0A0;sbit p01= P0A1；sbit p02=P0A2;sbit p03=P0A3;sbit E=P3A5;sbit RW=P

21、3A4;sbit RS=P3A2;sbit L=P3A1;sbit R=P3A0;sbit Busy=P2A7;uc scan_key1,scan_key2;uc step1;step2;static step_index;ui count1,count2;uc butter;static speed;uc code CHANG=0x20,0x18,0x08,0x09,0xEE,0xAA,0xA8,0xAF,0xA8,0xA8,0xEC,0x0B,0x2A,0x18,0x08,0x00,0x00,0x00,0x3E,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFF,0x02,0x02,0x12

22、,0x22,0x1E,0x00,0x00,0x00,;uc code YUN=0x40,0x41,0xCE,0x04,0x00,0x20,0x22,0xA2,0x62,0x22,0xA2,0x22,0x22,0x22,0x20,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x28,0x4C,0x4A,0x49,0x48,0x4C,0x44,0x45,0x5E,0x4C,0x40,0x00,;uc code XING=0x10,0x08,0x84,0xC6,0x73,0x22,0x40,0x44,0x44,0x44,0xC4,0x44,0x44,0x44,0x40,0x00,0x02,0x

23、01,0x00,0xFF,0x00,0x00,0x00,0x00,0x40,0x80,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;uc code ZHENG =0x00,0x02,0x02,0xC2,0x02,0x02,0x02,0x02,0xFE,0x82,0x82,0x82,0x82,0x82,0x02,0x00,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x3F,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x20,0x00, ;uc code ZHUAN =0xC8,0xA8,0x9C,0xEB,0x88,0x88,0x8

24、8,0x40, 0x48,0xF8,0x4F,0x48,0x48,0x48,0x40,0x00, 0x08,0x08,0x04,0xFF,0x04,0x04,0x00,0x02, 0x0B,0x12,0x22,0xD2,0x0E,0x02,0x00,0x00, ;uc code CONTRARY =0x00,0x00,0xFE,0x12,0x72,0x92,0x12,0x12,0x12,0x11,0x91,0x71,0x01,0x00,0x00,0x00,0x40,0x30,0x4F,0x40,0x20,0x21,0x12,0x0C, 0x0C,0x12,0x11,0x20,0x60,0x20

25、,0x00,0x00, ;uc code TING =0x80,0x40,0x20,0xF8,0x07,0x02,0x04,0x74,0x54,0x55,0x56,0x54,0x74,0x04,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFF,0x00,0x03,0x01,0x05,0x45,0x85,0x7D,0x05,0x05,0x05,0x03,0x00,;uc code ZHI =0x00,0x00,0x00,0x00,0xF0,0x00,0x00,0x00, 0xFF,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00,0x00, 0x40,0x40,0x40,0x

26、40,0x7F,0x40,0x40,0x40, 0x7F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00, ;uc code JIA=0x00,0x08,0x08,0x08,0xFF,0x08,0x08,0xF8, 0x00,0xF8,0x08,0x08,0x08,0xF8,0x00,0x00, 0x40,0x20,0x18,0x07,0x00,0x20,0x40,0x3F, 0x00,0x7F,0x10,0x10,0x10,0x3F,0x00,0x00, ;uc code SU=0x40,0x42,0xCC,0x00,0x04,0xE4,0x24,0x24,0xFF,0

27、x24,0x24,0x24,0xE4,0x04,0x00,0x00,0x40,0x20,0x1F,0x20,0x48,0x49,0x45,0x43,0x7F,0x41,0x43,0x45,0x4D,0x40,0x40,0x00, ;uc code JIAN=0x00,0x02,0xEC,0x00,0xF8,0x28,0x28,0x28,0x28,0x28,0xFF,0x08,0x8A,0xEC,0x48,0x00,0x02,0x5F,0x20,0x18,0x07,0x00,0x1F,0x49,0x5F,0x20,0x13,0x0C,0x13,0x20,0x78,0x00, ;uc code B

28、AI=0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00, ;uc code DI=0x40,0x20,0xF0,0x0C,0x07,0x02,0xFC,0x44, 0x44,0x42,0xFE,0x43,0x43,0x42,0x40,0x00, 0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x7F,0x20

29、, 0x10,0x28,0x43,0x0C,0x10,0x20,0x78,0x00, ;void iniLCD(void);void chkbusy(void);void wcode(uc cd) ;void wdata(uc dat);void disrow(uc page,uc col,uc *temp);void display( 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

30、(0x38);wcode(0x0f);wcode(0xc0);wcode(0x01);wcode(0x06);void chkbusy(void)E=1;RS=0;RW=1;P2=0xff;while(!Busy);void wcode(uc cd)chkbusy();P2=0xff;RW=0;RS=0;P2=cd;E=1;E=0;void wdata(uc dat)chkbusy();P2=0xff;RW=0;RS=1;P2=dat;E=1;E=0;void disrow(uc page,uc col,uc *temp)uc i;if(col<64)L=1;R=0;wcode(LCDP

31、AGE+page); wcode(LCDLINE+col); if(col+16)<64)for(i=0;i<16;i+)wdata(*(temp+i);elsefor(i=0;i<64-col;i+)wdata(*(temp+i);L=0;R=1;wcode(LCDPAGE+page); wcode(LCDLINE);for(i=64-col;i<16;i+)wdata(*(temp+i);elseL=0;R=1;wcode(LCDPAGE+page);wcode(LCDLINE+col-64);for(i=0;i<16;i+)wdata(*(temp+i);v

32、oid ground(step_index)P0=0x00;switch(step_index)case 0:p00 = 1;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 0;break;case 1:p00 = 1;p01 = 1;p02 = 0;p03 = 0;break;case 2:p00 = 0;p01 = 1;p02 = 0;p03 = 0;break;case 3:p00 = 0;p01 = 1;p02 = 1;p03 = 0; break; case 4:p00 = 0;p01 = 0;p02 = 1;p03 = 0; break; case 5:p00 = 0;p01 = 0;

33、p02 = 1;p03 = 1; break; case 6: p00 = 0;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 1; break; case 7:p00 = 0;p01 = 0;p02 = 0;p03 = 1; void display( uc page,uc col,uc *temp)disrow( page, col, temp);disrow( page+1, col, temp+16);void main(void)P2=0xff;iniLCD();step2=0;step1=0;P1=0xff;P0=0x00;EX1=1;EA=1;speed=2010;while(1)if(scan_key1=1)&(scan_key2=0) display(6,0x00,&ZHENG);display(6,0x10,&ZHUAN);ground(step_index);delay(speed);step_index+;if(step_index>7)step_index=0;if(scan_key1=0)&(scan_key2=1)ground