步進電機設(shè)計報告

1、步進電動機的設(shè)計報告題目：學(xué)院：專業(yè)：班級：學(xué)生姓名：王浩指導(dǎo)教師：2015年1月6日目錄前言21.設(shè)計目標(biāo)及內(nèi)容31.1設(shè)計內(nèi)容1.2設(shè)計目的42.硬件原理及設(shè)計分析21步進電機的工作原理2.2 液晶顯示原理2.3 步進電機轉(zhuǎn)速控制及顯示設(shè)計（2.4 總的硬件電路圖55LCD顯示轉(zhuǎn)速）的硬件框圖-67軟件分析及設(shè)計83.1 軟件需求分析8程序流程圖83.2 軟件代碼9操作說明及結(jié)果分析184. 調(diào)試過程中遇到的問題和解決方法18硬件實習(xí)總結(jié)195. 參考文獻(xiàn)19、八、刖言在電子科技不斷飛速發(fā)展的今天，數(shù)字控制技術(shù)得到了廣泛而深入的應(yīng)用。步進電機是一種將數(shù)字信號直接轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的控制驅(qū)

2、動元件，具有快速起動和停止的特點。因為步進電動機組成的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，性能上能滿足工業(yè)控制的基本要求，所以廣泛地應(yīng)用于手工業(yè)自動控制、數(shù)控機床、組合機床、機器人、計算機外圍設(shè)備、照相機，投影儀、數(shù)碼攝像機、大型望遠(yuǎn)鏡、衛(wèi)星天線定位系統(tǒng)、醫(yī)療器件以及各種可控機械工具等等。步進電機突出的優(yōu)點是它可以在寬廣頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來實現(xiàn)調(diào)速，在需要精確定位的地方都要用到它，比如打印機、繪圖儀等。而LCD顯示屏在很多數(shù)碼產(chǎn)品中有著廣泛的應(yīng)用，如計算器,IC卡電話機，電子手表，掌上電腦，儀表顯示屏等。同時，單片機也廣泛應(yīng)用于實時控制、智能儀器、儀表通信和家用電器等各個領(lǐng)域，所涉及的內(nèi)容非常

3、廣泛，是計算機科學(xué)、電子學(xué)、自動控制等基礎(chǔ)知識的綜合應(yīng)用。單片機的應(yīng)用系統(tǒng)有硬件和軟件所組成。本次硬件實習(xí)是基于51單片機對步進電機轉(zhuǎn)速進行控制，加之液晶的顯示，使其轉(zhuǎn)速的檔位和方向顯示在液晶上。1. 設(shè)計目標(biāo)及內(nèi)容1.1 設(shè)計內(nèi)容利用實驗平臺上單片機P0口輸出脈沖序列，74LS244輸出開關(guān)量，開關(guān)K2-K7控制步進電機轉(zhuǎn)速，（分6檔），K0,K1控制轉(zhuǎn)向。驅(qū)動方式分兩種，四相四拍、四相八拍，通過軟件設(shè)計，控制步進電機的轉(zhuǎn)速和方向。并將轉(zhuǎn)速（16檔）和轉(zhuǎn)向（正轉(zhuǎn)“1”，反轉(zhuǎn)“0”顯示在LCD顯示器上1.2設(shè)計目的了解步進電機控制的基本原理；1.2.1 掌握液晶顯示圖形的基本方法，從而對其它液

4、晶屏的使用也能得心應(yīng)手。2. 硬件原理及設(shè)計分析2.1步進電機的工作原理該步進電機為一四相步進電機，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(zhuǎn)動。圖1是該四相反應(yīng)式步進電機工作原理示意圖。圖1四相步進電機步進示意圖開始時，開關(guān)SB接通電源，SASCSD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1、4號齒就和CD相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2、5號齒就和DA相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。當(dāng)開關(guān)SC接通電源，SBSASD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(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯齒，2、5號齒

5、就和AD相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如圖2.a、b、c所示：i脈沖jwunjmnnmuijiJumnriJuiJTrLnjjummnmmirLrinjmjia相nnnBtaTJL一n一n一ruda.njL_rT_rLjn.n.oisinnn5u-LT

6、Ti_n_rLrnnJfLjLTa.單四拍b.雙四拍c八拍本實驗使用的步進電機用直流+12V電壓，電機線圈由A、B、CD四相組成。驅(qū)動方式為四相四拍方式，各線圈通電順序如下表。表中首先向A線圈輸入驅(qū)動電流，接著B、C、D線圈驅(qū)動，最后又返回到A線圈驅(qū)動，按這種順序切換，電機軸按順時針方向旋轉(zhuǎn)。若通電順序相反，則電機軸按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。（注：為提高步進電機負(fù)載能力和運行平穩(wěn)，可使用四相八拍驅(qū)動方式。）表二：驅(qū)動方式順序/相ABCD001111101121101311102.2液晶顯示原理本實驗用的是1602液晶，1602液晶可以顯示兩行字符，其寫入字符是根據(jù)時序特點，寫指令，寫數(shù)據(jù)等操作。以下是

7、1602液晶的相關(guān)資料,讀狀態(tài)輸入RS=LR/W=HE=H輸出D0-D7=犬態(tài)字寫指令輸入RS=LR/W=LD0D7=f令碼，E=S脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=HE=H輸出D0-D7=t據(jù)寫數(shù)據(jù)輸入RS=HR/W=LD0D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出無OBtbDBr?IX*硬件實117-IG操作時序表:基本讀寫操作時序如圖所示圖3:讀操作時序進電機的轉(zhuǎn)速通過擴展輸8051由1602進行圖4:寫操作時序2.3步進電機轉(zhuǎn)速控制及顯示設(shè)計（LCD顯示轉(zhuǎn)速）的硬件框圖如圖5所示，整個硬件圍繞51單片機，根據(jù)開關(guān)輸入通過外接電路控制步和方向，并顯示在液晶上。8051單片機作為處理器，整個硬件功能圍繞

8、8051進行實現(xiàn)，首先，由開關(guān)入實現(xiàn)對整個硬件功能的控制。當(dāng)開關(guān)設(shè)置為某個狀態(tài)時，由單片機輸出相應(yīng)的值，通過擴展輸出對步進電機進行相應(yīng)方向和轉(zhuǎn)速的控制，并相應(yīng)的顯示。擴展輸出步進電機rLCD驅(qū)動電路<_丿1液曰擴展輸入圖5硬件框圖2.4總的硬件電路圖如硬件電路圖圖6所示。其中，74LS373為地址鎖存器，74LS244為帶3態(tài)輸出的八緩沖器，74LS273為帶清除的八觸發(fā)器；74LS138為三八譯碼器。開關(guān)由擴展輸入對單片機進行輸入相關(guān)變量，從而通過單片機對步進電機的轉(zhuǎn)速和方向進行控制。再有液晶進行相應(yīng)的顯示。3. 軟件分析及設(shè)計3.1軟件需求分析本實習(xí)要求用開關(guān)控制步進電機的轉(zhuǎn)速和方向

9、，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示在液晶上；通過分析，我們只需將開關(guān)的輸入量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的步進電機轉(zhuǎn)速即可，然而,通過前面講過的步進電機的相關(guān)驅(qū)動方式我們可以知道，轉(zhuǎn)速可以通過設(shè)置延時子程序的時間長短來實現(xiàn)，而步進電機的方向則通過不同的時序來控制，從而加上很容易的實現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)速控制，在根據(jù)液晶的時序規(guī)則來顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，很簡單的實現(xiàn)了整個實習(xí)要求。3.2程序流程圖如圖（圖7:程序流程圖）所示，在程序開始后先進行各個參數(shù)的初始化，然后對開關(guān)量進行讀取，根據(jù)讀取的數(shù)值進行對步進電機的轉(zhuǎn)速量和方向量進行設(shè)置，并同時在LCD上顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，定時，置輸出地址，然后輸出相應(yīng)的參數(shù)，從而實現(xiàn)對步進電機和液晶的相應(yīng)控

10、制。I定時|置輸出口地址I*根據(jù)轉(zhuǎn)向和速度:改變參徽輸出步進電機相位圖7:巴仙跖漢緇蟲空軸瀝矗如下圖（圖8:LCD框圖所示）為LCD液晶的顯示子程序框圖,程序先進行LCD初始化，然后進行清屏，在需要寫入時，對LCD進行寫操作，最后就可以顯示出來你想要的字符。SLCD結(jié)東圖8:LCD程序框圖3.3軟件代碼#inelude"reg52.h"#ineludevintrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunisgnedint#defineBYTEunsignedchar#definenumunsignedintsbitk1=P2

11、A0;sbitk2=P2A1;sbitk3=P2A2;sbitk4=P2A3;sbitk5=P2A4;sbitk6=P2A5;sbitk7=P2A6;sbitk8=P2A7;voiddelay1(unsignedintt)/電機驅(qū)動延時程序unsignedintk;while(t-)for(k=0;k<100;k+)voidmotor_ffw(unsignedchari)動程序P仁0x01;delay1(i);P仁0x02;delay1(i);P仁0x04;delay1(i);P仁0x08;delay1(i);/電機順時針轉(zhuǎn)voidmotor_ffz(unsignedchari)序P仁0

12、x01;delay1(i);P仁0x02;delay1(i);P仁0x04;delay1(i);P仁0x08delay1(i);/電機逆時針轉(zhuǎn)動程sbitRS=P0A5;/定義P2A5為液晶控制端口RSsbitRW=P0A6;sbitE=P0A7;ucharcodetable="Guizhoudaxueucharcodetable1="wangxiaogangucharcodetable2="1120020075"/字符定義ucharcodetable3="SPEED:123456"ucharcodetable4="star

13、tstepmotor"ucharcodetable5="SPEED:"ucharcodetable6="123456"typedefunsignedcharBYTE;定義字符變量BYTEtypedefunsignedintWORD;定義整形變量WORDtypedefbitBOOL;/字符變量BOOL/LCD驅(qū)動程序voidlcddelay(BYTEms)/延時子程序BYTEi;while(ms-)for(i=0;i<250;i+)/循環(huán)250次_nop_();_nop_();_nop_();/空操作延時1us_nop_();BOOLlcd

14、_bz()碌狀態(tài)值RS=0;RW=1;E=1;BOOLlcd_bz()碌狀態(tài)值RS=0;RW=1;E=1;測試LCD忙碌狀態(tài)-忙檢測函數(shù)BOOLresult;/定義字符變量result用于存放測試的LCD忙寄存器的選擇控制口，選擇指令寄存器讀寫操作控制端口，RW=1表示讀操作/延時4us_nop_();_nop_();_nop_();result=(BOOL)(PO&0x80);E=0;returnresult;寫入指令數(shù)據(jù)到LCDvoidlcd_wcmd(BYTEcmd)while(lcd_bz();RS=0;RW=0;E=0;_nop_()；_nop_()；P0=cmd;_nop_

15、();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;寫入字符顯示數(shù)據(jù)到LCDvoidlcd_wdat(BYTEdat)while(lcd_bz();RS=1;RW=0;E=0;P0=dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;/LCD初始化設(shè)定voidlednit()lcd_wcmd(0x38);/設(shè)置LCD為8位數(shù)據(jù)，兩行顯示，5*7點陣leddelay(l);lcd_wcmd(OxOE);/顯示開關(guān)控制

16、指令設(shè)定，LCD開顯示和光標(biāo)，不閃爍lcddelay(l);lcd_wcmd(0x06);設(shè)光標(biāo)和畫面的移動方式l/D=1，S=0設(shè)置讀寫操作之后AC自動加一，顯示不移動lcddelay(1);lcd_wcmd(0x01);清除LCD的顯示內(nèi)容lcddelay(1);voidoutOinit()外部中斷0的初始化EX0=1;IT0=1;EA=1;voidlcd_xianshi()/led液晶顯示程序lcd_wcmd(0x00);for(num=0;num<15;num+)lcd_wdat(tablenum);delay(1);lcd_wcmd(0x80+0x40);for(num=0;n

17、um<12;num+)lcd_wdat(table1num);delay(1);lcd_wcmd(0x80+0x40);for(num=0;num<10;num+)Icd_wdat(table2num);lcd_wcmd(0x80+0x40);for(num=0;num<11;num+)Icd_wdat(table3num);delay(1);Icd_wcmd(0x80+0x40);for(num=O;num<14;num+)Icd_wdat(table4num);delay(1);Icd_wcmd(0x80+0x40);for(num=0;num<6;num+)

18、Icd_wdat(table5num);delay(1);voiddelay1ms(void)判斷按鍵是否按下延時時間誤差0usunsignedchara,b,c;for(c=1;c>0;c-)for(b=142;b>0;b-)for(a=2;a>0;a-);voidOutOinter(void)interrupt0using1delaylms(IO)if(k1=0)delay1ms(2)if(k1=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);Icd_wdat(table60);delay(1);elseif(k2=0)delay1ms(2)if(

19、k2=0)lcd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=100;Icd_wdat(table61);elseif(k3=0)delaylms(2)if(k3=0)lcd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=80;Icd_wdat(table62);elseif(k4=0)delaylms(2)if(k4=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=60;Icd_wdat(table63);elseif(k5=0)delay1ms(2)if(k5=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay

20、(1);i=40;Icd_wdat(table64);elseif(k6=0)delay1ms(2)if(k6=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=30;lcd_wdat(table65);motor_ffw(i);elseif(k7=0)delay1ms(2)if(k7=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);Icd_wdat(table60);delay(1);if(k2=0)delaylms(2)if(k2=0)lcd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=100;Icd_wdat(tabl

21、e61);elseif(k3=0)delay1ms(2)if(k3=0)lcd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=80;Icd_wdat(table62);elseif(k4=0)delay1ms(2)if(k4=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=60;Icd_wdat(table63);elseif(k5=0)delay1ms(2)if(k5=0)Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=40;Icd_wdat(table64);elseif(k6=0)delay1ms(2)if(k6=0)

22、Icd_wcmd(0x80+0x40+0x07);delay(1);i=30;Icd_wdat(table65);Icd_wdat(table65);motor_ffz(i);voidmain(void)lcd_xianshi();lcdnit();outOinit();while(1)motor_ffw(i);delay1ms(80)motor_ffz(i);delay1ms(80)操作說明及結(jié)果分析P1八位分別接開關(guān)開關(guān)的八個口，F(xiàn)208接38譯碼器，PO前四口分別接步進電機四口，F(xiàn)200接液晶把程序燒寫進去后運行，液晶第一行顯示FX當(dāng)K0撥上時液晶顯示FX1,步進電機順時鐘轉(zhuǎn)，當(dāng)K1撥上時液晶顯示FX:0,步進電機逆時針轉(zhuǎn)，開關(guān)K2K7控制步進電機轉(zhuǎn)速，(分6檔)，并正常顯示在液晶上，K2上撥時，第二行顯示SPEED:K3上撥時顯示SPEED:2K4上撥時顯示SPEED:3K5上撥時顯示SPEED:4K5上撥時顯示SPEED:4K6上撥時顯示SPEED:7K7上撥時顯示SPEED:8整個程序運行符