步進電機設(shè)計論文

1、單片機原理與應(yīng)用技術(shù)課程設(shè)計報告（論文）基于單片機控制的步進電機控制器專業(yè)班級:姓 名：時 間:指導(dǎo)教師:2014年12月6日單片機課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計目的與要求設(shè)計出一個基于單片機控制的步進電機。準(zhǔn)確地理解有關(guān)要求，獨立完成系統(tǒng)設(shè)計，要求所設(shè)計的電路具有以下功能：（一）基本功能（1）實現(xiàn)步進電機正反轉(zhuǎn)控制（2）實現(xiàn)步進電機的加速控制（3）實現(xiàn)步進電機的加速控制（二）擴展功能實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)指示及速度快慢顯示指示。設(shè)計內(nèi)容（1）畫出電路原理圖，正確使用邏輯關(guān)系；（2）確定元器件及元件參數(shù)；（3）進行電路模擬仿真；（4）SCH文件生成與打印輸出；編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計的全過程，附上有關(guān)資料和

2、圖紙，有心得體會。4 .答辯在規(guī)定時間內(nèi)，完成敘述并回答問題?；趩纹瑱C控制的步進電機控制器電氣125班陳瑞摘要：步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，當(dāng)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(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進角)。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制 角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時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)速的 目的。本設(shè)計采用89c51系列單片機對步進電機進行控制，對單片機控制步進電機系統(tǒng)的控制方式和軟件設(shè)計進行 了研究，分別從正反轉(zhuǎn)控制、速度控制、速度通過加減速控制四方面進行了詳細(xì)的分析。關(guān)鍵字：

3、stc89c51、L298、步進電機1引言步進電機是自動控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行部件。步進電機的輸入信號為脈沖電流，它能將輸入 的脈沖信號轉(zhuǎn)換為階躍型的角位移或直線位移，因而步進電機可看作是一個串行的數(shù)/模轉(zhuǎn)換 器。由于步進電機能夠直接接受數(shù)字信號，而不需數(shù)/模轉(zhuǎn)換，所以使用微機控制步進電機顯得 非常方便。步進電機有以下優(yōu)點：通常不需要反饋就能對位置和速度進行控制；位置誤差不會積累；(3 )與數(shù)組設(shè)備兼容，能夠直接接收數(shù)字信號；步進電機的品種規(guī)格很多，按照它們的結(jié)構(gòu)和工作原理可以劃分為磁阻式(也稱反應(yīng)式或變 磁阻式)電機、混合式電機、永磁式電機和特種電機等四種主要型式。步進電機不需位移傳感器 就可

4、精確定位，所以在精確定位系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。目前打字機、計算機外部設(shè)備、數(shù)控機床、傳 真機等設(shè)備中都使用了步進電機。隨著電子計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機必將發(fā)揮它的控制方 便、控制準(zhǔn)確的特點，在工業(yè)控制等領(lǐng)域取得更為廣泛的應(yīng)用。2總體方案設(shè)計2.1設(shè)計思路本系統(tǒng)是用單片機軟件編程來產(chǎn)生脈沖分配信號，即把數(shù)字控制計數(shù)的高精度等方面的優(yōu)勢 有效地應(yīng)用于步進電機控制系統(tǒng)。同時本系統(tǒng)設(shè)計的步進電機控制器硬件電路十分簡單成本低， 使用方便。本系統(tǒng)硬件方案論證包括開關(guān)控制電路、復(fù)位電路、時鐘電路、顯示電路、驅(qū)動電路 的選擇。2.1.1單片機的選擇本次設(shè)計以CPU選用AT89C52作為步進電機的控制芯片.AT89

5、C52的結(jié)構(gòu)簡單并可以在編程 器上實現(xiàn)閃爍式的電擦寫達幾萬次以上.使用方便等優(yōu)點。AT89C52是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程 可擦除只讀存儲器的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度 非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。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AT89C52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。AT89C52的引腳結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，其管腳說明如下：PD!P(T2) P1.0 匚140 VCC(T2 EX) P1 .1 匚23， PO.O (ADO

6、)P1.2 338 P0.1 ( ADUP1 .3 437 P0 .2 ( AD2)P1 .4 匚536 PD.3 (AD3)P1 .5 匚635 P0.4 (AD4)P1 .6 匚734 P0.5 (AD5)P1 .7 匚833 P0.6 (AD6)RST匚932 P0.7 (AD7)(RXD P3.0 匚1 031 E A/VPP(TXD) P3 1 匚1 13。 ALE/PROG(INTO) P3.2 1229 PSEN(INTI) P3 一3 匚1 32Q P2.7 (A1 5)(TO) P3.4 匚1 427 P2.6 (Al 4(T1 ) P3.5 1 526 P2.5 (A1 3

7、)(WR) P3.6 匚25 P2.4 (A12)(RD) P3.7 匚M24 P2.3 (A1 1 )XTAL2 匚1 823 P2.2 (A10)XTAL1 匚1 922 P2 1 (A9)GND匚2021 P2.0 Afl)圖1 AT89C52引腳結(jié)構(gòu)圖VCC：供電電壓。GND：接地。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(dāng)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(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的 第八位。P1 : 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。P1

8、口管腳寫入1后，被內(nèi)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(nèi)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。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，當(dāng)P2 口被寫“ 1”時，其管腳被內(nèi)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(nèi)部上拉的緣故。P2 口當(dāng)用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)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(nèi) 部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2 口

9、輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)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。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。當(dāng)P3 口 寫入“ 1”后，它們被內(nèi)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 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。ALE/PROG：當(dāng)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

10、以不變的頻率周期輸出正脈沖信號， 此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是: 每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)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。另外，該引腳被略微拉高。如果微處 理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。/PSEN:外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次PSEN 有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。/EA/VPP:當(dāng)/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器(0000H-FFF

11、FH)，不管是否有內(nèi) 部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET； 當(dāng)/EA端保持高電平時，此間內(nèi)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)。XTAL1 :反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向振蕩器的輸出。2.1.2驅(qū)動電路的選擇采用專用芯片L298N。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相應(yīng)頻率高，且 還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。2.1.3開關(guān)、顯示電路的選擇開關(guān)控制電路選用五個按鈕開關(guān)，通過檢測各控制開關(guān)的狀態(tài)控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、 停止、加速、減

12、速。這樣可以減少硬件電路的元器件，簡化匯編程序。顯示電路選用三個發(fā)光二極管，在步進電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止時分別顯示步進電機的狀態(tài)， 這種方法占用CPU資源少、無位選信號、顯示電路簡單、方便、可靠性高。2.2系統(tǒng)的設(shè)計方案方框圖圖2系統(tǒng)總體構(gòu)造圖3設(shè)計原理分析3.1時鐘振蕩電路以及復(fù)位電路部分如圖3. |J X.1 .CRYSTA30pFC2 11 E R-EZ* d。 一R2圖33.2單片機芯片本設(shè)計是STC89C52RC單片機，此單片機的驅(qū)動能力強，程序存儲器和RAM都比較大，而且成本不高，能滿足本設(shè)計的要求。如圖4.U2-j-sgRL1PDUh.DDPD.VAD1PDZih.DZ:rALZP

13、CI MgPD.+ih.D PDSih.DSPD.Gh.DGF.STPD.TACiTPZHhEPZ.IihBFZiAlOP3EMpzaH. 11ALEPZ.H1ZEhpzsH.iaPZ.&H.1 PZ.TWISp i 口 FP3IVHXDp 1 irnzKpj IfTXDP12PgTffTOp 1 P3HTTP1.+P.+iTOP1SP3SiT1P1.SP3.&WP1.7P3.7iKr31-H.TSJS2:=TE：rp;-4F3SM-&F-河Z5FZ7WIDFFFFISFF 一圖 4 STC89C52RC3.3驅(qū)動芯片采用專用芯片L298N。L298N是一個具有高電壓大電流的全橋驅(qū)動芯片，它相

14、應(yīng)頻率高，且 還帶有控制使能端。用該芯片作為電機驅(qū)動，操作方便，穩(wěn)定性好，性能優(yōu)良。如圖5.圖5 L298驅(qū)動步進電機圖6 L298封裝圖L298引腳的功能如下所示：1、15=SEN1、SEN2分別為兩個H橋的電流反饋腳，不用時可以直接接地；2、3=1Y1、1Y2 輸出端；13、14=2Y1、2Y2 輸出端；4=VS驅(qū)動電壓，最小值須比輸入的低電平電壓高2.；5、7=1A1、1A2 輸入端，10、12=2A1、2A2 輸入端，TTL 電平兼容；6、11=ENA、ENB 使能端，低 電平禁止輸出；8=GND 地；9=Vss邏輯電源。3.4操控與顯示電路用五個按鍵控制步進電機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減

15、速，停止。如圖7。用四個LED燈來顯示電機的工作狀態(tài)：正轉(zhuǎn)為D8亮，反轉(zhuǎn)為D7亮，加速為D6亮，減速 為D5亮。如圖8。圖7操控電路圖8 LED顯示電路3.5設(shè)計原理圖與PCB圖圖9,圖10分別為設(shè)計原理圖與PCB圖。V 一 :XTAL1XTAL2RSTpnnH.no PD.VAD1 PDADZ PDJh.EQ PD.4/AD* PDADS PDJ9AD PD.TWDTPE：EMALEEhpiutt P1.1fTZB烏口is 哭4結(jié)束語通過這次單片機課程設(shè)計，我對步進電動機有了深入的了解，掌握了很多實踐知識。通過老 師指導(dǎo)，然后自己在課后翻閱書籍和上網(wǎng)，通過此次課程設(shè)計也再次深入學(xué)習(xí)了Alti

16、um、keil、 ISIS、Word等軟件，并了解了更多先前不知道的功能。此次課程設(shè)計的內(nèi)容是以單片機為核心控制步進電機的正反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止，主要有 單片機輸出步進電機的脈沖，通過驅(qū)動電路的放大來控制步進電機的運轉(zhuǎn)，并加上相關(guān)的輸入輸 出設(shè)備。設(shè)計過程中首先確定方案，分模塊進行設(shè)計，然后開始著手繪制原理圖，繪制原理圖是一個 復(fù)雜的過程。首先確定元器件后要繪制相關(guān)元器件的元件庫，然后合理的布置元器件和連線。其 次根據(jù)繪制的原理圖編寫程序。兩周的實習(xí)時間確實不長，但在這期間，我學(xué)會了很多東西，學(xué)到了許多課堂上學(xué)不到的東 西，使我受益匪淺！參考文獻李朝青.單片機原理及接口技術(shù).北京：北京航空航

17、天大學(xué)出版社，2005張毅剛.單片機原理與應(yīng)用設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社2009謝維成、楊加國.單片機原理與應(yīng)用及C51程序設(shè)計實例.電子工業(yè)出版社，2006年3月王贊.劉偉.基于PLC的步進電動機控制系統(tǒng)的設(shè)計J.科技信息,2009年5月俞家琪，何立民.步進電機基礎(chǔ)教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000張家生.電機原理與拖動基礎(chǔ)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006附錄C語言程序#include#define uint unsigned intsbit zz=P3”0;sbit fz=P3”1;sbit jias=P3”2;sbit jians=P3”3;sbit stop=P3”4;

18、sbit ledzz=P0;sbit ledfz=P1;sbit ledjias=P2;sbit ledjians=P3;sbit F1 = P20;sbit F2 = P21;sbit F3 = P22;sbit F4 = P2”3;unsigned char code FFW8 = 0 xfe,0 xfc,0 xfd,0 xf9,0 xfb,0 xf3,0 xf7,0 xf6; /反轉(zhuǎn) unsigned char code FFZ8 = 0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb,0 xf9,0 xfd,0 xfc,0 xfe; /征轉(zhuǎn) void motor_ffw();uint rate,K1,K2,K3,K4,K5;void delay1(uint nms)uint i,j;for(i=nms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void delay()unsigne