步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與制作學(xué) 院：大數(shù)據(jù)與信息工程學(xué)院專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級(jí)：電信113學(xué)生：王浩指導(dǎo)教師：馬光喜教師2015年1月6日目錄 TOC o 1-5 h z 前言2 HYPERLINK l bookmark9 o Current Document .設(shè)計(jì)目標(biāo)及容3設(shè)計(jì)容4設(shè)計(jì)目的4 HYPERLINK l bookmark11 o Current Document .硬件原理及設(shè)計(jì)分析4步進(jìn)電機(jī)的工作原理 5液晶顯示原理 5步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制及顯示設(shè)計(jì)LCD顯示轉(zhuǎn)速的硬件框圖總的硬件電路圖 7 HYPERLINK l bookmark31 o Curr

2、ent Document .軟件分析及設(shè)計(jì)8軟件需求分析8程序流程圖8軟件代碼9 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document .操作說明及結(jié)果分析 18 HYPERLINK l bookmark35 o Current Document .調(diào)試過程中遇到的問題和解決方法 18 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document .硬件實(shí)習(xí)總結(jié)19 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document .參考文獻(xiàn)19在電子科技不斷飛速開展的今天，數(shù)字控制技術(shù)得到了廣泛而深入的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是一種

3、將數(shù)字信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的控制驅(qū)動(dòng)元件，具有快速起動(dòng)和停頓的特點(diǎn)。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)組成的控制系統(tǒng)構(gòu)造簡單，價(jià)格低廉， 性能上能滿足工業(yè)控制的根本要求， 所以廣泛地應(yīng)用于手工業(yè)自動(dòng)控制、 數(shù)控機(jī) 床、組合機(jī)床、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、照相機(jī) ，投影儀、數(shù)碼攝像機(jī)、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(jī)械工具等等。步進(jìn)電機(jī)突出的優(yōu)點(diǎn)是它可以在寬廣頻率圍通過改變脈沖頻率來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，在需要準(zhǔn)確定位的地方都要用到它，比方打印機(jī)、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(jì)算器，IC卡機(jī)，電子手表，掌上電腦,儀表顯 示屏等。同時(shí)，單片機(jī)也廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)控制、智能儀器

4、、儀表通信和家用電器等各 個(gè)領(lǐng)域，所涉及的容非常廣泛，是計(jì)算機(jī)科學(xué)、電子學(xué)、自動(dòng)控制等根底知識(shí)的 綜合應(yīng)用。單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)有硬件和軟件所組成。本次硬件實(shí)習(xí)是基于51單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)展控制，加之液晶的顯示，使其轉(zhuǎn)速的檔位和方向顯示在 液晶上。.設(shè)計(jì)目標(biāo)及容設(shè)計(jì)容利用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上單片機(jī) P0 口輸出脈沖序列，74LS244輸出開關(guān)量， 開關(guān)K2-K7控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，分6檔，K0,K1控制轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)方式分兩種， 四相四拍、四相八拍，通過軟件設(shè)計(jì)，控制步進(jìn)電機(jī)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(jì)目的了解步進(jìn)電機(jī)控制的根本原理；掌握液晶顯示圖

5、形的根本方法，從而對(duì)其它液晶屏的使用也能得心應(yīng) 手。.硬件原理及設(shè)計(jì)分析步進(jìn)電機(jī)的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各 相繞組按適宜的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1是該四相反響式步進(jìn) 電機(jī)工作原理示意圖。圖1四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖開場(chǎng)時(shí)，開關(guān)SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3 號(hào)齒對(duì)齊，同時(shí)，轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。當(dāng)開關(guān)SC 接通電源，SB、SA、SD斷開時(shí)，由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力 線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、

6、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒，2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推，A、 B、C、D四相繞組輪流供電，那么轉(zhuǎn)子會(huì)沿著 A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。四相步進(jìn)電機(jī)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(dòng)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(dòng)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(shí)序與波形分別如圖2.a、b、c所示:豚律 JWUUUUififtJUULAtB哪 _n_n_r_洲 n n nDia i n n n_rLfULnnrLrm_rLn_nn

7、- rT-TT-TLJ jn_n_TL l_rLTU LLjn rjuuuvmnjuuumnnnjia.單四拍b.雙四拍c八拍圖2通電時(shí)序波形本實(shí)驗(yàn)使用的步進(jìn)電機(jī)用直流+12V電壓，電機(jī)線圈由A、B、C、D四相組 成。驅(qū)動(dòng)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(dòng)電流，接著B、C、D線圈驅(qū)動(dòng)，最后又返回到 A線圈驅(qū)動(dòng)，按這種順序切 換，電機(jī)軸按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。假設(shè)通電順序相反，那么電機(jī)軸按逆時(shí)針方向旋 轉(zhuǎn)。注：為提高步進(jìn)電機(jī)負(fù)載能力和運(yùn)行平穩(wěn)，可使用四相八拍驅(qū)動(dòng)方式。順序/相ABCD00111110112110131110表二：驅(qū)動(dòng)方式液晶顯示原理本實(shí)驗(yàn)用的是160

8、2液晶，1602液晶可以顯示兩行字符，其寫入字符是根據(jù)時(shí)序特點(diǎn)，寫指令，寫數(shù)據(jù)等操作。以下是 1602液晶的相關(guān)資料,讀狀態(tài)輸入RS=L, R/W=H , E=H輸出D0D7=狀態(tài)字寫指令輸入RS=L, R/W=L , D0一口7=指令碼，E=高脈沖輸出無讀數(shù)據(jù)寫數(shù)據(jù)入 RS=H ,*際R/W=H ,輸出D0 一數(shù)據(jù)入 ERS=H , R/W=lJ, D0 D7=數(shù)岐 E=輸出 * 品脈沖， .DB0-D67 Vilid Dan :根本讀寫操作時(shí)序如下圖操作時(shí)序表圖3:讀操作時(shí)序圖4 :寫操作時(shí)序步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制及顯示設(shè)計(jì)LCD顯示轉(zhuǎn)速的硬件框圖如圖5所示，整個(gè)硬件圍繞51單片機(jī)，根據(jù)開關(guān)輸入

9、通過外接電路控制步 進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向，并顯示在液晶上。8051單片機(jī)作為處理器，整個(gè)硬件功能圍繞 8051進(jìn)展實(shí)現(xiàn)，首先，由開 關(guān)通過擴(kuò)展輸入實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)硬件功能的控制。當(dāng)開關(guān)設(shè)置為某個(gè)狀態(tài)時(shí)，由8051 單片機(jī)輸出相應(yīng)的值，通過擴(kuò)展輸出對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)展相應(yīng)方向和轉(zhuǎn)速的控制，并 由1602進(jìn)展相應(yīng)的顯示。8051單 片 機(jī)擴(kuò)展輸出驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電機(jī)LCD驅(qū)動(dòng)電路J擴(kuò)展輸入開關(guān)圖5硬件框圖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為帶去除的八觸發(fā)器；74LS138為三八譯碼器。 開關(guān)由擴(kuò)展輸入對(duì)單片機(jī)進(jìn)展輸入相關(guān)變量，

10、從而通過單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向進(jìn)展控制。再有液晶進(jìn)展相應(yīng)的顯示。.軟件分析及設(shè)計(jì)軟件需求分析本實(shí)習(xí)要求用開關(guān)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和方向， 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(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速即可，然而,通過前面講過的步進(jìn)電機(jī)的相關(guān)驅(qū)動(dòng)方式我們可以知道，轉(zhuǎn)速可以通過設(shè)置延時(shí)子程序的時(shí)間長短來實(shí)現(xiàn)，而步進(jìn)電機(jī)的方向那么通過不同的時(shí)序來控制，從而 加上很容易的實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，在根據(jù)液晶的時(shí)序規(guī)那么來顯示相應(yīng)的 數(shù)據(jù)，很簡單的實(shí)現(xiàn)了整個(gè)實(shí)習(xí)要求。程序流程圖如圖（圖7:程序流程圖）所示，在程序開場(chǎng)后先進(jìn)展各個(gè)參數(shù)的初始化，然 后對(duì)開關(guān)量進(jìn)展讀取，根據(jù)讀取的數(shù)

11、值進(jìn)展對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速量和方向量進(jìn)展設(shè) 置，并同時(shí)在LCD上顯示出相應(yīng)的數(shù)據(jù)，定時(shí)，置輸出地址，然后輸出相應(yīng)的 參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)和液晶的相應(yīng)控制。圖7:如下列圖（圖8 : LCD框圖所示）為LCD液晶的顯示子程序框圖LCD初始化，然后進(jìn)展清屏,顯示出來你想要的字符。LCD進(jìn)展寫操作,，程序先進(jìn)展最后就可以圖8: LCD程序框圖軟件代碼#include reg52.h#include /#define uchar unsigned char/#define uint unisgned int/#define BYTE unsigned char /#define num unsigned

12、 int sbit k1 = P2A0;sbit k2 = P2A1；sbit k3 = P2A2;sbit k4 = P2A3;sbit k5 = P2A4;sbit k6 = P2A5;sbit k7 = P2A6;sbit k8 = P2A7;/電機(jī)順時(shí)/電機(jī)逆時(shí)針void delay1(unsigned int t) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)延時(shí)程序unsigned int k;while(t-)for(k=0; k100; k+) void motor_ffw(unsigned char i)針轉(zhuǎn)動(dòng)程序P1=0 x01;delay1(i);P1=0 x02;delay1(i);P1=0 x04;de

13、lay1(i);P1=0 x08;delay1(i); void motor_ffz(unsigned char i)轉(zhuǎn)動(dòng)程序P1=0 x01;delay1(i);P1=0 x02;delay1(i);P1=0 x04;delay1(i);P1=0 x08delay1(i);sbit RS = P0A5;/定義P2A5為液晶控制端口 RSsbit RW = P0A6;sbit E = P0A7；/字uchar code table= Gui zhou da xue 符定義uchar code table1=wangxiaogang” uchar code table2=1120020075 u

14、char code table3= SPEED:123456”;uchar code table4= startstepmotor ;uchar code table5= SPEED:;uchar code table6=123456;typedef unsigned char BYTE;/ 定義字符變量 BYTEtypedef unsigned int WORD;/ 定義整形變量 WORDtypedef bit BOOL; 字符變量 BOOL/LCD驅(qū)動(dòng)程序void lcddelay(BYTE ms) / 延時(shí)子程序BYTE i;while(ms-) for(i = 0; i 250; i+

15、)/ 循環(huán) 250 次_nop_();_nop_();_nop_(); 空操作延時(shí)1us_nop_(); /測(cè)試LCD忙碌狀態(tài)-忙檢測(cè)函數(shù)BOOL lcd_bz()BOOL result;/定義字符變量result,用于存放測(cè)試的LCD忙碌狀態(tài)值RS = 0;/存放器的選擇控制口 ,選擇指令存放器RW = 1;/讀寫操作控制端口，RW = 1表示讀操作E = 1;/_nop_()；/ 延時(shí) 4us_nop_();_nop_();_nop_();result = (BOOL)(P0 & 0 x80);E = 0;return result;寫入指令數(shù)據(jù)到LCDvoid lcd_wcmd(BYTE

16、 cmd)while(lcd_bz();RS = 0;RW = 0;E = 0;_nop_();_nop_();P0 = cmd;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E = 0;寫入字符顯示數(shù)據(jù)到LCDvoid lcd_wdat(BYTE dat)while(lcd_bz();RS = 1;RW = 0;E = 0;P0 = dat;_nop_()；_nop_();_nop_();_nop_();E = 1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E = 0;/LCD

17、初始化設(shè)定void lcd_init()lcd_wcmd(0 x38); 設(shè)置LCD為8位數(shù)據(jù)，兩行顯示，5*7點(diǎn)陣 lcddelay(1);lcd_wcmd(0 x0E); 顯示開關(guān)控制指令設(shè)定，LCD開顯示和光標(biāo)，不閃爍lcddelay(1);lcd_wcmd(0 x06); /設(shè)光標(biāo)和畫面的移動(dòng)方式I/D=1 , S=0 設(shè) 置讀寫操作之后 AC自動(dòng)加一，顯示不移動(dòng)lcddelay(1);lcd_wcmd(0 x01); / 去除 LCD 的顯示容 lcddelay(1);void out0init()/ 外部中斷0的初始化 EX0 = 1;IT0 = 1;EA = 1;void lcd

18、_xianshi() /led液晶顯示程序lcd_wcmd(0 x00);for(num=0;num15;num+)lcd_wdat(tablenum);delay(1);lcd_wcmd(0 x80+0 x40);for(num=0;num12;num+)lcd_wdat(table1num);delay(1);lcd_wcmd(0 x80+0 x40);for(num=0;num10;num+)lcd_wdat(table2num);lcd_wcmd(0 x80+0 x40);for(num=0;num11;num+)lcd_wdat(table3num);delay(1);lcd_wcm

19、d(0 x80+0 x40);for(num=0;num14;num+)lcd_wdat(table4num);delay(1);lcd_wcmd(0 x80+0 x40);for(num=0;num0;c-)for(b=142;b0;b-)for(a=2;a0;a-);void 0ut0inter(void) interrupt 0 using 1 delay1ms(10)if(k1 = = 0)delay1ms(2)if(k1 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);lcd_wdat(table60);delay(1);else if(k2 =

20、=0)delay1ms(2)if(k2 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=100;lcd_wdat(table61);else if(k3 = =0)delay1ms(2)if(k3 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=80;lcd_wdat(table62);else if(k4 = =0)delay1ms(2)if(k4 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=60;lcd_wdat(table63);else if(k5 = =0)de

21、lay1ms(2)if(k5 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=40;lcd_wdat(table64);else if(k6 = =0)delay1ms(2)if(k6 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=30;lcd_wdat(table65);motor_ffw(i);else if(k7 = =0)delay1ms(2)if(k7 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);lcd_wdat(table60);delay(1);if(k2 =

22、 = 0)delay1ms(2)if(k2 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=100;lcd_wdat(table61);else if(k3=0)delay1ms(2)if(k3 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=80;lcd_wdat(table62);else if(k4 = =0)delay1ms(2)if(k4 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=60;lcd_wdat(table63);else if(k5 = =0)del

23、ay1ms(2)if(k5 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=40;lcd_wdat(table64);else if(k6 = =0)delay1ms(2)if(k6 = =0)lcd_wcmd(0 x80+0 x40+0 x07);delay(1);i=30;lcd_wdat(table65);lcd_wdat(table65);motor_ffz(i);void main (void)lcd_xianshi();lcd_init();out0init();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(gè)口，F(xiàn)208接38譯碼器，PO前四口分別接步進(jìn)電機(jī)四口，F(xiàn)200接液晶把程序燒寫進(jìn)去后運(yùn)行，液晶第一行顯示FX:當(dāng)K0撥上時(shí)液晶顯示FX:1, 步進(jìn)電機(jī)順時(shí)鐘轉(zhuǎn)，當(dāng)K1撥上時(shí)液晶顯示 FX: 0,步進(jìn)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，開關(guān) K2-K7控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，分6檔，并正常顯示在液晶上，K2上撥時(shí)，第二 行顯示SPEED:1; K3上撥時(shí)顯示SPEED:2; K4上撥時(shí)顯示SPEED:3; K5上撥 時(shí)顯示SPEE