基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

臨沂大學(xué)臨沂大學(xué)**屆**屆畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)姓名*******學(xué)號**************年級*****專業(yè)*************系（院）*******指導(dǎo)教師********年*月*日摘要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、廉價(jià)，又非?？尚?，因此在打印機(jī)等辦公自動(dòng)化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。本文介紹的是一種基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用匯編語言和Ｃ語言編寫出電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、停止程序，通過單片機(jī)、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片ULN2001以及相應(yīng)的按鍵實(shí)現(xiàn)以上功能，并且步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)要用LCD液晶顯示器顯示出來。本文內(nèi)容介紹了步進(jìn)電機(jī)以及單片機(jī)原理、該系統(tǒng)的硬件電路、程序組成，同時(shí)對軟、硬件進(jìn)行了調(diào)試，同時(shí)介紹了調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題以及解決問題的方法。該設(shè)計(jì)具有思路明確、可靠性高、穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，通過調(diào)試實(shí)現(xiàn)了上述功能。關(guān)鍵詞：步進(jìn)電機(jī)；脈寬調(diào)制；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；單片機(jī)；轉(zhuǎn)動(dòng)

DesignofTheControlSystemofStep-motorTheopen-loopsystemwhichiscomposedbystep-motorissimple,cheapandverypractical,sothereareverywiderangeofapplicationsinprintersandotherofficeauequipmentandvariouscontroldevices,andmanyotherfields.Thisarticledescribesonedesignofstep-motorsystembasedonmicrocontroller.Theprogramofthepreparationofamotor,reverse,adjustspeed,stopiswrittenbycompilelanguage.Theabovefunctionsarerealizedthroughthemicrocontroller,motordriverchipULN2001andcorrespondkey,andtheworkstateofsteppermotorisdiaplayedthroughlight-emittingdiode.Thisarticleintroducestheprincipleofsteppermotorandsingle-chipmicrocomputer,thesystemhardwarecircuit,theprogramcomponents,whilesoftwareandhardwareforthedebugging,atthesametimeintroducestheproblemswhichareappearedinthedebuggingprocessandthesolutionsoftheproblems.Thedesignhastheadvantagesofclear,highreliability,strongstability,andtheabove-mentionedfunctionsarerealizthedebugging.Keywords:Steppingmotor;Pulse-widthmodulated;drivingmechanism;singlechip;rotatio目錄引言1課題研究的目的和意義1國內(nèi)外研究概況1步進(jìn)電機(jī)與單片機(jī)簡介1步進(jìn)電機(jī)介紹12.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)介紹62.3單片機(jī)原理83硬件電路的設(shè)計(jì)12系統(tǒng)整圖12電源部分12最小系統(tǒng)13驅(qū)動(dòng)部分14狀態(tài)指示部分14按鍵部分14時(shí)鐘部分15復(fù)位部分15KEIL-UVISION簡介與調(diào)試15PROTEUS仿真步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)16PROTEUS仿真步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)17PROTEUS仿真總圖與PROTEUS簡介174軟件設(shè)計(jì)23系統(tǒng)開發(fā)軟硬件環(huán)境23系統(tǒng)程序框圖24系統(tǒng)程序256結(jié)論31參考文獻(xiàn)33致謝34臨沂大學(xué)臨沂大學(xué) 4.2系統(tǒng)程序框圖系統(tǒng)分為電機(jī)正轉(zhuǎn)、電機(jī)反轉(zhuǎn)、開始與轉(zhuǎn)速的幾部分組成，其主程序框圖如圖32所示。主程序判斷正反轉(zhuǎn)判斷正反轉(zhuǎn)開始初始化判斷正反轉(zhuǎn)并顯LCD1602初始化顯示基本字符判斷運(yùn)行速度并顯示KEY1是否按下顯示“OFF”顯示“ON”判斷是否為首次按鍵運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，并確定延時(shí)時(shí)間判斷正反轉(zhuǎn)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)，并確定延時(shí)時(shí)間YN圖32系統(tǒng)程序框圖4.3系統(tǒng)程序C程序:#include"reg51.h"#include"intrins.h"#include"absacc.h"#definebusy0x80#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitRS=P2^3;sbitRW=P2^4;sbitE=P2^5;sbitKEY1=P2^0;sbitKEY2=P2^1;sbitKEY3=P2^2;ucharcodetab[8]={0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03};uchartemp;voiddelay(uchark){uinti,j;for(i=0;i<k;i++){for(j=0;j<60;j++){;}}}voidtest_1602busy(){P0=0xFF;E=1;RS=0;RW=1;_nop_();_nop_();while(P0&busy){E=0;_nop_();E=1;_nop_();}E=0;}voidwrite_1602Command(ucharco){test_1602busy();RS=0;RW=0;E=0;_nop_();P0=co;_nop_();E=1;_nop_();E=0;}voidwrite_1602Data(ucharData){test_1602busy();P0=Data;RS=1;RW=0;E=1;_nop_();E=0;}voidinit_1602(void){write_1602Command(0x38);delay(5);write_1602Command(0x01);delay(5);write_1602Command(0x06);delay(5);write_1602Command(0x0F);delay(5);write_1602Command(0x0C);}voidDisplayOneChar(ucharX,ucharY,ucharDData){Y&=1;X&=15;if(Y)X|=0x40;X|=0x80;write_1602Command(X);write_1602Data(DData);}voiddisplay_1602(uchar*DData,X,Y){ucharListLength=0;Y&=0x01;X&=0x0F;while(X<16){DisplayOneChar(X,Y,DData[ListLength]);ListLength++;X++;}}voidmain(){uchari=0;uchardelay_v=100;ucharflag=0;P1=0xFF;P2=0xFF;init_1602();display_1602("STA:SPD:",0,0);display_1602("RUN:",0,1);while(1){if(KEY2==1)DisplayOneChar(4,0,'Z');elseDisplayOneChar(4,0,'F');if(KEY3==0){i++;i=i%3;while(KEY3==0){;}}switch(i){case0:delay_v=100;DisplayOneChar(13,0,'1');break;case1:delay_v=75;DisplayOneChar(13,0,'2');break;case2:delay_v=100;DisplayOneChar(13,0,'3');break;}if(KEY1==0){display_1602("RUN:on",0,1);if(flag==0){if(KEY2==1){temp=0;P1=tab[temp];flag=1;delay(delay_v);}if(KEY2==0){temp=6;P1=tab[temp];flag=1;delay(delay_v);}}if(KEY2==1){temp++;if(temp==8){temp=0;}P1=tab[temp];delay(delay_v);}if(KEY2==0){temp--;if(temp==0xFF){temp=7;}P1=tab[temp];delay(delay_v);}}elsedisplay_1602("RUN:off",0,1);}}６結(jié)論經(jīng)過為期一學(xué)期的學(xué)習(xí)和努力，本次設(shè)計(jì)順利完成，具體結(jié)論如下：采用單片機(jī)作為控制核心，利用其強(qiáng)大的功能，把按鍵電路和LCD顯示電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路有機(jī)的結(jié)合起來，組成一個(gè)操作方便，交互性強(qiáng)的簡單系統(tǒng)。通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，完成了全部的設(shè)計(jì)任務(wù)，具體功能如下：完成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，能通過按鍵電路控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，能實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、速度控制；通過編程實(shí)現(xiàn)了通過單片機(jī)能輸出四相八拍的脈沖控制序列。驅(qū)動(dòng)電路能提供12V，0.3A的驅(qū)動(dòng)信號；整個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)方向等都能通過LCD管顯示出來；整個(gè)的成果形式是最終以步進(jìn)電機(jī)控制電路板的形式展示出來了。在本設(shè)計(jì)中作為電機(jī)正常工作比較重要的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，本設(shè)計(jì)中是采用驅(qū)動(dòng)芯片ULN2001來實(shí)現(xiàn)的，其特點(diǎn)是成本低，可靠性高，出現(xiàn)問題容易維護(hù)，實(shí)現(xiàn)相對容易等特點(diǎn)。在電機(jī)工作模式上本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四相八拍種脈沖控制方式。后續(xù)工作：在本次設(shè)計(jì)中更多的是注重整體功能的實(shí)現(xiàn)，注重的是操作簡單，所以本系統(tǒng)采用了開環(huán)控制的方式，電機(jī)也是選用的最常用的步進(jìn)電機(jī)。通過在本設(shè)計(jì)中的學(xué)習(xí)和查閱資料，想要得到更高性能的控制，可以選用混合式步進(jìn)電機(jī)，采用閉環(huán)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。本設(shè)計(jì)KEY2用一個(gè)按鍵控制正反轉(zhuǎn)，觀察起來有點(diǎn)困難。建議以后有做類似設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候，預(yù)先考慮全面，爭取一個(gè)鍵控制一個(gè)功能。本設(shè)計(jì)的硬件制作部分完全是實(shí)行的手工焊接，沒有制作PCB板，這樣的后果就是焊接完電路板之后容易出現(xiàn)問題，檢查麻煩，而且要是在后期全部制作調(diào)試都完成后再中途出現(xiàn)問題了檢查起來是相當(dāng)?shù)穆闊Ｋ越ㄗh以后有做類似設(shè)計(jì)任務(wù)或者實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候，盡量采用PCB電路板的形式，這樣最大的好處就是硬件的可靠性高，外觀美觀簡潔，尤其是在大量設(shè)計(jì)的時(shí)候，采用PCB電路板成本也不高，值得采用。參考文獻(xiàn)[1]張友德.單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2005.[2]李夙.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.[3]王鴻鈺.步進(jìn)電機(jī)控制入門[M].上海:同濟(jì)大學(xué)出版社,1990.[4]袁任光,張偉武.電動(dòng)機(jī)控制電路選用與258實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[5]王秀和.永磁電機(jī)[M].北京:中國電力出版社,2007.[6]房玉明,杭柏林.基于單片機(jī)的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2006，33（4）：64-64.[7]孫笑輝,韓曾晉.減少感應(yīng)電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)的方法[J].電氣傳動(dòng),2001，(1):8-11.[8]馮江華,陳高華,黃松濤.異步電動(dòng)機(jī)的直接轉(zhuǎn)矩控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),1999，(6):29-33.[9]江一，朱凌,申仲濤.異步電動(dòng)機(jī)直接轉(zhuǎn)矩控制仿真研究[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2003，(1):10-13.[10]韓利虎.淺談步進(jìn)電機(jī)的基本原理[J].內(nèi)蒙古石油化工,InnerMongoliaPetrochemicalIndustry,2007，(11):109.[11]張巍.淺談單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)[J].安防科技,2006，(3):25.[12]喬璐.景林,韓英桃.一種實(shí)用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)[J].微特電機(jī),2005，(10):29-31.康晶.采用反饋控制的步進(jìn)電機(jī)高低壓驅(qū)動(dòng)電路[J].電力電子技術(shù),2003,37(1):