基于51單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計

基于51單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)設(shè)計中文摘要步進(jìn)電機是一種受，并且能將相應(yīng)的或者的電動機。由于步進(jìn)電機具有步距誤差不積累、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、成本低等優(yōu)點，因此，被廣泛使用于計算機外圍電路、自動化控制裝置以及其他的數(shù)字控制裝置中，如打印機、鐘表、數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備等裝置中。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，相應(yīng)的控制系統(tǒng)也產(chǎn)生了很多種類，步進(jìn)電機的身影在眾多領(lǐng)域中可以看到。其中采用單片機作為控制核心的控制系統(tǒng)，由于其電路簡單、成本低、可靠性強等優(yōu)點，滿足眾多領(lǐng)域的需求，得到了大量的運用。因此，研究基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)，。本設(shè)計研究的是基于51單片機。通過單片機的I/O端口輸出時序方波作為控制信號，信號經(jīng)過芯片ULN2003驅(qū)動芯片驅(qū)動步進(jìn)電機進(jìn)行不同的指令進(jìn)行工作。根據(jù)不同的需要，通過按鍵電路來控制步進(jìn)電機的啟停、正反轉(zhuǎn)和加減速等功能，并在數(shù)碼管上實時顯示步進(jìn)電機的工作狀態(tài)。本文給出了電路各個模塊的電路圖，并用Proteus的ISIS軟件對控制系統(tǒng)的各個功能進(jìn)行了仿真，并給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果圖像。關(guān)鍵詞：單片機；步進(jìn)電機；電機驅(qū)動；控制系統(tǒng)AbstractSteppermotorcontrolledbyapulsesignal,andapulsesignalcanbeconvertedtothecorrespondingangulardisplacementorlineardisplacementofthedigitalmotor.Asthesteppermotorhasasteperrordoesnotaccumulate,reliable,simplestructure,smallinertia,lowcost,andtherefore,arewidelyusedincomputerperipheralcircuits,automaticcontroldevicesandotherdigitalcontroldevices,suchasprinters,watchesandclocks,digitaltoanalogconversionequipment,andotherdevices.Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thecorrespondingcontrolsystemalsoproducedmanytypesofsteppermotorfigurecanbeseeninmanyareas.Whichusesmicrocontrollerasthecontrolofthecontrolsystem,becauseofitssimplecircuit,lowcost,highreliability,etc.,tomeettheneedsofmanyfields,wegetalotofuse.Therefore,basedonsingle-chipsteppermotorcontrolsystemhasimportantpracticaldesignstudyis51single-chipsteppermotorcontrolsystem.Asacontrolsignal,thesignalthroughthechipULN2003steppermotordrivetoworkthroughthemicrocontrollerI/Oportoutputtimingsquarewave.Dependingontheneed,throughthekeycircuittocontrolthestartandstop,reversingandrampfunctionssuchassteppermotors,steppermotorsinreal-timedisplayanddigitalworkingcondition.Inthispaper,thecircuitdiagramofeachmodule,andwiththeISISProteussoftwareforeachfunctioncontrolsystemsimulation,andthesimulationresultsaregivencorrespondingimage.Keywords:microcontroller;steppermotor;motordrive;controlsystem目錄TOC中文摘要 IAbstract II1緒論 1步進(jìn)電機及其發(fā)展過程 1步進(jìn)電機在我國的應(yīng)用及前景 2本設(shè)計的研究內(nèi)容 3步進(jìn)電機的性能指標(biāo)及工作原理 3步進(jìn)電機的特點 3步進(jìn)電機的種類 4步進(jìn)電機的主要性能指標(biāo) 5步進(jìn)電機的工作原理 6步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的原理 82總體方案設(shè)計 10設(shè)計思路的選擇 10單片機芯片的選擇 12驅(qū)動電機芯片的選擇 12顯示電路的選擇 13步進(jìn)電機的選擇 133控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計 15鍵盤控制電路 15單片機最小系統(tǒng)電路 16數(shù)碼管顯示電路 18步進(jìn)電機的驅(qū)動電路 20步進(jìn)電機的其他電路 214控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 23主程序流程圖 23讀按鍵子程序流程圖 24按鍵處理子程序流程圖 25電機控制中斷程序流程圖 265仿真與測試 28仿真軟件介紹 28仿真的操作步驟 28電路板的焊接

29電路板的測試 306結(jié)論與展望 32致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄：系統(tǒng)總體電路圖 36系統(tǒng)仿真原理圖 37PCB打印圖 38原件清單 39程序 401緒論步進(jìn)電機及其發(fā)展過程步進(jìn)電機是一種受，并且能將相應(yīng)的或者的電動機。由于電源每次輸入電脈沖給該電機，該電機就會前進(jìn)一小步，轉(zhuǎn)動的方式是步進(jìn)式的，所以稱為步進(jìn)電動機。由于電源輸入的是脈沖式的電壓，因此，有時也被稱為脈沖電動機。在步進(jìn)電機驅(qū)動能力范圍內(nèi)，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖個數(shù)成正比，不因電源電壓、負(fù)載變化和環(huán)境條件等的變化而變化。所以其輸出的角速度或線速度也與輸入的脈沖頻率成正比，通過改變輸入脈沖頻率的高低就可以調(diào)節(jié)步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速，并能控制步進(jìn)電機的快速啟動，暫停，正反轉(zhuǎn)和加減速等。由于步進(jìn)電機具有步距誤差不積累、運行可靠、結(jié)構(gòu)簡單、慣性小、成本低等優(yōu)點，因此，被廣泛使用于計算機外圍電路、自動化控制裝置以及其他的數(shù)字控制裝置中，如打印機、鐘表、數(shù)模轉(zhuǎn)換設(shè)備等裝置中。雖然步進(jìn)電機近些年來才被廣泛使用，但其工作原理很早就被人們研究出來。其中，最早的可以追溯到法國人佛羅曼提出了將電磁鐵的吸引力轉(zhuǎn)化為力矩的方法。當(dāng)時，激磁相的切換是采用機械式凸輪的接觸點來完成，這就是步進(jìn)電機最初的原理模型。后來逐步發(fā)展還出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)線圈式的應(yīng)用方法。二十世紀(jì)三十年代以后，步進(jìn)電機的應(yīng)用才逐漸開始，稱為步進(jìn)電機，被用作。隨著晶體管元件的快速發(fā)展，與之相結(jié)合使用的步進(jìn)電機也得到了快速的發(fā)展和廣泛的使用。1950年研制出二極管半導(dǎo)體，1964年開發(fā)出MOS半導(dǎo)體，特別是經(jīng)過1950—1965年間半導(dǎo)體材料的高速發(fā)展后，由于價格低廉、可靠性高的邏輯數(shù)字電路得到廣泛的應(yīng)用，使步進(jìn)電機的使用量也急劇增加。多年來，隨著電力電子技術(shù)、自動化控制技術(shù)以及計算機技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機系統(tǒng)尤其是其中的驅(qū)動電路部分的不斷發(fā)展，使其在單片機控制，數(shù)控機床、繪圖儀、打印機以及光學(xué)儀器中都得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)如今，繼電動機和電動機這兩大類電機被廣泛應(yīng)用后，步進(jìn)電機也已成為生活中最常用的。國內(nèi)外圍繞著步進(jìn)電機系統(tǒng)的研究做了大量的工作以及相應(yīng)的開發(fā)工作。圖1-1步進(jìn)電機步進(jìn)電機在我國的應(yīng)用及前景我國對于步進(jìn)電機的研究及制造起始于20世紀(jì)50年代。當(dāng)時，主要是一些高等院校和科研機構(gòu)使用或開發(fā)與步進(jìn)電機相關(guān)的產(chǎn)品。進(jìn)入70年代，我國各地，例如北京、南京、江浙一帶都有大量的生產(chǎn)和使用，其中的驅(qū)動電路的半導(dǎo)體器件，已實現(xiàn)完全國產(chǎn)化。進(jìn)入改革開放時代后，隨著國外各種步進(jìn)電機的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)入國內(nèi)，我國對其進(jìn)行了大量的研究，并開發(fā)出了多種混合式的步進(jìn)電機以及相應(yīng)的驅(qū)動元件，同時，也被大量的應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。發(fā)展至現(xiàn)今，我國在這方面的理論研究比較成熟，逐漸形成了比較完善的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方法，產(chǎn)品種類也逐漸多樣化，性能和參數(shù)也逐漸達(dá)到甚至有些已經(jīng)超過國外同類產(chǎn)品的水平。而國外的大功率驅(qū)動工業(yè)設(shè)備上，只有少數(shù)要求較高的設(shè)備中才會使用空心轉(zhuǎn)杯電機、交流電機；目前，大多數(shù)場合不使用大扭矩的步進(jìn)電機，而是采用直流電動機。其原因是從驅(qū)動電路的成本、效率、系統(tǒng)慣量與最大扭矩比等指標(biāo)進(jìn)行比較，采用直流電動機更為合適。除此之外，還有一些小功率的工業(yè)設(shè)備中也得到了廣泛的應(yīng)用，例如，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、照相機以及大型望遠(yuǎn)鏡等等。經(jīng)過多年的發(fā)展，步進(jìn)電機的應(yīng)用越來越廣泛，功能更加強大，種類也很繁多，相應(yīng)的產(chǎn)品也日趨完善。步進(jìn)電機以它顯著的優(yōu)點在工業(yè)生產(chǎn)和自動化控制中占據(jù)著不可動搖的地位。相信在不久的未來，伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，步進(jìn)電機將會在更多的領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計的研究內(nèi)容本設(shè)計研究的是基于51單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)。采用單片機STC89C51作為控制核心，通過四個按鍵控制步進(jìn)電機的運行狀態(tài)，即控制啟停、轉(zhuǎn)向、加減速等，并利用四位的數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向和速度等級。本設(shè)計的硬件部分主要由、模塊、模塊、模塊以及模塊。本產(chǎn)品主要實現(xiàn)的功能：（1）5個按鍵控制整個電路，對應(yīng)功能分別是：啟動/暫停、正/反轉(zhuǎn)、加速、減速、復(fù)位；（2）數(shù)碼管顯示正/反轉(zhuǎn)的指示和電機轉(zhuǎn)動速度的等級；（3）5個LED燈，一個為電源工作指示燈，其余四個則指示電機的轉(zhuǎn)速等級。本設(shè)計的控制核心是利用軟件控制單片機輸出不同的脈沖信號，從而驅(qū)動步進(jìn)電機進(jìn)行相應(yīng)的動作，顯示不同的運行結(jié)果，同時，為了使步進(jìn)電機的運行狀態(tài)顯示的更為直觀，利用數(shù)碼管顯示電路實時的顯示出來。步進(jìn)電機的性能指標(biāo)及工作原理本設(shè)計是以STC89C51單片機作為控制單元，集成芯片ULN2003作為電機的驅(qū)動芯片，DC-5V步進(jìn)電機作為控制對象。本設(shè)計通過五個按鍵的控制，改變輸入脈沖的頻率和個數(shù)來調(diào)節(jié)步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)、加速、減速、暫停和復(fù)位功能；LED數(shù)碼管的第一、二位顯示速度等級，而第四位則顯示步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動方向；5個發(fā)光二極管，一個為電源指示燈，其余四個則指示電機的轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機的特點從應(yīng)用的角度來說，對步進(jìn)電機的基本要求如下:步進(jìn)電機能夠在一系列脈沖信號的控制下,快速、平滑、穩(wěn)定的實現(xiàn)啟動、暫停、正/反轉(zhuǎn)，加/減速等運行方式；為了提高精度，要求脈沖對應(yīng)的位移量小，并要準(zhǔn)確、均勻。這就要求步進(jìn)電機步距小、步距精度高，不能存在失步的現(xiàn)象。要求步進(jìn)電機輸出轉(zhuǎn)矩大，可以直接帶動負(fù)載工作響應(yīng)要快速。即要求步進(jìn)電機不僅啟動、暫停、反轉(zhuǎn)的動作要快速，并能連續(xù)高速的運轉(zhuǎn)工作以提高勞動的生產(chǎn)效率。。步進(jìn)電機的種類常用的步進(jìn)電機有三種：（1）永磁式步進(jìn)電機永磁式步進(jìn)電機內(nèi)部主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，組成的形式也可以為兩種，即轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵，定子采用線圈；或者反之，也可以。其工作原理是通電的定子線圈產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子永久磁鐵產(chǎn)生的磁場，通過吸引或排斥的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使其進(jìn)行轉(zhuǎn)動工作。該電機的特點是勵磁功率小、效率高、造價便宜，啟動頻率和運行頻率較低，永磁需要量也大。缺點是由于永久磁鐵之間的磁化間距不便于測量、控制，受到影響的因素較多，故為了保持良好的效果，步距角通常會設(shè)置的較大。（2)反應(yīng)式步進(jìn)電機反應(yīng)式步進(jìn)電機，通常也被稱為可變磁阻型步進(jìn)電機，其轉(zhuǎn)子磁路是由軟磁材料制成的鐵芯，而定子則由勵磁繞組線圈纏繞著鐵芯構(gòu)成的；其工作原理是磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過定子產(chǎn)生的脈沖磁場而形成的吸引或排斥的相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，使其進(jìn)行轉(zhuǎn)動工作。。這類電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)子直徑小，有利于高速響應(yīng)。這種電機具有效率低、啟動和運行頻率較高、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲大等缺點。優(yōu)點是制造材料費用低、結(jié)構(gòu)簡單、步距角小。（3）混合式步進(jìn)電機由于該電機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁體上嵌有永久磁鐵，可以說是永磁型和可變磁阻型相結(jié)合的一種形式。故稱為混合型步進(jìn)電機。混合式步進(jìn)電機分為兩相、三相和五相等。由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成的特點，使其同時具備了永磁式和反應(yīng)式的各自的優(yōu)點，具有輸出轉(zhuǎn)矩大，響應(yīng)速度快，效率高，振動噪聲小等優(yōu)點。步進(jìn)電機的主要性能指標(biāo)（1）步距角控制系統(tǒng)輸入一個電脈沖信號時，轉(zhuǎn)子所旋轉(zhuǎn)過的機械角度稱為步距角。即：當(dāng)定子繞組完成一次通電周期時，轉(zhuǎn)子繞組由于受到磁場變化的作用，產(chǎn)生磁矩，旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的機械角度。步距角的大小會影響到步進(jìn)電機的運行頻率和啟動。一般情況下，步距角越小，加工精度就越高。（2）最大靜轉(zhuǎn)矩為最大靜轉(zhuǎn)矩。它表示了步進(jìn)電機所能承受負(fù)載的能力。一般情況下，流入步進(jìn)電機繞組的電流越大，最大靜轉(zhuǎn)矩也就越大，也就可以帶動更大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，此時的運行的快速性及穩(wěn)定性就越好。（3）靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差，由名稱可知，是指步距角的理論值域?qū)嶋H值之間的誤差，由于誤差較小，通常在分的級別，一般不會超過10分的精度范圍。該誤差值主要是有電磁轉(zhuǎn)矩的不均勻等其他因素造成的，這種誤差在實際生活中不可避免，通常只有進(jìn)一步提高機械齒輪的制造精度，使誤差值盡可能的減小。步距角誤差直接影響工作的加工精度以及步進(jìn)電機的動態(tài)特性。通常在空載情況下進(jìn)行測定，靜態(tài)步距角誤差越小，表示步進(jìn)電機的精度越高。（4）啟動頻率和啟動頻率特性啟動頻率是指步進(jìn)電機在不帶任何負(fù)載的情況下，由靜止?fàn)顟B(tài)直接進(jìn)行啟動，并且能夠穩(wěn)定的、不失步的進(jìn)入正常運行狀態(tài)，所需要的脈沖頻率的最大值。它也是衡量步進(jìn)電機響應(yīng)速度快慢的一個重要的參數(shù)。高于步進(jìn)電機，。啟動頻率與負(fù)載慣量有關(guān)，一般來說隨著負(fù)載慣量的增長而下降。產(chǎn)品介紹上往往會給出空載時的啟動頻率。然而實際使用中，大多數(shù)步進(jìn)電機都是在帶有負(fù)載的情況下啟動，因此，所以產(chǎn)品介紹通常會以表格或曲線的形式給出啟動的矩頻特性，即啟動頻率特性，以便確定負(fù)載啟動頻率。（5）運行頻率和運行矩頻特性運行頻率是指步進(jìn)電機在啟動后，穩(wěn)定運行的過程中，連續(xù)上升脈沖信號的頻率時，。運行頻率是衡量步進(jìn)電機定子繞組通電變化頻率快慢的一個重要參數(shù)。的。運行頻率隨負(fù)載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系。運行矩頻特性通常會在產(chǎn)品介紹中以表格或曲線的形式給出。當(dāng)步進(jìn)電機。帶負(fù)載運行時，。步進(jìn)電機的工作原理步進(jìn)電機控制的最大特點是開環(huán)控制，不需要反饋信號。因為步進(jìn)電機的運動不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)量的誤差積累。四相電機運行時，可以是四相中每次只有一相繞組通電來工作，也可以是兩相同時通電，或者是單相和兩相交替通電。前一種驅(qū)動方式稱為四相單四拍，后兩者分別為四相雙四拍和四相八拍。這里所謂的“四相”是指步進(jìn)電機具有四相定子繞組；“單”是指每次只有一相繞組通電；“四拍”是指四次換接為一個循環(huán)，第五次換接重復(fù)第一次的情況。（1）四相單四拍。電機的通電順序為A-B-C-D-A-B...，如表1-1所示;（2）四相雙四拍。電機的通電順序為AB-BC-CD-DA-AB-BC...，如表1-2所示;（3）四相八拍。電機的通電順序為A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-AB...，如表1-3所示;表1-1四相單四拍步序控制位工作狀態(tài)A相B相C相D相11000A20100B30010C40001D表1-2四相雙四拍步序控制位工作狀態(tài)A相B相C相D相11100AB20110BC30011CD41001DA表1-3四相八拍步序控制位工作狀態(tài)A相B相C相D相11000A21100AB30100B40110BC50010C60011CD70001D81001DA本次設(shè)計中使用的是28BYJ-48步進(jìn)電機，該電機屬于四相八拍電機，因此，該步進(jìn)電機的輸入脈沖信號也應(yīng)該是四相八拍的工作方式。使用單片機的定時器0，把工作方式設(shè)置為1，單片機的每一次中斷都會給步進(jìn)電機的繞組輸入一個脈沖電壓，步進(jìn)電機隨即將脈沖信號轉(zhuǎn)化為線位移或角位移，轉(zhuǎn)動一個角度。步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的原理傳統(tǒng)的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)是電子電路組成的，主要由脈沖發(fā)生器、環(huán)形脈沖分配器、功率放大器以及步進(jìn)電機組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1-4所示：圖1-4傳統(tǒng)的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)脈沖發(fā)生器的作用是產(chǎn)生一連串（一系列）連續(xù)的脈沖信號的電子器件，脈沖信號的頻率范圍較寬，可以是低頻的是20赫茲至10兆赫茲，也可以是高頻的100千赫茲至300兆赫茲等等。環(huán)形脈沖分配器的作用是將輸入的連續(xù)脈沖信號，按照一定的規(guī)律順序，分別分配給驅(qū)動元件的各個端口。在這個過程中，環(huán)形脈沖分配器按照一定的順序接通、斷開，使電機繞組的通電按輸入脈沖的控制而循環(huán)變化。由于環(huán)形脈沖分配器輸出的脈沖信號電流很小，往往只有幾微安，所以要想驅(qū)動步進(jìn)電機進(jìn)行工作就需要添加功率放大器，將功率就行放大。采用以往的電子電路的控制方式，由于其電路組成復(fù)雜，成本較高，因而限制了它的應(yīng)用，不能大范圍的應(yīng)用。但是，若采用基于單片機的控制系統(tǒng)，由軟件代替脈沖發(fā)生器和環(huán)形分配器的作用，不僅大大簡化了電路的組成，也降低了成本，穩(wěn)定性和可靠性也大大提高。此外，可以根據(jù)系統(tǒng)的需要，靈活的改變步進(jìn)電機的控制設(shè)計方案，使其性能不在單一，使用很方便。常用的基于單片機控制步進(jìn)電機系統(tǒng)原理圖，如圖1-5所示：圖1-5基于單片機的控制系統(tǒng)將圖2與圖1相比，主要區(qū)別在與用單片機代替了脈沖發(fā)生器和環(huán)形分配器的作用。因此，，并實現(xiàn)。每當(dāng)步進(jìn)電機脈沖輸入線上得到一個脈沖，它使沿著方向控制線信號所確定的方向行進(jìn)。步進(jìn)電機在正常的工作狀態(tài)下，對步進(jìn)電機每輸入一個脈沖信號，步進(jìn)電機就會轉(zhuǎn)動相應(yīng)的步距角，且該步距角是成比例的，且角度值是固定的。，若能已知其行進(jìn)的步數(shù)和行進(jìn)前的初始位置，。2總體方案設(shè)計設(shè)計思路的選擇對于步進(jìn)電機控制的研究，國內(nèi)外近些年出現(xiàn)了多種控制方式，其中最常見的控制方式為以下三種：（1）基于電子電路的控制方式：步進(jìn)電機能直接接收數(shù)字信號的特點，所以被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。其中較常用的控制電路是采用硬件電路的方式，即利用數(shù)字邏輯單元組成的電子電路。此種控制方式的特點是電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，性能穩(wěn)定，可以實現(xiàn)一般的基本任務(wù)要求。缺點是功能性比較單一，電路的功能不能更改。若要改變控制系統(tǒng)的功能，一般需要重新設(shè)計硬件電路，靈活性較差。（2）基于單片機的控制方式:采用基于單片機的步進(jìn)電機控制方式，實現(xiàn)了軟、硬件相結(jié)合的控制方法。為了能夠更加準(zhǔn)確、精準(zhǔn)的控制步進(jìn)電機，最好的控制方式是利用軟件將脈沖信號有規(guī)律的輸出到步進(jìn)電機的驅(qū)動元件上，從而，取代了環(huán)形脈沖分配器的功能。由于單片機的強大功能，還可以擴張大量的外圍電路，鍵盤作為一個外圍中斷源，可控制步進(jìn)電機實現(xiàn)啟停、正反轉(zhuǎn)、加減速等功能，也可以利用數(shù)碼管作為顯示電路，來顯示步進(jìn)電機的工作狀態(tài)。此種控制方式的特點是系統(tǒng)的靈活性好，可靠性強，增加了控制系統(tǒng)的功能多樣性。缺點是系統(tǒng)硬件設(shè)計相對復(fù)雜，電路設(shè)計工作量相對較大。（3）基于PLC的控制方式：PLC的控制方式是在工業(yè)領(lǐng)域中，以計算機控制技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來的控制技術(shù)。通過PLC，將控制脈沖按步進(jìn)電機的相應(yīng)的上。而環(huán)形脈沖分配器可以分為軟件和硬件兩種。采用軟件環(huán)形分配器時，占用PLC資源較多，電路結(jié)構(gòu)簡單；而采用硬件環(huán)形分配器時，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，PLC資源占用較少，但增加成本。此種控制方式的特點是抗干擾能力強，可靠性高，編程簡單，性價比高，安裝簡便，維修方便等。缺點是不能在高頻率下對步進(jìn)電機進(jìn)行控制，且控制精度小。通過對以上三種方案的比較，可以發(fā)現(xiàn)：基于電子電路的控制方式靈活性不高；基于PLC的控制方式不能在高頻率下進(jìn)行，控制精度?。欢S著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對控制功能的要求也越來越高，使得單片機的優(yōu)點更加的直白的顯現(xiàn)出來，因此，單片機與控制電路的結(jié)合是日后發(fā)展的主流方向。結(jié)合本設(shè)計的設(shè)計成本等因素的考量，故本設(shè)計采用基于單片機的控制方式。本方案有以下優(yōu)點：利用，通過改變單片機的輸入程序，，使步進(jìn)電機的和大大提高；利用單片機的軟件可以使步進(jìn)電機的，也使控制方式實現(xiàn)了和，可以有效的對電路產(chǎn)生的影響；由于單片機的擴展性較強，使其功能日趨完善，功能也逐漸多樣化，設(shè)計成本較低，具有很；由于單片機擁有很多的外圍電路，且現(xiàn)存的子程序日趨完善，在使用時，直接調(diào)用，大大減少了工作量，也提高了系統(tǒng)的交互性。硬件部分主要是以，本設(shè)計選用的步進(jìn)電機是，通過軟、硬件的結(jié)合，實現(xiàn)了步進(jìn)電機的、/、功能，并且將電機的在上。本設(shè)計是由、模塊、模塊、模塊以及模塊。其中、、是本次設(shè)計的。本設(shè)計的系統(tǒng)框圖如圖2-1所示：單片機單片機鍵盤控制模塊電機驅(qū)動模塊數(shù)碼管顯示模塊電源模塊圖2-1總體設(shè)計框圖單片機芯片的選擇方案一：采用凌陽單片機。凌陽單片機是一款控制處理數(shù)據(jù)以及數(shù)字信號處理的設(shè)備。該單片機具有多種不同的產(chǎn)品類型，可以滿足不同的電路場合的需求。它具有集成度高、數(shù)/?；旌?、功能全、低功耗、低電壓和易于擴展等特點，并且能用電池供電，具有較強的中斷處理能力。另外，它還增加了適合于DSP的某些特殊指令，有些系列的單片機還嵌入了LCD控制/驅(qū)動和雙音多頻發(fā)生器功能，并且支持語音提示功能。缺點是價格較貴，不利于提高產(chǎn)品的性價比。方案二：采用51系列的單片機。51單片機是現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的單片機。該單片機具有高、小、低、齊全、容易、方便、能力強、可靠等優(yōu)點。同時，它的價格低廉，有利于提高性價比。缺點是數(shù)據(jù)處理較弱?，F(xiàn)實生活中，為了使電路更穩(wěn)定的工作，有時單片機芯片需要具有一定的抗干擾能力以及一定范圍的工作環(huán)境溫度等等特殊的要求。按適用的工作溫度分，單片機芯片可分為商用級、工業(yè)級、軍用級三個等級，這里選擇一般的商用機即可。按抗干擾能力方面的要求，由于本次設(shè)計的功能有限，一般的單片機均能滿足該要求，因此，抗干擾方面不需要特別考慮。若從易學(xué)掌握的角度出發(fā)，要求所選單片機要支持簡單易學(xué)的編程語言，并且擁有易于學(xué)習(xí)的編程軟件。此外，本設(shè)計選用的單片機最好具有豐富的相關(guān)學(xué)習(xí)資料，便于查找學(xué)習(xí)，使其具有更高的通用性。若從該角度出發(fā)，51系列的單片機具有一定的優(yōu)勢。綜上所述，通過從各方面的綜合考慮，本系統(tǒng)選擇方案二51單片機作為主控芯片。在常用的51單片機中，STC89C51系列的單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速低功耗的單片機，它的功能已完全能夠?qū)崿F(xiàn)本設(shè)計的要求，且價格便宜，下載程序方便。驅(qū)動電機芯片的選擇方案一：使用驅(qū)動芯片ULN2003。ULN2003芯片可以直接處理數(shù)字信號，例如經(jīng)過數(shù)字邏輯電子電路產(chǎn)生的脈沖信號。該芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由組成的，并且。通常被廣泛應(yīng)用于單片機、PLC、儀表電器等控制驅(qū)動電路中。特點是高、高、強、好、小、低廉等等。方案二：使用驅(qū)動芯片L298。L298N芯片屬于H橋集成電路。驅(qū)動芯片L298可以直接和單片機進(jìn)行連接，接收單片機的數(shù)字脈沖信號。由于其輸出電流大、功率大的特點，可以直接驅(qū)動電機進(jìn)行工作。而當(dāng)驅(qū)動芯片L298直接驅(qū)動步進(jìn)電機工作時，只需要改變脈沖信號的邏輯電平值，就可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機工作狀態(tài)的控制。該芯片具有體積小，控制方便等優(yōu)點，缺點是使用該芯片時需要添加光電耦合器件，進(jìn)行光電隔離，消除電機對單片機產(chǎn)生的干擾，從而使系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。綜上所述，通過從各方面的綜合考慮，本系統(tǒng)選擇方案一ULN2003作為本設(shè)計的驅(qū)動芯片。顯示電路的選擇方案一:采用LCD液晶顯示器。LCD液晶顯示器不僅可以顯示、和漢字，還可，并且可以實現(xiàn)、屏幕內(nèi)容的等功能，具有小、輕、小、小、清晰等優(yōu)點。缺點是對單片機的接口要求高，一般多采用并行接口，占用資源多，同時也需要專門的驅(qū)動電路，且器件價格昂貴。方案二:采用LED數(shù)碼管。LED數(shù)碼管的顯示模塊的數(shù)碼管，。STC89C51單片機輸出的脈沖序列經(jīng)過上拉電阻驅(qū)動數(shù)碼管顯示。采用數(shù)碼管動態(tài)顯示方式，具有亮度高、響應(yīng)速度快、防潮防濕性能好、使用壽命長、硬件電路簡單、編程簡便、顯示信息清晰、價格低廉等優(yōu)點，但占用單片機I/O端口較多。綜上所述，通過從使用的實用性和價格等各方面的綜合考慮，本系統(tǒng)選擇方案二LED數(shù)碼管作為本設(shè)計的顯示模塊。步進(jìn)電機的選擇由于本次設(shè)計的供電電源是5V的直流電源，STC89C51單片機的VCC電壓也為5V，該設(shè)計的最高電壓也是5V。因此，選擇的類型也應(yīng)該是驅(qū)動電壓為直流5V的，，經(jīng)過綜合考量，28BYJ-48步進(jìn)電機比較符合本設(shè)計的要求，性價比各方面也很符合。28BYJ-48步進(jìn)電機屬于四相八拍電機，輸入電壓范圍為直流5V-12V。當(dāng)步進(jìn)電機輸入一系列連續(xù)的脈沖信號時，步進(jìn)電機按照相應(yīng)的運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)動相應(yīng)的角度。例如，當(dāng)輸入步進(jìn)電機的通電狀態(tài)改變一次時，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子也就轉(zhuǎn)過對應(yīng)的一個步距角，與之相對。3控制系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計本設(shè)計采用的是STC89C51作為步進(jìn)電機的控制芯片。帶4K，是典型的嵌入。，同時，由于，因此，它也與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。單片機如圖3-1所示：圖3-1單片機鍵盤控制電路根據(jù)控制系統(tǒng)功能的要求，需要設(shè)置四個控制按鍵，即：K2、K3、K4、K5，分別來控制步進(jìn)電機的啟停、轉(zhuǎn)向、加速和減速功能。鍵盤控制電路的原理圖如圖3-2所示。通過K2、K3狀態(tài)變化來實現(xiàn)電機的啟停、轉(zhuǎn)向控制功能。當(dāng)控制按鍵K2或K3有輸入信號時，單片機檢測到端口或端口的狀態(tài)由高電平變?yōu)榈碗娖?，?nèi)部程序調(diào)用相應(yīng)的啟停程序或轉(zhuǎn)向程序，進(jìn)而控制步進(jìn)電機的啟停和轉(zhuǎn)向工作狀態(tài)。由步進(jìn)電機的工作原理可知：步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速的控制主要是受輸入步進(jìn)電機的頻率大小所決定的。對于單片機而言，主要的方法有：軟件延時和定時中斷。本設(shè)計采用是定時中斷的方法。通過控制K4或K5按鍵開關(guān)的閉合、斷開，來控制步進(jìn)電機的加速或減速。根據(jù)K4或K5按鍵開關(guān)的輸入次數(shù)，將其輸入到單片機中，更改程序定時器中的中斷次數(shù)，改變輸出的脈沖頻率，繼而，實現(xiàn)對步進(jìn)電機加速或減速的控制。圖3-2鍵盤控制電路原理圖單片機最小系統(tǒng)電路是由。（1）復(fù)位及復(fù)位電路的設(shè)計：在單片機系統(tǒng)中，復(fù)位電路是不可缺少的。單片機在正常工作（即執(zhí)行指令）前，必須要進(jìn)行復(fù)位操作，這樣做的目的是將CPU以及系統(tǒng)中其他部件都處于一個明確的初始狀態(tài)，便于系統(tǒng)啟動。要實現(xiàn)復(fù)位操作，必須使單片機RESET管腳至少保持2個機器周期以上的高電平即可。在實際系統(tǒng)中，考慮到系統(tǒng)電源電壓的上升時間和晶體振蕩器的起振時間，為了保證系統(tǒng)能可靠地復(fù)位，復(fù)位信號應(yīng)該至少維持20ms以上高電平。單片機的復(fù)位電路有很多種，主要分為上電復(fù)位和手動按鍵復(fù)位兩種。本電路的復(fù)位電路部分采用的是手動按鍵復(fù)位方式，復(fù)位電路部分如圖3-3所示。手動按鍵復(fù)位方式的工作原理：當(dāng)按下復(fù)位開關(guān)K1時，電源VCC與單片機的復(fù)位口RST直接相連，將復(fù)位端口置于高電平，極性電容C2也放電；當(dāng)松開復(fù)位開關(guān)K1時，由于電容兩端的電壓值不能突變，故復(fù)位端口RST仍為高電平，此時電源VCC對電容C2充電，直至充電完成，電容相當(dāng)于開路，復(fù)位端口RST被置為低電平，電路復(fù)位工作完成。（2）時鐘電路的設(shè)計:在設(shè)計單片機系統(tǒng)電路時，時鐘電路也是不可缺少的。在計算機系統(tǒng)中，所有的工作都是在一個節(jié)拍（時鐘）下同步工作，這樣才不會出現(xiàn)沖突。而為這個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的節(jié)拍的，便是時鐘電路的工作，就如同心臟一樣，給計算機提供動力。在單片機系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)的工作快慢主要取決于時鐘電路中晶振頻率的大小。特別注意的是，在單片機中，時鐘電路的設(shè)計一定要和單片機靠近，路線盡可能短。時鐘電路的地一定要和同一時鐘的芯片的地共地。在晶振頻率的選擇上，在滿足系統(tǒng)需要的前提下盡可能地選用低頻率的晶振，這樣可以降低系統(tǒng)的功耗，不是選用的頻率越高越好。在單片機系統(tǒng)中，時鐘信號的產(chǎn)生通常有兩種方法：內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用的是內(nèi)部時鐘方式，如圖3-3所示。晶振電路是由兩個30PF的電容和一個12M的晶體振蕩器組成的，兩端分別跨接在單片機的XTAL1和XTAL2的兩個端口上。這里的兩個電容是起到穩(wěn)定頻率的作用，對晶振產(chǎn)生的頻率微調(diào)，使振蕩頻率與晶振頻率保持一致。 圖3-3單片機的最小系統(tǒng)數(shù)碼管顯示電路數(shù)碼管顯示器，也稱為LED顯示器，通常是由多個發(fā)光二極管組成的，可以顯示字段的顯示器件。當(dāng)LED顯示器中的段二極管導(dǎo)通時，字段中的一段或一點相應(yīng)的點亮，若能快速的同時控制發(fā)光二極管的導(dǎo)通，便可以控制數(shù)碼管顯示器顯示出不同的字符。各段LED顯示器需要由驅(qū)動電路驅(qū)動。生活中，由于其成本較低、顯示性能優(yōu)異等優(yōu)點，被廣泛使用于各種場合，常用的數(shù)碼管顯示器有很多種，例如四位的數(shù)碼管顯示器、米字形數(shù)碼管顯示器等等。按發(fā)光二極管單元連接方式的不同，數(shù)碼管可分為以下兩類：（1）共陽極接法。，并與電源電壓+5V相連，。當(dāng)輸入端為低電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通點亮，可以顯示相應(yīng)的字符信息。如圖3-4所示。（2）共陰極接法。，并接地連接。每個發(fā)光二極管的陽極通過電阻與輸入端相連。當(dāng)輸入端為高電平時，發(fā)光二極管導(dǎo)通點亮，可以顯示相應(yīng)的字符信息。如圖3-5所示。圖3-4共陽極接法圖3-5共陰極接法在本設(shè)計中所采用的是共陽極數(shù)碼管作為顯示電路，利用三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷作用驅(qū)動數(shù)碼管。數(shù)碼管選用7段共陽4位LED,第一位顯示步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)，第一位顯示“0”或“1”，第三、四位顯示電機的速度等級。其中第一位為“0”是，表示該電機的轉(zhuǎn)向是正向旋轉(zhuǎn)；“1”則是反向旋轉(zhuǎn)。而第三四位顯示的速度等級有10個，即“00”到“10”。顯示如圖3-6所示：圖3-6數(shù)碼管驅(qū)動顯示電路步進(jìn)電機的驅(qū)動電路本設(shè)計采用的是生活中廣泛使用的電機驅(qū)動芯片ULN2003為步進(jìn)電機提供脈沖信號。ULN2003芯片是高壓、大電流達(dá)林頓晶體管陣列系列產(chǎn)品。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是由7個硅NPN復(fù)合晶體管組成。具有電流增益高、工作電壓高、驅(qū)動能力強、體積小、價格低廉等特點，通常被廣泛應(yīng)用于單片機、PLC、儀表電器等控制驅(qū)動電路中。同時，ULN2003芯片可以直接驅(qū)動大功率繼電器等負(fù)載電路。因此，它被廣泛用于計算機，工業(yè)和消費類產(chǎn)品中。ULN2003的設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)TTL系列兼容。它的管腳連接圖如圖3-7所示:圖3-7ULN2003管腳連接圖其主要特性如表3-8，所示：表3-8ULN2003主要特性參數(shù)輸入電流/(mA)輸入電壓/（V)功耗/(W)工作溫度/(℃)數(shù)值25301-20~+85ULN2003芯片的特點：ULN2003，在5V的工作電壓下，它能來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003內(nèi)流入的外部，高負(fù)載電流下。步進(jìn)電機驅(qū)動電路的工作過程是：首先，單片機從P1口輸出00000001B，同時，由于單片機與ULN2003驅(qū)動芯片通過端口連接的，所以這四個管腳中每時每刻只有一個管腳處于導(dǎo)通狀態(tài)，剩余的三個管腳則處于斷開狀態(tài)（單片機采用的是單拍方式對步進(jìn)電機控制）。這樣就使得ULN2003的輸出端口中的一個與步進(jìn)電機進(jìn)行導(dǎo)通連接。電機驅(qū)動電路原理圖如圖3-9所示：圖3-9步進(jìn)電機驅(qū)動原理圖步進(jìn)電機的其他電路步進(jìn)電機的其他部分電路，包括5V電源電路和下載接口電路，如圖3-10和3-11所示：圖3-105V電源電路圖3-11下載接口電路將各部分接口外圍電路，通過單片機使各部分結(jié)合起來形成一個完整的電路，如附錄：系統(tǒng)總體電路圖所示。它是以單片機作為核心的控制電路，可以實現(xiàn)步進(jìn)電機根據(jù)按鍵電路的不同輸入，使其進(jìn)行不同的運行狀態(tài)，并通過數(shù)碼管顯示電路和發(fā)光二極管顯示步進(jìn)電機的運行狀態(tài)。在系統(tǒng)工作的過程中，數(shù)碼管顯示步進(jìn)電機的正反轉(zhuǎn)狀態(tài)和轉(zhuǎn)動的速度，并通過發(fā)光二極管指示步進(jìn)電機的運行狀態(tài)的快慢，即四個發(fā)光二極管來回閃爍的速度越快則表明步進(jìn)電機的旋轉(zhuǎn)速度越快；反之，則越慢。4控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計本次畢業(yè)設(shè)計軟件部分要實現(xiàn)的功能如下:按動啟動/停止按鍵時，步進(jìn)電機停止當(dāng)前的運行狀態(tài)，再次按動時，步進(jìn)電機繼續(xù)運行當(dāng)前的運行狀態(tài)；按動正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鍵時，步進(jìn)電機可以實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向切換，但轉(zhuǎn)速不會發(fā)生改變；按動加速或減速按鍵時，步進(jìn)電機可以實現(xiàn)從“01”至“10”十個速度等級的速度加減控制。同時，數(shù)碼管顯示模塊中的第一位可以實時顯示電機的轉(zhuǎn)向，“0”表示正轉(zhuǎn)，“1”表示反轉(zhuǎn)；第三、四位則實時的顯示電機的速度等級，變化范圍為“01”至“10”；而第二位數(shù)碼管不顯示，以區(qū)分開電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的顯示信息。為了實現(xiàn)本設(shè)計的功能，本設(shè)計采用的是控制定時器的中斷技術(shù)，因此，設(shè)計了讀取按鍵子程序、按鍵處理子程序、電機控制中斷程序等部分。本設(shè)計中，主程序采用的是查詢尋址方式掃描鍵盤端口，檢查按鍵是否發(fā)生動作，此時，調(diào)用的是讀取按鍵子程序進(jìn)行工作；若有按鍵發(fā)生動作，則進(jìn)入按鍵處理子程序，根據(jù)按鍵的次數(shù)，更改程序定時器的中斷次數(shù)，改變輸出的中斷次數(shù)，實現(xiàn)對步進(jìn)電機的控制。定時器0中斷服務(wù)程序控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動：根據(jù)鍵盤電路輸入的次數(shù)，改變T0的定時時間常數(shù)，設(shè)置TH0和TL0的值，達(dá)到對轉(zhuǎn)速精確控制的目的；通過改變轉(zhuǎn)動方向控制位的值，控制脈沖信號循環(huán)移動的方向，達(dá)到對步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動方向控制的目的。主程序流程圖開始開始初始化調(diào)按鍵、顯示子程序調(diào)按鍵子程序調(diào)用正反轉(zhuǎn)子程序調(diào)用加減速子程序停止圖4-1步進(jìn)電機控制系統(tǒng)主程序流程圖讀按鍵子程序流程圖按鍵電路采用的是掃描方法，與初始值進(jìn)行比較，若兩者相等，則說明按鍵沒有被按下；若兩者不相等，則進(jìn)行軟件消抖，確認(rèn)按鍵是否被按下。延時10ms后再次進(jìn)行掃描，再次與初始值進(jìn)行比較，若兩者相等，則說明前一次比較不相等是由抖動產(chǎn)生的；若兩者不相等，則說明確實有按鍵按下，繼續(xù)執(zhí)行鍵盤子程序里的程序，將相應(yīng)的變量值改變，準(zhǔn)備處理鍵盤子程序。如圖4-2所示:啟動啟動否是否有鍵按下處理鍵盤子程序是圖4-2掃描鍵盤字程序流程圖按鍵處理子程序流程圖初始化變量初始化變量開始是否按下是否按下是否按下是否按下退出TR0取反，通過啟停T0啟停步進(jìn)電機取反方向控制為，改變電機轉(zhuǎn)動方向修改速度參數(shù)值，減速修改速度參數(shù)值，加速是是是是圖4-3鍵盤處理子程序流程圖電機控制中斷程序流程圖開始開始設(shè)置T0時間參數(shù)判斷轉(zhuǎn)動方向控制位的值有控制位查詢輸出脈沖退出改變方向控制變量值是圖4-4定時器中斷0服務(wù)程序流程圖5仿真與測試仿真軟件介紹Proteus軟件是由化軟件。該軟件的使用，實現(xiàn)了從設(shè)計思路到實際產(chǎn)品制作的完整設(shè)計，大大的提高了電子設(shè)計工作的效率。該軟件可以實現(xiàn)多種軟件的功能，例如:原理圖的繪制、電路圖的仿真與測量以及生成PCB文件等等。同時，該軟件支持大量的、不同種類的單片機芯片和元件庫，并且隨著時代的發(fā)展，該軟件也持續(xù)增加眾多其他系類的處理器，使軟件的功能更加完善。由于Proteus軟件操作簡單，易于掌握，且通用性強的特點，相信在不遠(yuǎn)的未來會有更多的電子工作者學(xué)習(xí)并使用它。因此，對于電子工作者，學(xué)習(xí)并掌握該軟件的用法具有一定的必要性。仿真的操作步驟由于Proteus軟件具有良好的仿真特性，能對輸出的信號進(jìn)行準(zhǔn)確測量、分析，節(jié)省了大量的動手操作時間，更加方便于電子產(chǎn)品初期制作的操作需求。通過使用該軟件，基本可以驗證本設(shè)計的整體思路的正確性，從而開始本設(shè)計的實際制作部分。本設(shè)計的系統(tǒng)電路軟件仿真步驟如下：打開Proteus仿真軟件；在軟件的元器件庫中選擇所需的元器件；按照硬件電路設(shè)計方案連線；將生成的HEX文件添加到單片機芯片中；保存工程文件，并編譯。編譯通過后，進(jìn)行仿真、調(diào)試；如有錯誤或與設(shè)計預(yù)期不相符，則繼續(xù)進(jìn)行步驟3～5，進(jìn)行調(diào)試，至到調(diào)試成功。系統(tǒng)仿真如圖5-1所示。圖5-1系統(tǒng)仿真圖程序的調(diào)試過程，仿真實現(xiàn)了本設(shè)計最初的功能要求。仿真實現(xiàn)的功能如下：按動啟動/停止按鍵時，步進(jìn)電機停止當(dāng)前的運行狀態(tài)，再次按動時，步進(jìn)電機繼續(xù)運行當(dāng)前的運行狀態(tài)；按動正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鍵時，步進(jìn)電機可以實現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)向切換，但轉(zhuǎn)速不會發(fā)生改變；按動加速或減速按鍵時，步進(jìn)電機可以實現(xiàn)從“01”至“10”十個速度等級的速度加減控制。同時，數(shù)碼管顯示模塊中的第一位可以實時顯示電機的轉(zhuǎn)向，“0”表示正轉(zhuǎn)，“1”表示反轉(zhuǎn)；第三、四位則實時的顯示電機的速度等級，變化范圍為“01”至“10”；而第二位數(shù)碼管不顯示，以區(qū)分開電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的顯示信息。電路板的焊接

電路板的焊接基本功在大二、大三的電子工藝設(shè)計已經(jīng)略有所學(xué)，這次的焊接更多是電子元器件的焊接。由于有以前的經(jīng)驗，所以這次的焊接任務(wù)不是特別的困難，但在這里焊接的有些事項仍然是要注意的：焊接的先后順序。元器件焊接的順序應(yīng)遵循先小后大，先低后高的順序。例如常見的元器件中，焊接的順序可以為：三極管、芯片插座等等。芯片與底座都是有方向的。焊接時，應(yīng)當(dāng)注意原理圖中元器件的管腳的連接方向，以及PCB圖紙中元器件的極性和開口方向，防止焊接出現(xiàn)錯誤。焊接完成后，用放大鏡查看每一個焊點，檢查是否有虛焊以及短路的情況發(fā)生。單片機芯片在安裝前，應(yīng)當(dāng)先將兩側(cè)的針腳稍稍彎曲，使其有利于插入底座對應(yīng)的插口中。焊接上錫時，焊錫不宜使用過多，使焊點焊錫變成錐形時為最好。當(dāng)電路焊接完成后，最好使用清潔劑對電路的表面進(jìn)行清洗，以防止電路表面附著的鐵屑使電路短路，也有利于電路板的美觀。電路板的測試在電路完成焊接后，將程序文件燒入單片機芯片中，檢查實物是否能夠協(xié)調(diào)運行，檢查是否能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)創(chuàng)作之初所設(shè)想的效果。若不能完全實現(xiàn)所要求的功能，則應(yīng)當(dāng)重新檢查系統(tǒng)的軟硬件的設(shè)計部分，并對其進(jìn)行修改，直至實現(xiàn)設(shè)計的要求為止。本次調(diào)試過程中遇到了很多的問題。在硬件部分調(diào)試電路的問題有：單片機的復(fù)位端管腳出現(xiàn)問題，造成單片機的復(fù)位出現(xiàn)問題，單片機不能驅(qū)動步進(jìn)電機工作。在多次檢查后，更換了新的單片機后，排除了故障，電路實現(xiàn)了預(yù)先所要求的功能。在軟件部分調(diào)試電路的問題有：步進(jìn)電機速度的控制范圍太小。在咨詢老師后，發(fā)現(xiàn)軟件設(shè)計的思路不是很合理，原先的設(shè)計是利用主程序來控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動，采用延時方式控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速，由定時器處理鍵盤；更改程序后，主程序用來處理鍵盤，由定時器控制步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速由定時器定時時間決定。在更換程序后，問題得到了解決，步進(jìn)電機速度的控制范圍增大了。本設(shè)計一開始并不能實現(xiàn)所有的功能，在排除了軟硬件的故障后，并對軟硬件故障進(jìn)行修改后，步進(jìn)電機可以實現(xiàn)其預(yù)先設(shè)定的功能了。制作的實物圖如圖5-2所示。通過這次電路板的調(diào)試，使我認(rèn)識到，有時細(xì)節(jié)的小小疏忽，也可能導(dǎo)致整體功能不能實現(xiàn)，這也就更加說明了細(xì)節(jié)決定成敗。不過總體而言，本次的調(diào)試還是很成功的。圖5-2制作的實物圖6結(jié)論與展望經(jīng)過這兩個多月不辭辛苦的努力，在反復(fù)驗證，修改后，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計的要求。本次設(shè)計主要研究了基于單片機的步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的電路設(shè)計。本次設(shè)計采用STC89C51單片機作為控制核心，由單片機產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)ULN2003芯片進(jìn)行功率放大，驅(qū)動步進(jìn)電機工作，同時由數(shù)碼管同步顯示步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速的等級，由相應(yīng)的按鍵實現(xiàn)步進(jìn)電機的啟停、正反轉(zhuǎn)和加減速等功能。在本次畢業(yè)設(shè)計的過程中，力求硬件電路設(shè)計簡單，充分發(fā)揮軟件部分的優(yōu)勢來滿足系統(tǒng)的要求。通過實際測試表明本設(shè)計系統(tǒng)的性能優(yōu)于傳統(tǒng)步進(jìn)電機控制器，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性強、控制方便、性價比高等特點，在機電一體化、數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、計算機外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表、印刷設(shè)備等中亦得到廣泛地應(yīng)用，發(fā)展前景廣闊。通過這兩個多月的學(xué)習(xí)，使我加深了對單片機、步進(jìn)電機控制系統(tǒng)的相關(guān)知識的認(rèn)識，并將所學(xué)的理論知識應(yīng)用到實踐中，融會貫通，使我掌握了書本上所不能獲得的知識?？偨Y(jié)這兩個多月的學(xué)習(xí)，我得到了以下的收獲：根據(jù)本設(shè)計的要求，結(jié)合老師的指導(dǎo)，有針對性的查閱相關(guān)資料，并提取與本設(shè)計相關(guān)的資料，對資料進(jìn)行消化吸收。根據(jù)本設(shè)計的功能要求，來選擇設(shè)計方案，并確定各模塊電路的組成。在對各模塊的組成選擇時，需要考慮各個元器件的工作要求，并合理的選擇各個元器件的種類。根據(jù)本設(shè)計的原理圖，來確定主程序的流程設(shè)計框架，并依次編寫各模塊的程序。這個過程是最為復(fù)雜的，需要反復(fù)修改程序，即使通過編譯后，也需要使其通過仿真，并實現(xiàn)其功能。由于不斷的上機操作和實踐，使我進(jìn)一步的熟練了AltiumDesigner軟件繪制原理圖、制作PCB板的操作，利用Keil軟件完成了程序的編寫和調(diào)試，并利用Proteus軟件進(jìn)行系統(tǒng)仿真。這次制作畢業(yè)設(shè)計雖然遇到了很多的困難，但還是如期的完成本次畢業(yè)設(shè)計，并給予了我很大的信心，不僅讓我了解專業(yè)知識，而且也讓我認(rèn)識到經(jīng)歷磨煉后的成功才是更加的值的讓人興奮。雖然我的設(shè)計還有很多的不足之處，可這些不足正是我今后更好的研究的最大動力，只有自己敢于面對問題，不怕難題的艱難險阻，自己動手才有可能解決問題。不足和遺憾不會給我打擊，只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注本專業(yè)新興科技的發(fā)展，緊跟時代潮流的發(fā)展，并爭取盡快的了解這些先進(jìn)的知識，學(xué)以致用，為祖國的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。致謝、分不開的，在此，首先，我要感謝我的指導(dǎo)老師劉老師。在制作畢業(yè)設(shè)計的兩個多月的時間里，劉老師在學(xué)習(xí)指導(dǎo)和論文撰寫方面給予了我極大的幫助和指導(dǎo)。劉老師在百忙之中常抽出寶貴的時間和我討論研究課題中遇到的困難，指導(dǎo)我解決問題的途徑。在她的指導(dǎo)下，我認(rèn)真完成每一步設(shè)計，解決設(shè)計過程中遇到的困難，最終完成了設(shè)計。

另外,我還要感謝那些幫助過我的同學(xué)。他們在我迷惑不解時和我一起探討難題，并和我一起解決問題。我非常感激那些始終支持、關(guān)心我的同學(xué)，尤其是那些在我身臨逆境而豪爽地伸出雙手的同學(xué)，以及那些雖然接觸不深但卻鼓勵我、幫助我的同學(xué)。是你們成就了我的今天，謝謝你們。為了能夠出色的完成本次畢業(yè)設(shè)計，老師和同學(xué)們都給予了我很大的關(guān)心和幫助，也讓我在學(xué)習(xí)制作的過程中，學(xué)習(xí)到了書本上難以學(xué)到的知識，以及生活中的為人處世的技巧。千言萬語說不盡內(nèi)心的感激，最后就是希望自己在今后的人生道路上要不畏艱難，勇于拼搏，堅定執(zhí)著的追尋自己的夢想，走出自己理想的人生道路。

再次表達(dá)我最誠摯的謝意！謝謝你們！參考文獻(xiàn)[1]陳隆昌，閻治安，劉新正.控制電機.西安：西安電子科技大學(xué)出版社.2013[2]鄭征.電力電子技術(shù).北京：中國電力出版社，2015[3]朱清慧.基于Proteus顯示控制系統(tǒng)設(shè)計與實例.北京：清華大學(xué)出版社，2011[4]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.北京：高等教育出版社，2005[5]曾曉宏.數(shù)字電子技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，2008[6]江曉安.模擬電子技術(shù).西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008[7]蔣輝平，周國雄.基于Proteus的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真實例北京：機械工業(yè)出版社，2009[8]王宗培.步進(jìn)電動機及其控制系統(tǒng).哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2009[9]余發(fā)山.微機原理與單片機接口技術(shù).北京:煤炭工業(yè)出版社，2013[10]王曉明.電動機的單片機控制.北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2011[11]劉寶延.步進(jìn)電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng).哈爾濱；哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007[12]史敬灼.步進(jìn)電動機伺服控制技術(shù).北京，科學(xué)出版社，2006[13]劉國永,陳杰平.單片機控制步進(jìn)電機系統(tǒng)設(shè)計.安徽:安徽技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報,2012,16(4).[14]孫笑輝,韓曾晉.減少感應(yīng)電動機直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩脈動的方法.電氣傳動,2001，31（1）.附錄：系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)仿真原理圖PCB打印圖原件清單名稱參數(shù)/型號數(shù)量標(biāo)號電阻1K8R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，R8電阻10K1R9電解電容100uF1C1電解電容10uF1C2瓷片電容30pF2C3，C4晶振12M1Y18550三極管——4Q1，Q2，Q3，Q4發(fā)光二極管——4L1，L2，L3，L4按鍵開關(guān)——5K1，K2,K3,K4，K5STC89C51單片機——1U1ULN2003驅(qū)動芯片——1U2步進(jìn)電機——1M1電源接口——1J1步進(jìn)電機插座排針——1P1四位共陽數(shù)碼管——1SM1四針排針——1P4程序//數(shù)碼管位高位低位//四個按鍵控制步進(jìn)電機：正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加1，減1//上電時電機啟動，數(shù)碼管上顯示速度最小檔1，加減檔位均能通過數(shù)碼管顯示出來，電機采用單雙八拍方式//電機轉(zhuǎn)速一共10檔，通過按鍵調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速//電機正轉(zhuǎn)時最高位數(shù)碼管顯示0，反轉(zhuǎn)時顯示1#include<>//reg51頭文件用于寄存器讀取#defineucharunsignedchar//宏定義字符型變量名稱#defineuintunsignedint//宏定義整形變量#defineledP0//數(shù)碼管段選//#definehahaP2sbits1=P1^0;sbits2=P1^1;sbits3=P3^0;sbits4=P3^1;//按鍵定義,s1正轉(zhuǎn)，s2反轉(zhuǎn)，s3加1，s4減1sbitwei3=P2^3;sbitwei2=P2^2;sbitwei1=P2^1;sbitwei0=P2^0;//數(shù)碼管位選定義sbita=P2^7;sbitb=P2^6;sbitc=P2^5;sbitd=P2^4;//脈沖信號輸入端定義ucharcodedisplay[11]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90,0xff};//共陽數(shù)碼管驅(qū)動信號09，不顯示ucharcodetime_counter[10][2]={{0xda,0x1c},{0xde,0xe4},{0xe1,0xec},{0xe5,0xd4},{0xe9,0xbc},//1ms {0xed,0xa4},{0xf1,0x8c},{0xf5,0x74},{0xf9,0x5c},{0xfc,0x18}};//定時器裝載寄存器值用于調(diào)檔時改變定時器定時時間ucharcodequdong[8]={0x80,0xc0,0x40,0x60,0x20,0x30,0x10,0x90}; //ucharnum1=0;//控制取勵磁信號變量 //ucharnum2=8;uchark=1;//加減檔位控制，1為最小檔bitflag1=0;//初始正轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)標(biāo)志ucharbuf[4]={0,10,10,1};//數(shù)碼管顯示緩存，正轉(zhuǎn)，不顯示，不顯示，顯示1檔位,高低//==========================定時器0/1初始化函數(shù)===========================voidT0_T1_init(){ TMOD=0x11;//定時器0/1均工作于方式1,16位計時方式 TH0=(65536-3000)/256; TL0=(65536-3000)%256;//定時器0，定時3ms用于數(shù)碼管掃描顯示 TH1=time_counter[k-1][0]; TL1=time_counter[k-1][1];//定時器1，定時10ms用于步進(jìn)電機轉(zhuǎn)速控制 TR0=1;//定時器0tr0位置1開啟定時器0 TR1=0;//定時器1tr1位置0關(guān)閉定時器1 ET0=1;//開啟定時器0中斷 ET1=1;//開定時器1中斷 EA=1;//開總中斷}//=============================ms級延時函數(shù)==============================voiddelay1m(uintx){uinti,j;//定義ij兩個整形變量for(i=0;i<x;i++)//連數(shù)x次，約xms for(j=0;j<120;j++);//數(shù)120次，約1ms}//==============================主函數(shù)==================================voidmain(){ T0_T1_init();//調(diào)用定時器初始化子程序 buf[1]=10;//不顯示 buf[2]=0; buf[3]=1; while(1) { if(s1==0)//判斷s1按鍵是否按下 { delay1m(3);//延時消抖 if(s1==0)//再次判斷 { TR1=~TR1;//定時器1控制位取反開啟或關(guān)閉1時開始0時關(guān)閉 } while(!s1); //死循環(huán)判