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1、 电子工程学院设计报告电子工程学院设计报告课程名称课程名称: 专业综合设计专业综合设计 设计课目：设计课目：基于单片机的小功率电机控制基于单片机的小功率电机控制 目目 录录1. 系统设计方案.1 1.1 现状分析步进电机.1 1.2 总体方案论证步进电机调速方法.1 1.2.1 理论分析.1 2. 硬件设计.1 3. 软件设计.24 4. 系统调试.37 5. 结论与心得.38 参考文献.38 附录 1 原理图.38 附录 2 实物图.39 附录 3 源程序.3901.1. 系统设计方案系统设计方案1.1.1 1 步进电机步进电机简介简介步进电机是一种由脉冲控制转速的执行机构。它由转子和定子组
2、成。定子是由硅钢片 叠成，装上绕组。转子也是由硅钢片叠成，做成突级结构。常用的三相反应式步进电机的 定子有 6 个磁极，转子有 4 个突齿。其工作的原理是电磁工作原理。当 ABC 相分别导电时， 转子的凸齿与相应的相的绕组相对，这样来控制转子的转动。只要改变绕组的通电顺序就 能改变步进电机的转动顺序。 绕组的通电方式有：单三拍、六拍和双三拍等。其中单三 拍是指每次只有一相通电，双是两相通电，拍是指通电的次数。拍数越少步距角越大，否 则越小。 输入的脉冲数越多，步进电机转动的角度就越多。同时，输入频率越高，则步 进电机的转速就越快。同时，通过控制脉冲数量，就可以控制步进电机的转动的位置，因 此还
3、能使用步进电机进行定位。 步进电机具有以下特点 （1）控制简便 步进电机可以根据输入脉冲的数量控制旋转的角度，因此控制转动角 度十分方便；还可以通过控制脉冲的频率控制步进电机的转速。而对于数字控制，对数量 和频率的控制十分便利，因此步进电机的控制十分简单。 （2）可以开环控制 由于步进电机的转速误差不会累计，因此只要步进电机能正常工 作，就只需要调节脉冲来控制速度即可达到一定的精度。 （3）寿命长 不用电刷，寿命取决于轴承。 步进电机当然也有缺点： （1）不适宜带惯性负载 （2）驱动需要使用脉冲，对驱动电路有要求。 （3）转速上升的同时，转矩下降 步进电机在启动和停止时容易失步，在脉冲频率过
4、高、负载过大时也会1.21.2 步进电机调速方法步进电机调速方法步进电机主要按一定的给电规律，给对应的绕组响应的电信号，电机将按一定的方向 运行，而且每改变一次电信号电机将运行一步，如果连续给出响应电信号，电机将连续运 行，只要改变电信号的频率，将获得不同的运行速度。如果用步进电机调速时，只要改变 控制器的输出脉冲的频率，就可以实现步进电机的调速。也有厂家推出了内部集成有脉冲 发生器的步进驱动器，用户只需输入模拟电信号或通过电位器即可实现步进电机的调速， 如英纳仕推出的 EZD 系列产品。 1.2.1 理论分析理论分析 根据系统的设计要求可知，该系统的输入量为速度和方向，速度应该有增减变化，通
5、 常用加减按钮控制速度，这样只要 2 根线，再加上正反方向和启动/停止信号线共需要 6 根 输入线。系统的输出线与步进电机的绕组数有关。这里选步进电机，工作电压为+5V，可 以个单片机共用一个电源。系统采用了 lcd 显示屏，用来显示步进电机方向与转速的详细 信息。2.2. 硬件设计硬件设计2.12.1 元件清单元件清单元件清单1名称型号数量万用板9x151单片机STC89C521单片机底座40P1晶振11.0592M1瓷片电容22PF2电解电容10UF1电阻10K1按键按键7开关自锁开关1电源座电源接口1电阻1K2显示屏LCD16021电机驱动芯片ULN20031步进电机底座5P1LED2V
6、2电源座1电源线1步进电机122.22.2 LCD1602LCD1602在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通 过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是 数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光 管、LED 数码管、液晶显示器。发光管和 LED 数码管比较常用，软硬件都比较简单，在 前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： （1）显示质量高 （2）数字式接口 （3）体积小、重量轻 （4）功耗低液晶
7、显示简介（1）液晶显示原理液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示， 这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于 实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA 移动通信 工具等众多领域。（2）液晶显示器的分类液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了 黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分为静 态驱动（Static）、单纯矩阵驱动（Simple Matrix）和主动矩阵驱动（Active Matrix）三种。（3）液晶显示
8、器各种图形的显示原理:A）线段的显示点阵图形式液晶由 MN 个显示单元组成，假设 LCD 显示屏有 64 行，每行有 128 列，每 8 列对应 1 字节的 8 位，即每行由 16 字节，共 168=128 个点组成，屏上 6416 个显示 单元与显示 RAM 区 1024 字节相对应，每一字节的内容和显示屏上相应位置的亮暗对应。 例如屏的第一行的亮暗由 RAM 区的 000H00FH 的 16 字节的内容决定，当（000H） =FFH 时，则屏幕的左上角显示一条短亮线，长度为 8 个点；当（3FFH）=FFH 时，则屏 幕的右下角显示一条短亮线；当（000H）=FFH，（001H）=00H，
9、（002H） =00H，（00EH）=00H，（00FH）=00H 时，则在屏幕的顶部显示一条由 8 段亮线和 8 条暗线组成的虚线。这就是 LCD 显示的基本原理。B)字符的显示用 LCD 显示一个字符时比较复杂，因为一个字符由 68 或 88 点阵组成，既要找到和显 示屏幕上某几个位置对应的显示 RAM 区的 8 字节，还要使每字节的不同位为“1”，其它的 为“0”，为“1”的点亮，为“0”的不亮。这样一来就组成某个字符。但由于内带字符发生器的3控制器来说，显示字符就比较简单了，可以让控制器工作在文本方式，根据在 LCD 上开始 显示的行列号及每行的列数找出显示 RAM 对应的地址，设立光
10、标，在此送上该字符对应 的代码即可。C)汉字的显示汉字的显示一般采用图形的方式，事先从微机中提取要显示的汉字的点阵码（一般用字模 提取软件），每个汉字占 32B，分左右两半，各占 16B，左边为 1、3、5右边为 2、4、6根据在 LCD 上开始显示的行列号及每行的列数可找出显示 RAM 对应的地址， 设立光标，送上要显示的汉字的第一字节，光标位置加 1，送第二个字节，换行按列对齐， 送第三个字节直到 32B 显示完就可以 LCD 上得到一个完整汉字。(4)字符型 LCD 简介字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式 LCD，目前常用 16*1，16*2，20*2 和 40
11、*2 行等的模块。下面以长沙太阳人电子有限公司的 1602 字符型 液晶显示器为例，介绍其用法。一般 1602 字符型液晶显示器(5)实物如图：(6) 1602LCD 的基本参数及引脚功能41602LCD 分为带背光和不带背光两种，基控制器大部分为 HD44780，带背光的比不带背 光的厚，是否带背光在应用中并无差别，两者尺寸差别如下图 10-54 所示：图 10-54 1602LCD 尺寸图(7)1602LCD 主要技术参数：显示容量:162 个字符芯片工作电压:4.55.5V工作电流:2.0mA(5.0V)模块最佳工作电压:5.0V字符尺寸:2.954.35(WH)mm(8)引脚功能说明1
12、602LCD 采用标准的 14 脚（无背光）或 16 脚（带背光）接口，各引脚接口说明如表 10- 13 所示:编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据2VDD电源正极10D3数据3VL液晶显示偏压11D4数据4RS数据/命令选择12D5数据5R/W读/写选择13D6数据6E使能信号14D7数据57D0数据15BLA背光源正极8D1数据16BLK背光源负极表 10-13：引脚接口说明表第 1 脚：VSS 为地电源。第 2 脚：VDD 接 5V 正电源。第 3 脚：VL 为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对 比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个 10K 的电位器调整对比度。第 4 脚：RS 为寄存器选择，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器。第 5 脚：R/W 为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作。当
