《步进电机控制设计报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机控制设计报告（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单片机课程设计报告单片机课程设计报告步进电机控制设计步进电机控制设计姓名：姓名： 班级：班级： 指导老师：指导老师： 日期：日期： 2华南农业大学工程学院华南农业大学工程学院摘要摘要：步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。本次课程设计主要采用 AT89S52 芯片，用汇编语言编写出电机的正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片 ULN2003 以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要用相应的发光二极管显示出来。控制系统主要由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括单片
2、机的最小系统模块、电源模块、控制模块、步进电机 ULN2003A 驱动模块、彩灯显示模块5 个功能模块的设计。并且通过仿真控制系统对硬件、软件进行了调试和改善，实现了上述功能。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。关键词：关键词：步进电机 单片机 电脉冲 驱动系统 汇编语言 3目录目录1、课程设计目的及要求42、整体系统分析43、硬件系统分析64、软件系统分析105、调试结果106、结论117、参考文献12附一：源程序1241. 课程设计目的及要求课程设计目的及要求1.11.1 课程设计目的课程设计目的增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解；掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时
3、器/计数器、中断、存贮器、I/O 口、A/D 转换等；了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程及实现方法。1.21.2 课程设计要求课程设计要求设计一个步进电机控制器，要求用多个按键控制电机的启动/停止、加速、减速、反转等控制功能；用彩灯显示电机的转动状态，如加速就控制彩灯快速闪烁，减速则控制彩灯慢速闪烁等。2. 整体系统分析整体系统分析2.1 步进电机控制工作原理步进电机控制工作原理步进电机实际上是一个数字角度转换器，也是一个串行的数模转换器。步进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制 4 个方面。从结构上看 ,步进电机分为三相、四相、五相等类型 ,本次设计的是四相电机。四
4、相步进电机的工作方式有5单四拍、双四拍和单双八拍 3 种 。28BYJ-48步进电机：步进电机：2.1.1 步进电机的启停控制步进电机的启停控制步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。 2.1.2 步进电机的转向控制步进电机的转向控制如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励
5、磁方式为单四拍，即 A -B C - D。如果按反序通电换相，即则电机就反转。2.1.3 步进电机的速度控制步进电机的速度控制如果给步进电机发一个控制脉冲 ,它就转一步 ,再发一个脉冲 ,它会再转一步。2 个脉冲的间隔越短 ,步进电机就转得越快。6调整送给步进电机的脉冲频率 ,就可以对步进电机进行调速。2.2 系统设计思路系统设计思路我们本次设计的步进电机控制系统主要有单片机89S52、ULN2003A 步进电机驱动芯片、四相永磁式步进电机、LED 显示管及其其他相关元件组成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，并通过 LED 显示管的工作状态显示步进电机的正、反转和前进、后退的状态。其总体设
6、计框图 1 所示：3. 硬件系统设计硬件系统设计3.1 主要元件简介主要元件简介3.1.1 AT89S52 单片机单片机AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K系统可编程 Flash 存储器。AT89S52 具有以下标准功能:8k 字节Flash，256 字节 RAM,32 位 I/O 口线，看门狗定时器，2 个数据指针，三个 16 位定时器/计数器，一个 6 向量 2 级中断结构，全双工7串行口，片内晶振及时钟电路。图 2. AT89S52 引脚图3.2 模块分析模块分析3.2.1 时钟晶振电路时钟晶振电路时钟电路是整个系统的心脏，控制着步进电机工作节奏。单
7、片机的时钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。 图 4 中的外接晶体以及电容 C2 和 C1 构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为 30PF 左右，晶振频率选 12MHz。 图 4 时钟电路3.2.2 复位电路单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要8RST 引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果 RST 引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。图 5 复位电路3.2.3 步进电机驱动电路步
8、进电机驱动电路本设计采用 ULN2003A 芯片。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个 2.7K 的基极电阻,在 5V 的工作电压下它能与 TTL 和 CMOS 电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。其中 1B、2B、3B、4B 分别与 P0.0、P0.1、P0.2、P0.3 相接图 6 电机驱动电路3.2.4 显示电路显示电路由于系统显示的内容比较简单，所以显示选用发光二级管既方便又经济。当步进电机开始工作的时候，发光二极管发光；当步进9电机不工作时，发光二极管不发光；当步进电机加速运行时，发光二级管快速闪烁；当步进电减速运行时，发光二极管减速闪烁。图 7 显示电
9、路3.2.53.2.5 系统总电路系统总电路综合以上各模块，可得到总电路图：10图 8 电路总体仿真图4软件系统设计软件系统设计程序编写程序流程图：（源程序见附录）否是 否开始分配地址空间电机停转状态设置 T0，T1 工作方式， T0,T1 置初值开中断启动 T0调用键盘程序有键按下键盘处理程序停止 T1中断等待定时时间到110 是5.5.调试结果调试结果连接并检查完基本线路后，我们将程序烧写到芯片上，但是开始我们设计的程序却烧写不上，我们以为是我们的开发板出现了问题，但检查后开发板没问题，之后才知道我们用的芯片烧写器不行，换了个烧写器后程序便能够正确烧写进去了。然后就按下各个开关按键进行测试
10、，最后电机和显示器都基本上按照设计要求工作了。6.6.总结总结本次单片机课程设计可谓是困难重重，在设计制作的过程中确实遇到了很多问题，但是通过我们组员的共同努力最终得到了解决了。其中最大的一个问题就是软件程序的编写，在我们确定设计方案后，就开始用汇编语言编写程序了，在我们开始自己编写之前，起、停标志 位启动 T1T1 中断入口定时时间到电机驱动程序中断返回T0 中断入口显示程序中断返回12通过网络查阅了一些相关的资料，也参考了一些其他成功的程序。但在我们编好之后，在进行计算机仿真测试的时候，总是不成功，不是电源通不上电，就是电机的转动状态不受控制，不能实现加速、减速、正反转等问题，于是就对程序
11、进行一次又一次的修改，但最终还是没有成功，可能是由于我们是学机械专业的，对编程序这些电子类的知识有所欠缺，在实际操作起来确实有些难度。最后，我们只好向电信专业的同学寻求指导帮助。通过虚心请教之后，我们的问题得到了解决，同时通过交流也学到了很多。通过本次课程设计，我们深深体会到了理论知识学习的重要性，如果没有扎实的理论知识作为奠基，那么在今后的实践运用中就像是无头之蝇，没有一点头绪，不知从何入手，最终只能求助于他人，被动地进行工作。不管对以后的工作还是学习都起不到积极的促进作用。在本次课程设计活动中，我们团队也体会到了分工协作的重要性，黄盛海、郑榕生主要负责写程序、调试，詹志勋负责撰写设计报告，
12、每个组员分工明确，遇到个人难以解决的问题就一起商量讨论，极大的提高了工作效率。这点是值得我们在今后的工作和学习中好好运用的。7.参考文献1. 王卫星，邓小玲，代芬等.单片机原理与应用开发技术.中国水利水电 出版社.2009. 附一：源程序附一：源程序13ORG 00HSTART: MOV DPTR , #TAB1MOV R0, #03HMOV R1 , #4HMOV R4, #00HMOV P0, #03HWAIT: MOV P0, R0MOV P0, #0FFHJNB P3.4,TIZ ;P3.4 有停止键按下时，跳有停止键按下时，跳到停止子程序到停止子程序JNB P3.0,ZHENG ;P
13、3.0 有启动正转键按下时，有启动正转键按下时，跳到停止子程序跳到停止子程序JNB P3.1,FANSJMP WAITZHENG : ;正转子程序正转子程序MOV A,R4 MOVC A,A+DPTRACALL DELAYINC R4 AJMP KEYFAN: ;反转子程序反转子程序MOV R4,#614MOV A,R4MOVC A,A+DPTRMOV P3,A ;ACALL DELAYAJMP KEYKEY: MOV P3,#0FFH ;KEY 检测，赋初值检测，赋初值JB P3.4,ZZ1AJMP TIZTIZ: MOV P0,#00H ;停止子程序停止子程序 AJMP KEYZZ1: J
14、B P3.0,FZ1 ;正转按键检测，有键按下转到正转按键检测，有键按下转到FZICJNE R4,#8,LOOPZ;循环次数是否为循环次数是否为 8，为，为 8 则清则清0MOV R4,#0LOOPZ: MOV A,R4 ;读电机状态显示读电机状态显示MOVC A,A+DPTRMOV P0,A ;赋给赋给 P0，显示，显示 1 为正转，为正转，2为反转，为反转，3 为加速，为加速，4 为减速为减速SETB P1.1 ;赋高电平，关闭反向状态灯赋高电平，关闭反向状态灯CPL P1.0 ;开正转状态灯开正转状态灯15JNB P3.2,JIASUZ ;加速子程序加速子程序JNB P3.3,JIANS
15、UZ ;减速子程序减速子程序ACALL DELAY INC R4AJMP KEYFZ1:JB P3.1,KEYCJNE R4,#255,LOOPFMOV R4,#8LOOPF: DEC R4MOV A,R4MOVC A,A+DPTR ;读脉冲读脉冲MOV P0,A ;给步进电机输入脉冲给步进电机输入脉冲SETB P1.0CPL P1.1JNB P3.2,JIASUF ;加速按键检测加速按键检测JNB P3.3,JIANSUF ;减速按键检测减速按键检测ACALL DELAYAJMP KEY ;跳转到跳转到 KEY 检测子程序检测子程序DELAY:MOV A,R1 ;延时子程序延时子程序MOV
