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1、学学 号：号： 0121211360111课课 程程 设设 计计题题 目目三相步进电机控制系统的设计学学 院院自动化学院专专 业业自动化专业班班 级级自动化1201班姓姓 名名廖明黎指导教师指导教师石云2015 年5月20日课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 廖明黎廖明黎 专业班级：专业班级： 自动化自动化12011201班班 指导教师：指导教师： 石云石云 工作单位：工作单位： 自动化学院自动化学院 题题 目目: : 三相步进电机控制系统的设计初始条件：初始条件：设计三相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用K0-K2做为通电方式选择键，K0为三相单三拍，K1为三相双三拍，
2、K2为三相六拍；K3为启动/停止控制、K4方向控制、K5加速、K6减速；用4位LED显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 1 硬件设计：系统原理图2 软件设计：系统总体流程图、步进电机单三拍，双三拍，三相六拍各模块流程图、显示模块流程图等3 编写程序：能够完成上述任务并用仿真软件演示4 完成符合要求的设计说明书时间安排：时间安排：2015年4月28日2015年5月29日目录1 1概述概述.6 62 2设计思路设计思路.7 72.1步进电机的驱动.72.2 LED显示步数.72.3按键状态的读取.72.4 控
3、制系统的整体框图.83 3系统的硬件设计系统的硬件设计.9 93.1 总体的硬件设计.93.2步进电机控制电路.103.3八段数码管显示电路.113.4启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路.113.5发光二极管显示电路.134 4系统的软件设计系统的软件设计.14144.1系统总体流程图.144.2三相步进电机模块流程图.164.3显示模块流程图.165 5系统仿真系统仿真.18186 6小结与体会小结与体会.2020参考文献参考文献.2121附录附录.2222三相步进电机控制系统的设计 1概述本次计算机控制技术课程设计的题目是：三相步进电机控制系统的设计。本次课程设计使用89C51单片
4、机作为主控芯片，利用ULN2003A集成电路作为三相步进电机的驱动电路，采用单极性驱动方式，使三相步进电机能在（1）三相单三拍，（2）三相双三拍，（3）三相六拍三种工作方式下正常工作；能实现的功能有:启动/停止控制、方向控制；快速控制、慢速控制；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光二极管显示状态：正转时黄灯亮，反转时绿灯亮，不转时红灯亮。本次课程设计采用89C51单片机作为主控芯片，程序采用C语言来编写，驱动电路采用ULN2003A集成电路，显示器采用7SEG-MPX4-CA,即四位共阳二极管显示器，P0接段码，P2的4 位IO口接位选码。用三个发光二极管显示电路的转动状况，黄灯指示正转
5、，绿灯指示反转，红灯指示不转。采用Proteus软件进行仿真。在Keil uVsuon4编程环境下编程和编译生成HEX文件，导入到89C51单片机，实现对各个模块的控制，实现我们所需要的功能。本次设计的方案电路结构比较简单，设计思路很清晰清晰，用 Proteus软件进行联调仿真，结果比较直观。在这次课程设计学习中我学到了很多知识，知道了三相步进电机控制系统的组成以及怎样用89C51单片机去控制它，这对我在课堂所学的计算机控制技术知识是个巩固和加强，让我把课堂所学的理论知识真实的用到实践中，亲自动手，增强了我的动手设计能力，对自己将来的学习和工作发展起到了很好的作用。2设计思路2.1步进电机的驱
6、动若使用功率三极管等电子器件搭建成功率驱动电路来驱动电机的运行。优点是使用电子器件联接，电路比较简单，但容易受干扰，信号不够稳定，缺点是器件较大而不便电路的集成，使用时很不方便，联接时容易出错误。而相对于使用专门的电机驱动芯片ULN2003A来驱动电机运行。优点是便于电路的集成，且驱动电路简单，驱动信号很稳定，不易受外界环境的干扰。因而设计的三相步进电机控制系统性能更好。故选择使用ULN2003A电机驱动芯片来作为驱动。2.2 LED显示步数把所需要显示的数据通过专用的七段显示译码器的转换输出给LED显示屏。优点是输出比较简单，可以简化程序，但增加了芯片的费用，电路也比较复杂。可以通过软件把所
7、要的数据转化为七段显示的数据，直接通过单片机接口连接7SEG-MPX4-CA四位共阳二极管显示器来显示，尽管软件编写的负担，但大大简化了电路。故使用软件编写来输出显示信号。2.3按键状态的读取按键的读取有中断与查询两种方式。这里选择直接把开关分别接在单片机的接口上，通过查询端口信号来动作。使程序得到简化，可读性加强。2.4 控制系统的整体框图图2-1为系统总体设计整体框图，由单片机89C51、ULN2003A驱动芯片、三相步进电机、7段LED数码管、7个按键开关、3个led等一些电路模块组成。89C51单片机LED显示步数模块开关选择电机工作模式LED显示灯显示电机工作状态三相步进电机驱动模块
8、图2-1 控制系统总框图3系统的硬件设计3.1 总体的硬件设计设计一个单片机三相步进电机控制系统要求系统具有如下功能：(1)用K0-K2做为通电方式选择键，K0为单三拍，K1为双三拍，K2为三相六拍；(2)K3、K4分别为启动和方向控制；(3)K5、K6分别为加速和减速控制；(4)正转时黄色指示灯亮，反转时绿色指示灯亮，不转时红色指示灯亮；(5)用4位LED显示工作步数。根据设计要求用PROTEUS所做的系统原理图如图3-1所示：图3-1 系统原理图3.2步进电机控制电路将89C51的P1.0-P1.3作为步进电机的输出控制口。通过芯片ULN2003A的功率放大，驱动步进电机。电路图如图3-2
9、所示：图3-2 步进电机控制电路图3.3八段数码管显示电路由89C51的P0口取出显示码，从89C51的P2.0-P2.3输出位选码，设计中我们主要用到4位显示步数即可。电路图图如图3-3所示：图3-3 八段数码管显示电路图3.4启/停控制、正/反转控制、工作模式控制电路（1）K0-K2为工作模式控制开关，KO接电时，为步进电机单三拍工作模式；K1接电时，为步进电机双三拍工作模式；K2接电时，步进电机工作模式为三相六拍。（2）K3为启动/停止控制开关，控制整个系统的开启和关闭。（3）K4为正转/反转控制开关，控制步进电机的转向。（4）K5为加速控制、K6为减速控制。电路图如图3-4所示：图3-4 按键控制电路图3.5发光二极管显示电路用3个不同颜色的发光二极管来作为指示灯显示，将P1.7接黄灯，P1.6接绿灯，P3.3接红灯，正转时黄色指示灯亮，反转时绿色指示灯亮，不转时红色指示灯亮。电路图如图3-5所示：图3-5 发光二极管显示电路图4系统的软件设计4.1系统总体流程图首先以查询的方式，从P3口读出开关状态，判断是否启动，没启动红灯亮同时黄绿灯灭，重新确认启动。启动后再次读取P3口数据，依次判断工作方式，并将对应的用来存储步进电机工作方式字的数组首地址值给q。再判断速度方式，通过对P3.5、P3.6的询问，确定是加速还是减速。由P3
