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1、二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)课程设计任务书课程设计任务书学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 工作单位：工作单位： 题题 目目: : 二相步进电机控制系统的设计（采用双极性控制）初始条件：初始条件：设计一个二相步进电机控制系统，电机有两组带中心抽头的线圈，要求系统具有如下功能：采用双极性（H 桥）控制（不使用线圈的中心抽头），用 K0-K1 做为通电方式选择键，K0 为四拍，K1 为八拍， K2 为启动/停止控制、K3 方向控制、K4 加速、K5 减速；用 4 位
2、 LED 数码管显示工作步数。用 3 个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮；要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : 1 硬件设计：系统总原理图及各部分详细原理图2 软件设计：系统总体流程图、步进电机四拍，八拍各模块流程图、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：2013 年 6 月 24 日2013 年 7 月 4 日指导教师签名：指导教师签名： 年年 月月 日日系主任（或责任教师）签名：系主任（或责任教师）签名： 年年 月月 日日二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)目 录摘要 .11
3、设计任务及要求的分析 .22 方案比较及认证 .22.1 单片机选型.22.2 驱动模块选择.33 系统实现的原理说明 .34 硬件设计说明 .54.1 单片机系统原理分析.54.2 二相步进电机工作原理分析.74.3 L298 驱动电路设计 .94.4 四位 LED 数码管显示设计.115 软件设计说明 .125.1 总体流程分析与设计.125.2 设置电机转动模式流程分析与设计 .135.3 显示模块流程分析与设计.146 调试记录及结果分析 .156.1 总体硬件仿真设计.156.2 调试与仿真结果分析.16小结与心得体会 .18参考文献 .19附录 1：.20附录 2：.20二相步进电
4、机控制系统的设计(采用双极性控制)二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)1摘要步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。目前，对步进电机的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。本控制系统的设计方案，以单片机为核心，辅以驱动电路，完成二相步进电机的控
5、制。本次设计的硬件部分主要包括单片机系统、按键控制模块、步进电机驱动模块、数码显示模块等功能模块的设计，软件部分由几个模块控制子程序分别控制硬件模块的运行，最终实现对步进电机转动方向及转动模式（四拍，八拍）的控制，并且将步进电机的步进数动态显示在 LED 数码管上。关键词：步进电机 单片机 控制 LED二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)2二相步进电机控制系统的设计1 设计任务及要求的分析设计的步进电机控制系统要求有以下功能：1. 二相步进电机采用双极性（H 桥）控制；2用 K1 作为通电方式选择键，可选择四拍和八拍；3. 用 K2 作为启动/停止控制键，闭合表示启动，断开表示停止；4
6、. 用 K3 作为正反转控制键，开关闭和表示反转，断开表示正转；5. 用 K4 作为加速控制键，闭合时电机加速运转；6. 用 K5 作为减速控制键，闭合时电机减速运转；7. 用 4 位 LED 数码管显示工作步数；8. 用 3 个发光二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。本次设计需要对二相步进电机进行双极性控制，使其能在控制下进行正转、反转和停止，同时利用数码管和二极管分别显示其工作步数和工作状态。由于控制功能较为复杂，所以本系统需要采用单片机以及驱动模块进行设计。2 方案比较及认证2.1 单片机选型单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等优点，在各个领域都获得了广
7、泛的应用，在我国，近几年单片机也得到了广泛的应用特别是在工业控制、智能仪表等方面。单片机种类繁多，目前市场上常用的单片机有 51 系列，AVR 系列与 PIC 系列等。MCS-51 系列运算与寻址能力强、存储空间大、片内集成外设丰富、功耗低等。其中大部分兼容芯片有 Flash,价格便宜，常用于仪器仪表、测控系统、嵌入式系统开发。二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)3ATMEL 公司的 AVR 单片机是增强型 RISC 内载 Flash 的单片机,芯片上的 Flash 存储器附在用户的产品中,可随时编程,再编程,使用户的产品设计容易,更新换代方便.AVR 单片机采用增强的 RISC 结构
8、,使其具有高速处理能力,在一个时钟周期内可执行复杂的指令,每 MHz 可实现 1MIPS 的处理能力.AVR 单片机工作电压为 2.76.0V,可以实现耗电最优化.AVR 的单片机广泛应用于计算机外部设备,工业实时控制,仪器仪表,通讯设备,家用电器,宇航设备等各个领域。PIC 系列单片机: PIC 系列单片机的主要产品是 PIC 16C 系列和 17C 系列 8 位单片机,CPU 采用 RISC 结构，分别仅有 33,35 条指令,采用 Harvard 双总线结构，运行速度快，低工作电压，低功耗，较大的输入输出直接驱动能力，价格低，一次性编程，小体积。适用于用量大，档次低，价格敏感的产品。在办
9、公自动化设备，消费电子产品，电讯通信，智能仪器仪表，汽车电子，金融电子，工业控制不同领域都有广泛的应用，PIC 系列单片机在世界单片机市场份额排名中逐年提高，发展非常迅速。比较这三种类型的单片机，MCS-51 系列单片机以抗干扰能力强、对环境要求不高、灵活性强等别的系统所不具备的优点被广泛使用。即使非电子计算机专业人员，通过学习一些专业基础知识以后也能依靠自己的技术力量，来开发所希望的单片机应用系统。由于本次设计的所要实现的功能并不复杂，鉴于成本考虑，选用便宜而常用的 MCS-51 系列较为合适。本次设计采用其中低功耗型 80C51 单片机。2.2 驱动模块选择驱动模块常用有 uln2003a
10、 和 L298，考虑到二相步进电机需采用双极性控制，故电机的驱动模块使用芯片 L298 实现，接线简洁，稳定性好。3 系统实现的原理说明本次课程设计系统以单片机 80C51 为核心进行设计，单片机与按键、数码管、发光二极管、L298 驱动模块相连接，人为操作按键，在程序控制下，单片机将通过驱动模块控制步进电机转动，并使数码管和发光二极管分别显示步进电机的工作步数和状态。系统的总体原理框图如下所示：二相步进电机控制系统的设计(采用双极性控制)4按键 设置80c51单片机系统L298 驱动 模块发光二极管显 示状态二相步进 电机四位数码管图 3-1 系统总体原理框图本系统以单片机80C51为核心的
11、控制系统，由P1口进行开关按键的设置，具体为：P1.2接K5减速开关，开关闭合时作用，低电平有效；P1.3接K4加速开关，开关闭合时作用，低电平有效；P1.4接K3正/反转开关，高电平为正转，低电平为反转；P1.5接K2启动/停止开关，高电平为停止状态，低电平为启动状态； P1.6和P1.7接K0单刀双掷开关，用于控制工作模式的选择，P1.6接八拍，P1.7接四拍。P3 口与 P0 口外接 4 位 LED 数码管，显示步进步数，通过控制 P3 口的电平信号，达到片选的目的，进而实现 4 位数值的显示。P0 口作为输出口外接 LED 的 AG 以及 DP。另外 P2.4 接绿色发光二极管，使其在电机停转时亮；P2.5 接红色放光二极管，使其在电机正转时亮；P2.6 接黄
