四相步进电机控制电路设计与制作

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1、 开开放放性性实实验验设设计计（论论 文文） 完成日期完成日期2015年年5月月5日日 Southwest Petroleum University Graduation Thesis 题目题目四相步进电机控制电路的设计与制作四相步进电机控制电路的设计与制作 姓名姓名伍玉鑫、王钊伍玉鑫、王钊 教学院系教学院系电气信息学院电气信息学院 专业年级专业年级电气工程及其自动化电气工程及其自动化 2012 级级 指导教师指导教师 单单 位位西南石油大学西南石油大学 Design and fabrication of four stepper motor control circuit School of

2、 Electrical Engineering and Information 2015-5-5 目录目录 摘要 4 1 课程设计任务和要求 5 1.1 课程设计任务.5 1.2 课程任务要求.5 Grade : 2012 Name : Wu yuxin Wang zhao Instructor: Jin tao 4.四相步进电机的工作性能可靠，电路设计简单. .5 2 课程设计的方案比较及选择 6 2.1 步进电机驱动方案选择 6 2.2 LED 显示方案选择.6 2.3 控制状态的读取 6 3 控制系统的工作原理 6 3.1 四相步进电机控制工作原理 7 3.2 控制系统的设计思路 8 3

3、.3 控制系统的整体框图 8 4 控制系统的硬件设计 9 4.1 总体的硬件设计 9 4.2 四相步进电机控制电路 .10 4.3 LED 显示电路11 5 控制系统的软件设计12 5.1 总体的软件设计 .12 5.2 系统关键模块设计 .16 6 系统仿真结果 .18 6.1 四相步进电机四种工作方式 .18 6.2 相步进电机启动和停止 .20 6.3 四相步进电机正转和反转 .21 6.4 四相步进电机速度控制 .22 心得体会 .23 参考文献 .24 附录 1：总电路图25 附录 2：源程序26 摘要 本次计算机控制技术课程设计的题目是：四相步进电机控制系统的设计。本次课程 设计使

4、用 80c51 单片机作为主控芯片，利用 ULN2003A 集成电路作为四相步进电机的驱动 电路，采用单极性驱动方式，使四相步进电机能在（1）四相单四拍， （2）四相双四拍， （3）四相八拍四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； 速度控制（快慢两档） ；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： 正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。本次课程设计采用 80C51 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-CC,即四位共阴二极管显示器，P0 接段码，并用

5、8 只 1SW 欧左右电阻上拉。P2 的 4 位 IO 口接位选码。用四个发光二极管显示电路的转动状况，红灯指示正传，黄灯指示 反转，绿灯指示不转。采用 Proteus 软件进行仿真。在 SWeil uVsuon3 编程环境下编程 和编译生成 HEX 文件，导入到 80C51 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，知道了四相步进电 机控制系统的组成以及怎样用 80C51 单片机去控制它，四相步进电机的工作方式压，这 对我在课堂所学的计

6、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。 关键字关键字： 四相步进电机 单片机 Proteus AbstractAbstract The computer control technology curriculum design topic is: the design of three-phase stepper motor control system. The curriculum design using 80C51 microcontroller as the main

7、 control chip, drive circuit based on ULN2003A integrated circuit as the three-phase stepper motor, using unipolar drive mode, the three-phase stepper motor in three-phase three steps(1), (2) three phase double shot three, (3) normal three-phase six beat three under the working mode; can realize the

8、 function: start / stop control, direction control; speed control(speed two grades); with 4 LED digital tube display work steps. With 3 light emitting diode display status: forward when the red light, a reversal of the yellow light, green light is not rotated. The curriculum design using 80C51 micro

9、controller as the main control chip, the program is written by C, the drive circuit adopts a ULN2003A integrated circuit, display using7SEG-MPX4-CC, which is the four common cathode LED display, P0 code, and using 8 1SW ohm pull-up resistor. 4 IO P2 port is connected with the selected code. With thr

10、ee light emitting diode display rotational status circuit, a red light indicating the story, the yellow light indicating reversal, lights do not turn. Using Proteus simulation software. Programming in keil uVsuon3 programming environment and compiler generated HEX file, into the 80C51 microcontrolle

11、r ,realize the control of each module, to achieve the functions we need. The design scheme of circuit structure is relatively simple, very clear design ideas clearly ,using Proteus software debugging simulation results, more intuitive. In the curriculum design learning I learned a lot of knowledge,

12、know the composition of the three-phase stepper motor control system and how to use the 80C51 microcontroller to control it, three-phase stepper motor working pressure, which I learned in the classroom computer control technology is to consolidate and strengthen the knowledge, let me put the theory

13、of knowledge in classroom the real practical use, hands-on, enhance my ability to do design, a good effect on their future learning and work development. Keywords: three-phase stepper motor microcontroller Proteus 四相步进电机控制系统的设计 1 课程设计任务和要求 1.1 课程设计任务 设计一个四相步进电机控制系统，要求系统具有如下功能：用 SW0-SW2 做为通电方式 选择键，SW

14、0 为四相单四拍，SW1 为四相双四拍，SW2 为四相八拍；SW3 为启动/停止控制、 SW4 方向控制；SW5 速度控制（快慢两档） ；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：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮。 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、步进电机单四拍，双四拍，四相八拍各模块流程图、显 示模块流程图等 3编写程序：能够完成上述任务 4完成符合要求的设计说明书。 1.2 课程任务要求 题目要求设计一个四相步进电机控制系统，它需要具有以下几个基本功能： 1.四相步进电机控制系统能实现四种运

15、行方式,能够以四相单四拍工作方式运行，通电顺 序为：A-B-C-D-A;四相双四拍工作方式运行，通电顺序为：AB-BC-CD-DA-AB;四相八拍 工作方式运行，通电顺序为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,因此要输出相应的控制字进行 控制。 2.四相步进电机控制系统能实现正转和反转和调速（快和慢）控制，能够改变电机运行 的方向和速率. 3.四相步进电机控制系统有显示功能，可以采用共阴极的 LED 数码管对步数进行显示。 4.四相步进电机的工作性能可靠，电路设计简单. 2 课程设计的方案比较及选择 2.1 步进电机驱动方案选择 方案 1：使用功率四极管等电子器件搭建成功率驱动电路来驱

16、动电机的运行。这种方 案的驱动电路的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。 方案 2：使用专门的电机驱动芯片 ULN2003A 来驱动电机运行。驱动芯片的优点是便 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 的四相步进电机控制系统性能更好。 通过对两种方案的比较，我选择方案 2 使用 ULN2003A 电机驱动芯片来作为驱动。 2.2 LED 显示方案选择 方案 1：把所需要显示的数据通过专用的七段显示译码器（例如 7448）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。 方案 2：通过程序把所要的数据转化为七段显示的数据，直接通过单片机接口来显示， 其优点是简化了电路，但增加了软件编写的负担。 通过对两种方案进行比较，我选择通过软件编写来输出显示信号，即单片机直接和 显示器相连。 2.3 控制状态的读取 方案 1：把按键接到单片机的中断口，若有按键按下，单片机接收到中断信