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1、河南工程学院单片机课程设计论文 论文题目：基于 细分的步进电机调速系 部： 电气信息工程系 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 0942班 学生姓名： 葛敬涛(主力) 潘朏朏 李朝光 指导教师： 瓮嘉民 2011年11月7日11月18日目录摘要.2一、 基本方案及原理3二、 系统框图3三、 流程图5四、 仿真图6五、 硬件电路6六、 程序8七、 实物照片.11八、 元件清单.13九、 心得体会.14十、 参考文献16摘要：本文以四相五线步进电机为例，介绍了一种利用单片机产生PWM波来实现步进电机细分驱动的方法。该方法充分利用单片机的硬件资源，通过软件控制，产生占空比不同的方波，在电机线圈内
2、产生近似正弦波的阶梯型电流。与常用的恒频脉宽调制方式相比，该方法不需要EIA转换器和锯齿波发生器，不仅有利于简化电路和节约成本，而且能提高细分精度和电机运行平稳性，适用于需要精密控制的仪器仪表。关键词：PWM；细分驱动；步进电机；单片机一、 基本方案及原理1、基本方案：利用AT89S52单片机来控制步进电机的速度和方向，完成基本要求和发挥部分的要求。在设计中，采用了PWM技术对电机进行控制，通过对占空比的计算达到精确调速的目的。步进电机是精密仪器仪表中常用的自动化执行部件，具有快速起停、精确步进、易于控制等优点。但是受制造工艺的影响，步进电机一般步距角较大，且有低频振动、噪声等缺点，不能应用于
3、精度、平稳性要求较高的场合。步进电机细分驱动技术是20世纪70年代中期发展起来的可以显著改善步进电机性能并提高步进精度的驱动控制技术。PWM(脉宽调制)细分技术是目前较为常用的方式，其实质是通过在电机线圈中产生阶梯型电流从而改善电机性能并达到细分的目的。随着仪器仪表技术的发展，各种带PWM模块的单片机越来越多地应用于仪器仪表中，用它可以直接实现仪表中步进电机的细分驱动。本文介绍了一种利用单片机软件产生PWM波实现仪表步进电机驱动的方法，这种方式具有以下优点：(1)与传统的硬件PWM方式相比，驱动电路明显简化，不需要D/A转换器和锯齿波发生器；(2)与纯软件模拟PWM方式相比，程序简单且占用CP
4、U时间少。2、步进电机PWM驱动原理：步进电机是通过对定子上的各个线圈交替通电产生进式旋转磁场，从而带动转子作步进式旋转。用MCU驱动步进电机最简单的方式是整步驱动，即利用单片机Io口产生各相脉冲通过功率器件来控制电机运转。这种方法虽然简单却存在精度不高、相电流突致运行不够平稳、有噪声等缺点。细分驱动技术的实质用近似正弦波的阶梯型电流代矩形波电流，产生一个微步旋转磁场，从而带动电机以小的步距角转动。同时由于正弦波电流变化平滑，使电机运行更平稳、更小。PWM技术是采用脉宽调制方式，即占空比不同的方电压产生不同的平均电流，由于电机线圈电感对电流变的阻碍作用，线圈中的电流波形围绕平均值下波动，当PW
5、M波的频率足够高时，线圈中的电流以看成大小为L的恒定电流。通过调节占空比可以产生不同的平均电流。二、系统框图按系统功能实现要求，决定控制系统采用AT89S52单片机，驱动芯片采用L298。整个设计以AT89S52单片机为核心，由数码管显示,时钟电路，复位电路。按键控制电路组成。系统方框图如图1。 单片机AT89S52P0P22 P20L298步进电机驱动电路正反控制P27PWM控制点击速度按键控制P1P30数码管显示段选位选图1硬件模块图功能简介：1、 利用单片机程序控制PWM波的占空比来控制电机转速，操作简单方便。2、 采用三个按键操作，通过正反按钮控制步进电机的正反转，用加减速按键控制PW
6、M波的占空比从而来控制步进电机的加速与减速。电机最多可以加速9个级别。3、 电机转动时可以通过数码管来显示电机的转速。三、流程图恢复现场，中断返回NYPWM=1判断计数是否到nN判断n？=10PWM=0Y按键扫描确定flag和n的取值保护现场T1中断中断程序流程图开始初始化flag=?正转反转10主程序流程图四、仿真图图2 仿真图五、硬件电路图3 原理图图四 电路PCB1、芯片L298的外形及其工作原理图5 L298引脚图L298N芯片可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，使用比较方
7、便。L298N可接受标准TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接457 V电压。4脚VS接电源电压，VS电压范围VIH为2546 V。输出电流可达25 A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电流采样电阻，形成电流传感信号，在通常使用中这两个引脚也可以直接接地。L298可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，2，3，13，14与电机相连接。本实验我们选用驱动一台四相步进电机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机的正反转。EA,EB接控制使能端，控制电机的停转。2、显示控制模块显示模块由7段数码管构成，采用动态扫描显示方式。AT89S52的P1口直接与数码管的
8、ag和dp端相连。AT89S52的P30控制数码管的开关。工作时电流一般选择在10mA/段左右，这样证即亮度适中，又不会损坏器件，故使用时必须在数码管的每段中串接一个适当阻值的限流电阻。3、按键模块通过正反转按键来调节送入接拍的正反，从而来控制步进电机的正反转。通过加按键使单片机产生的PWM波的占空比增大，增大L298的导通时间，从而使步进电机速度增加。通过减按键使单片机产生的PWM波的占空比减小，减小L298的导通时间，从而使步进电机速度减小。六、程序#include#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar code
9、step1=0x03,0x06,0x0c,0x09;uchar code step2=0x09,0x0c,0x06,0x03;uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90;sbit PWM=P27;sbit K1=P20;sbit K2=P21;sbit K3=P22;sbit We=P30;uchar count,n;bit flag;void delay(uint z)uint i,j;for(i=110;i0;i-)for(j=z;j0;j-);void delayus(uint z)while(z-
10、);void init()flag=1;n=1;TMOD=0x10; /定时器1方式1TH1=(65536-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;EA=1;ET1=1;TR1=1;void display(uchar z)/We=1;P1=tablez;We=0;void key()if(K1=0)delay(5);if(K1=0)flag=!flag;while(!K1);if(K2=0)delay(5);if(K2=0)n+=1;if(n=10)n=1;while(!K2);if(K3=0)delay(5);if(K3=0)n-=1;if(n=0)n=9;while
11、(!K3);void main()init();while(1)display(n);if(flag)uchar i;for(i=0;i4;i+)P0=step1i;delayus(500);elseuchar i;for(i=0;i4;i+)P0=step2i;delayus(500);void time1() interrupt 3TH1=(65536-5000)/256;TL1=(65536-5000)%256;count+;key();if(count=n)PWM=0;if(count=10)PWM=1;count=0;七、实物图片八、元件清单序号元件名称型号与规格单位数量1电阻R1、
12、R3 1K只2R2 10k 只1R4R11 300只8排阻： 10K个12排针排13电解电容C3、C4 10F/16V只24瓷片电容C1 C2 30pF只2C5 0.01uF 只15晶振Y1 12MHz只16三级管P1 9012只47L298块18单片机 AT89S52块19步进电机个110按钮S1S3 6*6轻触只311数码管1位共阳只1九、心得体会个人感受 这次课程设计我们做了两个星期，在这两个星期里我们收获了很多。做课程设计需要团队合作。有些东西需要大家一起动手动脑才可以做出来。这次设计对我来说具有很重要的意义，它不仅要求我们将理论与实践结合，更重要的是提高我们的实践能力以及创新能力。 设计需要有一个清晰的思路和一个完整的器件流程图，设计不会一次就做好，中间要不断修改完善，中间有很多很细节问题都要一一找出来，电路上出现一点问题最后造成的危险是很大的。有些东西不是天马行空就会出
