武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书目录摘 要 11. 设计任务及要求 22. 方案比较及选择 22.1 LED显示选择方案 22.2按键状态的读取 23. 系统实现的原理 33.1系统设计思路 33.2步进电机工作原理 33.2.1步进电机的启停控制 33.2.2步进电机的控制时序 43.3系统整体方框图 64. 系统硬件设计 74.1总体电路设计 74.2电机模块电路设计 84.2.1电机控制部分电路 84.2.2步进电机驱动电路 94.3 显示模块电路 104.3.1发光二极管显示电路 104.3.2七段数码管显示电路 115. 系统软件设计 115.1系统总体流程图 115.2 二相步进电机工作方式模块程序设计 135.2.1四拍方式模块程序设计 135.2.2八拍方式模块程序设计 145.3 系统显示程序模块设计 156系统仿真结果 16心得体会 17参考文献: 18附录 本设计所用的C程序清单 19武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书摘 要基于89C51单片机设计二相电机控制系统，实现四拍和八拍方式转动，并能进行调速和正反转控制同时由数码管和LED显示电机转动步数和工作状态。
首先需要构建控制信号输入和输出显示器以及核心运算部分构成整个系统，然后画原理图并且用PROTUES软件仿真设计过程中用到单片机、双极性H桥驱动电路、数码管显示电路等模块电路设计的系统通过循环扫描状态信号，控制电机的运转同时输出状态关键词：单片机，H桥，PROTUES，数码管Abstract Based 89C51 microcontroller design two-phase motor control system, having four-beat and eight-beat way to turn, and can control the speed and reversing. At the same time，The digital control and LED display motor rotation step and working condition. First need to build a control signal input and output display parts and the core computing system, and then draw the schematic and software simulation with PROTUES. Microcontroller used in the design process, bipolar H-bridge driver circuit, the digital display module circuit. Scan through the system design cycle status signals to control the motor running while the output state.Key words: Single-chip, H-bridge, PROTUES, digital 二相步进电机控制系统的设计1. 设计任务及要求 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（正反转）；K4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 2. 方案比较及选择 2.1 LED显示方案的选择 方案1：把所要显示的数据通过液晶显示屏显示其优点是输出简单，可以简化硬件和程序，但增加了芯片的费用 方案2：通过软件把所要的数据转化为七段显示的数据，直接通过数码管来显示，其优点是简化了电路，但增加了软件编写的负担通过对方案的比较，选择方案2通过数码管显示信号，比较简单经济 2.2按键状态读取方案的选择 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号，再通过软件编写的中断服务程序来执行中断，优点是接线简单，简化了电路，但软件编写较为复杂，不易掌握 方案2：不使用中断，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其优点是程序得到简化 通过对方案的比较，选择方案2通过查询方式来读取端口信号，相对来说编程和硬件电路都比较简单3. 系统实现的原理3.1系统设计思路本设计是设计一个步进电机控制系统，主要由单片机80C51，二相四线步进电机，7段数码管，双极性H桥驱动电路设计而成可以通过单片机P2口读入开关信号来控制系统的启/停等各种工作，当系统运转时，用开关来控制方向转速，并使相应的状态指示灯亮起，同样由开关来选择工作模式。
运转时，用4位7段数码管来显示电机转动的步数根据设计的硬件电路图设计相应的软件完成各项功能3.2步进电机工作原理3.2.1步进电机的启停控制 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开关控制元件电机的转速，停止的位置指取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角如图3-1为二相步进电机的工作原理图由图可知，每个绕组都有一个中间抽头当电机的绕组通电后，其定子磁极产生磁场，当转子吸合到相应的磁极处若绕组的控制脉冲使定子在顺时针方向轮流产生磁场，则电机可顺时针转动；通电方向与上相反，则电机可逆时针方向转动控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，脉冲频率越高，电机转动的也就越快图3-1 二相步进电机原理图3.2.2步进电机的控制时序 根据步进电机的工作原理，四拍工作方式下，当控制器给驱动器发出脉冲信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大器后，给电动机绕组通电的顺序为，其4个状态按顺序周而复始变化，电机正转；若通电时序变为时，电机就逆向转动当八拍工作方式时，给电动机绕组通电的顺序为时，电机正转，反向通电时电机反转改变通电频率时可相应的改变电机的转速。
3.2.3步进电机的控制方式字 （1）二相四拍工作方式 在这种工作方式下, 、、、相轮流通电,电流切换四次,磁场旋转一周,转子向前转过一个齿距角因此这种通电方式叫做四拍工作方式这时步距角θb (度)为 式中:m──定子相数; z ──转子齿数；每次切换均使转子转动90°角 四拍方式的控制字如表1所示：表1 四拍工作方式控制字步序 控制位工作状态控制模型P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.01000010100AH20000100109H30000010105H40000011006H （2）二相八拍工作方式 在此工作方式下,绕组以时序(或反时序)转换8次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距,每次切换均使转子转动45°角,故这种通电方式称为二相八拍工作方式 八拍的控制方式字如表2所示：表2 八拍工作方式控制字步序 控制位工作状态控制模型P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.01111100100f2H21111010AB0faH311111000B0f8H4111110010f9H5111100010f1H6111101010f5H7111101000f4H8111101100f6H 3.3系统整体方框图 设计的系统的总体方框图如图3-2所示：89c51单片机整体控制器数码管显示模块开关控制单元模块LED显示电机工作状态H桥驱动电机模块图3-2 系统的整体方框图 由系统的整体方框图可以看出，本系统主要由控制部分、显示部分和执行部分3大部分组成。
这几部分通过89C51组合成整个系统，单片机通过读取系统状态和控制信号，经过内部的运算把控制命令输出给被控电机，同时把此时的工作状态通过LED显示，并通过数码管显示电机转动步数4. 系统硬件设计 4.1总体电路设计 系统由单片机控制着显示部分和电机的运转电机由双极性H桥驱动用K0-K1做为通电方式选择键，K0为四拍，K1为八拍K2、K3分别为启动和方向控制，K4为速度控制键正转时红色指示灯亮，反转时黄色指示灯亮，不转时绿色指示灯亮用数码管显示工作步数 根据设计要求用PROTEUS画出的硬件连线图如下图4-1所示：图4-1 系统总体硬件电路图4.2电机模块电路设计4.2.1电机控制部分电路 控制信号输入部分电路图如下图4-2所示图4-2 按键控制部分电路图 K3为电机转动方向控制键K4为速度控制开关，控制步进电机的转速K0-K2为工作模式控制开关，K0接电时，为步进电机四拍工作模式；K1接电时，为步进电机八拍工作模式；K2启动控制开关，控制整个系统的启动和关闭，它们依次接单片机的P2.0-P2.3口 4.2.2步进电机驱动电路 二相步进电机的驱动电路，如图4-3所示：图4-3 步进电机驱动电路 电机的驱动电路部分由8个达林顿管来驱动2组相位。
当步进电机运转时，达林顿Q2和Q4导通时，线圈电流方向为；当达林顿管Q1和Q3导通时，线圈中电流方向为可见，步进电机线圈中的电流方向在运转过程中是不断变化的双极性驱动电路的绕组线圈每次都有电流通过，产生一个均匀的磁场，电机运转的稳定性更高4.3 显示模块电路4.3.1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电机工作状态显示灯，正转时红色指示灯亮，反转时绿色指示灯亮，不转时黄色指示灯亮各个灯的亮与否不是软件实现然后通过单片机完成的，而是控制信号通过逻辑电路搭接出来的发光二极管显示的部分电路图如图4-4所示： 。