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1、本科毕业设计基于单片机的步进电机控制系统设计16摘 要本文介绍了以51系列单片机AT89S52为控制核心的所设计的步进电机控制系统，通过按键来控制脉冲频率从而达到对彩灯闪烁慢的控制。实现了对步进电机的正反转和加减速以及启动和停止的功能。控制系统由硬件设计和软件设计两部分组成。经过实际应用电路证明：脉冲输入得越多，电机转子转过的角度就越多，输入输入脉冲的频率越高，电机的转速就越快。系统是由硬件和软件两部分组成的,其中硬件包括单片机的最小系统，电源模块，步进电机驱动模块，LED显示模块和LCD液晶显示模块。软件采用了Keil uvision2编程工具及protel DXP 2004画图与制板工具。
2、步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。我们可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，而达到调速的目的。步进电机是一种特殊的电动机，因为它的精确性和良好的性能而得到了广泛的应用。关键词 ： 单片机 步进电机 调速 液晶显示Stepping Motor Control by MicrocomputerAbstract：This article describes the design of the stepper
3、motor control system 51 series MCU AT89S52 as the control core, and buttons to control the pulse frequency so as to achieve a lantern flashing slow control. Deceleration as well as start and stop processing the stepper motor reversing function. The control system consists of two parts, hardware and
4、software design. Proved through the actual application circuit: pulse input more, the angle turned by the motor rotor the more the higher the input frequency of the input pulse, the faster speed of the motor. The system is composed of both hardware and software, including minimum system hardware con
5、sists of microcontroller, power supply module, a stepper motor driver module, LED display module and LCD display module. The software uses the the Keil uvision2 programming tools and Protel the DXP 2004 drawing tools and system board.The stepper motor is an electrical pulse into the angular displace
6、ment of the implementing agencies. It plainly say: When the stepper driver receives a pulse signal, it will drive a stepper motor to set the direction of rotation of a fixed angle (step angle). We can control the number of pulses to control the amount of angular displacement, so as to achieve accura
7、te positioning purposes; at the same time by controlling the pulse frequency to control the motor rotation speed and acceleration, and speed control purposes. The stepper motor is a special motor, because of its accuracy and good performance has been widely used.Key words：Microcomputer Stepping moto
8、r liquid crystal display keyboard目 录1 前言11.1 课题背景及设计意义11.2 设计目的及系统功能12 方案比较与最终选择22.1 方案122.1.1 单片机最小系统电路22.1.2 步进电机选择32.1.2.1 步进电机的驱动控制系统32.1.2.2 脉冲信号的产生32.1.2.3 信号分配32.1.2.4 功率放大32.1.3 步进电机驱动电路42.1.4 按键控制电路42.1.5 LED与液晶显示电路52.1.6 系统总图62.2 方案272.2.1 基于STC12C5624ADR的单片机最小系统电路72.2.1 步进电机驱动电路选择82.2.1 显
9、示模块92.2.1 按键电路部分102.3 AT89S52单片机简介102.3.1 常用引脚介绍112.4 方案比较与最终选择123 电路仿真与分析133.1 电路板制作、焊接、调制143.1.1 电路板制作：143.1.2 电路板焊接：153.1.3 电路板调试：153.1.4 测试数据154 讨论及进一步研究建议165 毕业设计心得17参 考 文 献18附录19附录A 系统电路原理图19附录B 板电路图20附录C 程序：21致谢29华南农业大学本科生毕业设计成绩评定表301 前言1.1 课题背景及设计意义 步进电机是机电一体化产品中的关键组件之一，是一种性能良好的数字执行元件，随着计算机应
10、用技术、电子技术和自动控制技术在国民经济各个领域中的普及与深入，步进电机的需求量越练越大。随着工业技术的不断发展，以及同类产品的不断出现，步进电机面临着前所未有的挑战。但近30年来，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动步进电机的发展，为步进电机的应用开辟了广阔的前景。 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的精密执行元件，由于步进电机具有控制方便、体积小等特点，所以在数控系统、自动生产线、自动化仪表、绘图机和计算机外围设备中得到广泛应用。微电子学的迅速发展和微型计算机的普及与应用，为步进电动机的应用开辟了广阔前景，使得以往用硬件电路构成的庞大复杂的控制器得以用软件实现，既降
11、低了硬件成本又提高了控制的灵活性，可靠性及多功能性。在当今社会的各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人、工业电子自动化设备、医疗器件、广告器材、舞台灯光设备、印刷设备、计算机外部应用设备等等。因此，设计出高精确度、实时监控、语音提示的步进电机具有重要的现实意义和实用价值。基于单片机的步进电机控制系统，能够有效地对步进电机转速、方向以及准备定位等进行控制。本设计采用16位单片机AT89S52对步进电机进行控制，通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过驱动芯片驱动步进电机；同时，用按键来对电机的状态进行控制，并用LCD1602显示电机的运行状态以及当前运行的距离。1.
12、2 设计目的及系统功能本设计的目的是以单片机为核心设计出一个步进电机控制系统。本系统采用AT89S52作为控制单元，对转动方向及转动速度进行控制。 通过本设计，在查阅资料的基础上，了解AT89S52单片机控制的基本技术，掌握其控制系统的分析方法与实现方法，能对单片机外围电路设计进行系统学习与掌握；另一方面，通过设计步进电机控制系统的硬件电路，控制程序和相应的电路图，以此培养自己的自学和动手能力，从而为今后参加工作或进一步深造打下良好的基础。 设计的步进电机控制系统有以下功能：（1） 步进电机的正反转控制（2） 步进电机的速度控制（3） 步进电机的启停控制（4） 液晶显示本系统的主要技术参数：（
13、1） 系统供电电源：电压：5V，电流：600mA（2） 驱动电源输出：四相四拍方式（3） 步距角：5.625*1/162 方案比较与最终选择2.1 方案12.1.1 单片机最小系统电路 单片机型号有很多，本方案采用AT89S52。单片机的最小系统如图1所示。图1 单片机最小系统最小系统主要包括晶振电路和复位电路两部分。晶振电路由两个36pF的电容和一个12MHz的晶振组成。由于一个机器周期等于12个时钟周期，所以每个机器周期应为1us。复位电路采用按键式的。当单片机上电时，电容充电，此时自动给单片机复位，即经常所说的上电复位；当单片机在运行过程中，遇到某些情况时，按下键，就会给单片机复位。2.
14、1.2 步进电机选择步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。2.1.2.1 步进电机的驱动控制系统控制系统的组成方框图(图2)如下：脉冲信号信号分配功率放大步进电机负载图2 控制系统组成框图2.1.2.2 脉冲信号的产生脉冲信号由单片机AT89S52的I/O口产生，一般的脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越
15、高，占空比则越大。2.1.2.3 信号分配感应子式不仅以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍两种， 具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。本设计采用步距角为1.8度。2.1.2.4 功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势（李忠杰，1998）。因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。经以上讨论，本方案采用28BYJ48步进电机。2.1.3 步进电机驱动电路本方案采用ULN2003作为步进电机的驱动电路。ULN2003 是高耐压、大电流复合晶体管阵列，由七个硅NPN 复合晶体管组成。ULN2003 的每一对达林顿都串联一个2.7K 的基极电阻
