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1、单片机原理实训说明书题 目： 步进电机控制器 学 院： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 2011 年 12 月 29 日 / 摘 要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，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步,具有较高的重复定位精度, 并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压波动及负载的影响, 因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。本文在分析了步进电机的驱动特性、斩波恒流细分驱动原理和混合式步进电机驱动芯片ULN2003AN的性能、结构的基础上，结合AT89C52单片机，设计出了混合式步进电机驱动电路。关键
2、词：步进电机；AT89C52单片机；ULN2003AN驱动。 AbstractStepping motors is a kind of will convert angular displacement or electrical impulses signal line displacement of precision actuator, have fast start and stop characteristics. The driving speed and instructions pulse can strictly synchronization, which has high
3、 repositioning precision, and can realize the positive &negative and smooth adjustable speed. Its operation speed and step distance from supply voltage fluctuation and load effect, which have been widely applied in analog-to-digital conversion, speed control and the position control system. Based on
4、 the analysis of the stepper motor driving characteristics, a chopper constant-current subdivided driving principle and hybrid stepping motor drive chip ULN2003AN the performance, structure in the foundation, the union AT89C52 single chip computer, designed a hybrid stepping motor driver circuit. Ke
5、y words: Stepping motor; AT89C52 single chip computer; ULN2003AN driver.目 录第1章 步进电机的原理介绍2 2.1 步进电机的工作原理3 2.2 步进电机24BYJ48的相关电气参数3 2.3 步进电机的基本术语4 2.3.1 相数4 2.3.2 拍数4 2.3.3 步距角4 2.3.4 信号分配4第2章 总体设计思路5 3.1 方案与设计思路5 3.2 总框图5第3章 程序设计5 4.1 主程序5 4.2 LCD及档位显示程序6 4.3正反转流程图7 4.4启动与停止流程图8第4章 硬件设计9 5.1 硬件的设计与选取9
6、 5.1.1 步进电机的驱动9 5.1.2 单片机的选取10 5.1.3 液晶LCD1602显示模块10 5.1.4 按键电路设计11 5.1.5 时针产生电路11 5.2 硬件的总体电路连接12第5章 调试与故障分析13 6.1 软件编写及调试13 6.2 调试过程及相关显示结果14 6.3 故障分析及解决方法15第6章 心得体会15第7章 参考文献17 附件18 系统原理图19 开发板实物图：19 元器件清单19 源程序清单28第1章 步进电机的原理介绍2.1 步进电机的工作原理本次设计是采用步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5V。当对步进电机施加一系列连续不断的控制脉冲时，
7、它可以连续不断地转动。每一个脉冲信号对应步进电机的某一相或两相绕组的通电状态改变一次，也就对应转子转过一定的角度（一个步距角）。当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）步进电机28BYJ48的相关电气参数1.额定电压：5V2.相数：43.减速比：1/644.步距角：5.625/645.驱动方式：4相8拍6.直流电阻：2007%(25)7.空载牵入频率：600Hz8.空载牵
8、出频率：1000Hz9.牵入转矩：34.3mN.m(120Hz)10.自定位转矩：34.3mN.m11.绝缘电阻：10M(500V)12.绝缘介电强度：600VAC/1mA/1S13.绝缘等级：A14.温升：50K(120Hz)15.噪音：40dB(120Hz)16.重量：大约40g17.未注公差按：GB1804-m18.转向：CCW2.3 步进电机的基本术语2.3.1 相数产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，常用m表示。2.3.2 拍数完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，比如说本次设计中使用的24BYJ48有单（单相绕组通电）四拍（A-B-
9、C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）2.3.3 步距角对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。2.3.4 信号分配四相步进电机按照其通电方式的不同，可以分为单四拍，双四拍和双八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，均为11.25度，而八拍的步距角则是单四拍与双四拍的一半，5.625度。单（单
10、相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A。），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-。），八拍 （A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。）。这里选取的是双相八拍的工作方式。第3章 总体设计思路3.1 方案与设计思路因为步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。所以怎样产生这个脉冲信号和产生怎样的信号是电机控制的关键。用单片机来产生这个脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是四相的，所以只需要P1口的低四位P1.0P1.3分别接到电机的四根电线上。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了
11、电机的转速，单片机上P3.2P3.5连的是按键，这里键盘上的K1键为启动与停止键，K2键为减速键，K3键为加速键，K4键为方向转换键。P0以及P2.0P2.2口接LCD1602，可以显示当前的电机转速、运行状态、运行方向和档位。具体结构见3-1框图。3.2 总框图LCD显示P0AT89S52数据传送P2.0P2.3显示控制口SS1S2S3RSTP3.0P3.1P3.2ULN2003P1.0P1.3步进电机晶振电路复位电路报警图3-1 总体设计方框图第4章 程序设计4.1 主程序进入主程序，首先是对LCD进行初始化，然后依次进行键盘扫描，调用步进电机相关数据显示子函数，若检测到有键按下，则进去相
12、应的处理。流程图如下图4-1:4-1图 主程序流程图4.2 LCD及档位显示程序此次设计使用1602液晶显示步进电机运行状态，其效果比用数码管显示要更加明了，也更容易读取相关状态和数据。液晶上显示有电机运行的状态（RUNNING或STOP）、当前档位(DW)、运行方向()以及其运转速度(r/min)。其显示原理如下图4-2：图4-2 液晶显示流程图4.4启动与停止流程图启动与停止是用K1键来控制的，初始化标志位on_off=0,档按下K1，即将on_off置1，每当按下k1,都将在启动与停止间切换，具体流程图如下图4-4：图4-4 启动与停止流程图第5章 硬件设计5.1 硬件的设计与选取5.1
13、.1 步进电机的驱动步进电机的驱动采用ULN2003，接到单片机的P1.0P1.3，具体如图5-1：图5-1 步进电机驱动及其接口图5.1.2 单片机的选取目前市面上的通用型单片机种类很多，且适合不同应用场合的新产品不断出现，但目前的应用状况，以8位中档MCS-51系列单片机的应用最为普遍。基于这次课程设计的要求不高，我们可以选用51系列或52系列单片机，其有可靠性高，易于扩展以及实用性好等特点，完全可以满足我们的控制要求。其图如下5-2：图5-2 AT89C52单片机5.1.3 液晶LCD1602显示模块P0接液晶的数据传送口，P2.0P2.2接液晶的控制端口。其接线图如下图5-3：图5-3 液晶与单片机接口原理图5.1.4 按键电路设计键盘接口按不同标准有不同分类方法，按键盘排布，可以分为独立方式（一组相互独立的键盘）和矩阵（一行列组成矩阵）方式。此次设计只用到了四个按键，故可采用独立按键，P3.2P3.5分别接到K1K4。其原理图如下图5-4：图5-4 按键与单片机接口原理图5.1.5 时针产生电路时针电路部分晶振为11.0592MHz，其原理图如下：图5-4 时针电路5.2 硬件的总体电路连接
