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1、 . . . 摘 要步进电机是现代数字控制技术中最早出现的执行部件，步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。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，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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，从而达到调速的目的。需要单片机产生脉冲序列和方向控制控制信号。步进电机的特点是可以将数字脉冲控制信号直接转换为一定数值的机械
2、角位移并且能够自动产生定位转矩使转轴锁定。对控制系统的研制中最基本的要求就是性能可靠和结构简单。利用AT89S52单片机来设计和开发步进电机的控制系统，可以很好地满足这一要求。此次课程设计步进电机的驱动电路采用ULN2003A，驱动程序写入AT89S52单片机中，通过程序控制步进电机的转速与转向。实现软件与硬件相结合的控制方法，使步进电机运行稳定、可靠性高，达到对步进电机的最佳控制。关键词：单片机，步进电机，驱动电路，发光二极管 / 目 录1 方案比较与选择（须详细阐述创新点或新见解）12 电路仿真与分析32.1电路仿真32.2电路分析33电路板制作、焊接、调试93.1 电路板制作93.2 电
3、路板焊接93.3电路板调试94讨论与进一步研究建议115课程设计心得12Abstract参考文献1方案比较与选择方案1：用到的元器件主要有：AT89C51芯片、ULN2803驱动芯片、四相五线制步进电动机、4511数码管驱动芯片、数字数码管 、非门电路。电路图如下：此电路较为复杂且程序很长，最初我们小组本来想采取此方案，但在电路仿真时不能实现电机的控制，所以摒弃了此方案。一、此方案的优点：1、 元件比较齐全，能够实现对电机的正转、反转、加速、减速、停止的控制。2、 此方案通过数码管可以显示出电机的转速。3、 此方案程序采取中断的方式来实现对电动机的控制，CPU的利用率大大提高，因此在程序编写时
4、更好地实现用数码管显示步进电机的转速。二、此方案的缺点：1、电路比较复杂，YDL电路板比较小，在电路焊接时电路在布局时会比较困难方案2：电路图主要元器件：AT89S52、ULN2003、四相五线制步进电动机。电路图如下：由于第一个方案在电路仿真时出现问题，所以我们小组再重新想过另一个比较简单的方案，与第一个方案相比，方案二去掉了数码管对转速的显示，简化了电路。此方案的优点：1、 电路相对简单，焊接比较容易。2、 除了实现步进电机的正转、反转、加速、减速、停止功能外，此方案在加速、减速的基础上增加了两个加速档和四个减速档。此方案的缺点：1、此方案没有了方案一利用数码管显示转速的功能，只有一个正转
5、灯和一个反转灯来显示转速的快慢，如果转速过快，灯闪烁的速度过快，便失去了它们存在的意义。2.电路仿真与分析我们小组用到的仿真软件是和Keil uVision2，先用把程序编译，然后保存为格式。打开Keil uVision2，把电路图画好（注意各个元件特别是电容的型号，极性电容的正负极，电源的选择等等），点击，把格式的文件模拟嵌入单片机，然后试着模拟运行，看电机是否会按照程序设计好的功能运行。电路仿真分析如下：1、步进电动机脉冲序列信号与转速控制要步进电机可以“步进”就得产生如图2所示的脉冲序列。此脉冲序列是用周期、脉冲高度、通断时间来表征的。数字电路中，脉冲高度由元件电平决定，如TTL电平为0
6、5V，COMS电平为010V。步进电机的每一步的响应。都需要一定的时间，即一个高脉冲要保留一定的时间，以便电机完全达到一定的位置。通断的时间可以利用延时在软件中实现，这决定了步进电机的实际工作速率。2、步进电机方向与步距角的控制步进电动机的励磁方式可分为全部励磁与半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁与2相励磁之分，而半步励磁又称12相励磁。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，步进电动机即可连续转动。本设计选择半步励磁（12相励磁）：12相励磁法为1相与2相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走9度。若以12相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序
7、如下所示(若励磁信号反向传送，则步进电动机反转)：励磁顺序：AABBBCC CD D DA通常步进电机步距角的一般计算按下式计算。 =360/（ZmK） 式中 步进电机的步距角； Z转子齿数； m步进电动机的相数； K控制系数，是拍数与相数的比例系数2)步进电机的驱动电路与状态显示步进电机的驱动电路图：其中1B、2B、3B、4B分别与P1.0、P1.1、P1.2、P1.3相接。状态显示图:两根线分别接P2.0、P2.1，一表示正转，一表示反转，灯的闪烁快慢表示转速大小。3）键盘电路几根线分别连到P0.0到P0.4，开关未按下是，各位被拉成高电平，某一开关按下后，该位变成低电平，通过按键判别程序
8、可判别哪一键按下4）时钟晶振电路与复位电路时钟晶振电路图：复位电路图：5）步进电机时序表步序控制位控制模型工作状态DCBA1001103HAB2001002HB3011006HBC410004HC511000CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA总图：3电路板制作、焊接、调试一焊接原件：AT89S52、ULN2003、步进电动机、晶振、二极管、电阻、电容、开关、导线若干。二焊接步骤：1焊接之前，必须先进行原件布局，因为电路板空间有限，进行原件布局有利于更好地利用电路板空间，也为了避免后期焊接时候，线路过于混乱，导致线路短路或者出现其他问题。比如：AT89S52芯片跟U
9、LN2003芯片的1、2、3、4号引脚在焊接时候要一一对应，在焊接时候就要注意芯片的摆位，要使两个芯片的引脚之间的焊线尽量短，同时要尽量少使用跳线，以上要求芯片的摆放位置大概如下：从AT89S52引出来的焊接直接在芯片底部走到ULN2003的引脚，从而最简单，最直接，最省焊锡地实现了线路的连接。2 将AT89S52布置在电路板的中部，上部布置ULN2003，左右两边预留空间用于布置控制电路和晶振电路，大概确定元器件的位置后开始焊接。手工焊接分五部进行：（1）、认清焊点位置，烙铁头和焊锡丝靠近，处于随时可焊接的状态；（2）、烙铁头放在工件焊点处，加热焊点；（3）、焊锡丝放在工件上，融化适量的焊锡
10、；（4）、融化适量焊锡丝后拿走焊锡丝；（5）、焊锡的扩展围达到要求后，拿开烙铁，注意撤烙铁头的速度与方向，保持焊点美观。3、按照以上步骤焊接好芯片，电阻、电容、开关等，引出地线、电源线，焊接基本完成。焊接后的图如下：4.讨论与进一步研究建议1.我们的作品只有具备基本功能，这是由于我们采取的是查询的的方式，而没有用到中断，所以如果再加上数码管显示转速的话，硬件负担较大，所以这方面的拓展功能还有待提高。2编程时候需要注意步进电机的步距角，才能较清楚的看得出电机的转动。3.灯管显示方面在正常和快速的时候由于闪的时间短，所以无法观测出速度。这方面可改进，使其闪烁频率可用肉眼分辨。4电路焊接方面考虑有小
11、小的缺陷，在电机线插槽那部分由于空间考虑不足。所以电机插槽无法完全插进，不过未影响电路的运行。5.线路有部分接触不良，所以焊接时候还不是足够完善.5.课程设计心得此次课程设计也许我们小组的每一位成员都收获了许多。实验前，我们对单片机电脑仿真软件完全没有概念，而且我们收到的方案要求比较迟，所以在接收到方案时我们完全不知道自己究竟要干什么。然后我们上网查了很多资料，并且学着用isis与Keil uVision2软件去进行仿真分析，在第一个方案的讨论中，我们发现网上下载下来的程序达不到控制步进电机的要求，所以我们小组便亲力亲为，自己编写程序，并且用isis把电路图画出来再进行仿真分析，最终获得成功。
12、由于我们错误认为电机的步距角比较大，所以在编程时把步进电动机设计为八拍电机，仿真分析时没有问题，电机转动明显，但当焊接完电路并通电时，电机转动得非常慢，以至于我们多次认为电机只是在抖动而不是转动，通过多次通电才发现是因为电机转动的速度太慢，所以，我们小组再把延迟常数设置得比原来的小十倍，通电时确实是实现了电机的快速转动，但显示正转反转的二极管由于脉冲频率太快，肉眼看不出它们在闪动，为了兼顾电机速度和二极管显示的状况，我们最终把电机延迟常数设置为原来的1/4。在电路仿真分析成功之后，我们小组当晚便考虑好第二天焊接时元件在电路板的摆放位置与电路的走线，所以我们小组就以最快的速度完成课程设计并且最早
13、答辩并提交作品。设计前首先要考虑好要实现的基本功能，选择和设计好相应的硬件电路与程序架构，软硬结合，同时考虑到以后想要扩展功能，因此硬件电路与程序架构应有可扩展的潜力，这就要求进行程序设计应尽可能考虑利用各种中断，使CPU资源有效利用，同时尽可能扩展IO口，实现IO口的最大利用。如若只是利用查询方式，则光是实现步进电机的控制与发光二极管的控制，就已经是相当的勉强。要想再实现转数的显示，必然要重新分配硬件资源和构建程序架构，其中中断必不可少。其次，要考虑到步进电机的步距角与要求的最小的脉冲周期，这就涉与到延时程序的延时时间选择，要使电机转得动，延时时间不能过小，又要转的明显，延时时间不能过大，同
14、时，又要使加速、常速、减速的梯度比较明显，即延时时间的控制要有技巧。另外，通过发光二极管的闪烁频率来显示速度的大小，要选择恰当的频率，使人的肉眼可观察得到。最后，成员的有效分工，充分要利用各成员的优势，能使事倍功半。 凡是静、耐心，凡事快、好成 深夜编程，画程序框图，学习isis与Keil uVision2软件去进行仿真分析、查资料，体会到了学习的艰辛，也切实体会到了，团队之中有一两位能够独当一面的人的重要性。我们小组分工做的比较好，都发挥了其特长，如荣在编程方面很在行，而且思路严谨，很有耐心，其他人都去睡觉了，他还在编程到深夜;方少忠和泽滨焊接电路在行，他们两的焊接技术和他们的空间布局，使得行焊接电路一次性成功，并且布局清晰，美观，合理，没有解焊、错焊，从上面的焊接图就可以看出；而蔚荣在画程序框图比较在行，能够按找编程者的
