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1、单片机原理与接口技术课程设计课程设计任务书学院信息科学与技术专业自动化学生姓名 学号 设计题目基于单片机的步进电机控制 软件设计内容及要求：根据单片机原理编辑软件及画出电路图实现步进电机的控制功能及电机的状态显示功能。进度安排：第1天：1. 布置课程设计题目及任务。2. 查找文献、资料，确立设计方案。第23天：1. 根据实际情况确定所需模块的设计方案。第45天：1. 根据系统设计的要求查找相关型号的单片机、芯片等器件的接线方法及实际参数的设置方法。2. 在此基础上用PROTEUS软件搭建仿真电路并进行相关仿真，验证元器件是否符合设计要求。第67天：1. 根据所搭建的硬件电路编制程序（C语言），
2、并将其KEIL与PROTEUS两个软件进行联机调试，成功后进行实际电路搭建。2. 课程设计结果验收，针对课程设计题目进行答辩。3. 完成课程设计报告。指导教师（签字）： 年 月 日分院院长（签字）：年 月 日摘要本次设计主要是用单片机控制步进电机，作为21世纪的自动化人，步进电机的精确传送与单片机的智能控制对我们有着不言而喻的重要性。因此，本次设计也就有了异样的光彩。本设计利用STC89C52单片机，28BYJ-48步进电机实现对步进电机的控制。根据不同的需要我们可以有四个不同档位速度的选择，并可以实现正反转。为了更显人性化，我们加上了一个液晶显示屏，显示步进电机的运行状态。关键词：步进电机，
3、单片机 24目录1.前言22. 整体设计32.1步进电机28BYJ-4832.1.1 28BYJ-48工作原理32.1.2 28BYJ-48参数32.2单片机42.2.1.概述42.2.2.单片机的选择52.2.3.单片机的基本结构53. 电路仿真设计73.1 仿真软件Proteus的使用73.2单片机最小系统93.3液晶显示模块103.4步进电机及其驱动模块113.5键盘设计124. 软件设计134.1 Keil C51编程软件的使用及调试方法134.2软件设计要求144.3系统软件设计流程144.3.1软件总体设计框图144.3.2键盘扫描流程图154.3.3显示模块流程图164.3.4步
4、进电机模块174.4主程序184.4.1头文件184.4.2主程序194.4.3液晶模块214.4.4矩阵键盘模块244.4.5电机模块275. 调试与功能说明295.1硬件调试296. 结束语307.参考文献311.前言步进电机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）。您可以通过控制脉冲个来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您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。20世纪末，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力
5、地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快，其中步进电机也广泛应用于数字控制系统，例如数控机床、绘图机、计算机外围设备、自动记录仪表、钟表和数模转换装置等。步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB），永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步
6、进电机的应用最为广泛。基于步进电机在社会实践中的广泛应用，本设计主要运用28BYJ-18步进电机，此产品小体积、高转速、底振动。具 有结构紧凑、力矩大、输入功率小、噪音小、 使用方便等特点。产品广泛用于空调器、电动器械、冷暖通阀门、热水器自动调温系统、自动化仪器、舞台灯光、安防视频监控、及单片机学习开发等领域。再用STC89C52单片机作为控制器来实现基于单片机的步进电机控制系统。2. 整体设计2.1步进电机28BYJ-482.1.1 28BYJ-48工作原理本实验选择28BYJ-48步进电机作为设计对象，步进电机28BYJ48型四相八拍电机，电压为DC5VDC12V。当对步进电机施加一系列连
7、续不断的控制脉冲时，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。）2.1.2 28BYJ-48参数1.极限参数： 表2-1参数最小值最大值单位工作温度1+60 储存温度-20+75 2.技术参数： 表2-2参数值参数值电压VDC5空载牵入频率Hz500
8、直流电阻25C 7%32空载牵出频率Hz600步距角5.625/64绝缘耐压V 1S600减速比1/64温升 K牵入转矩（100Hz时）gf.cm250噪音 dB自定位转矩gf.cm300驱动方式四相八拍连接线长：230mm，采用UL 26AWG 1061的电源线 3.接线示意图 图2.1 接线示意图 4.脉冲分配方式图2.2 脉冲分配方式2.2单片机2.2.1.概述单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口
9、电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。2.2.2.单片机的选择目前，我国生产很多型号的单片机，在此，我们采用型号为STC89C52的单片机。因为：STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含4k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和128 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-52指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，内置功能强大的微型计算机的AT89C52提供了高性价比的解决方案。 STC89C52是一个低功耗高性能单片机
10、，40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，2个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，STC89C51可以按照常规方法进行编程，也可以在线编程。其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。2.2.3.单片机的基本结构下图是MCS-52系列单片机的内部结构示意图：MCS-51系列单片机无论是片内RAM容量、I/O口功能、系统扩展能力、指令系统、引脚等都基本相同。在制造技术上，MCS-51系列单片机按两种工艺生产。一种是HMOS工艺，即高密度短沟道 MOS工艺。另一种是CHMOS工艺，即互补金属氧化
11、物的HMOS工艺生产 。在片内程序存储器的配置上，MCS-51系列单片机有三种形式，即片内无程序存储器、有掩膜程序存储器ROM、有可擦除程序存储器EPROM。单片机端口的既有一定的通用性，亦要有相当的灵活性，端口的设置目的总是想尽量满足各种设备连接的要求。当然单一通用的单片机芯片，是无法实现与任意一种外设的直接连接的。单片机的引脚数有限，更不能同时与多个外设直接连接。目前解决的办法是使用外接接口芯片来实现。此类芯片目前市面上有很多，有的接口芯片起传输过程中的缓冲作用以便满足接口的驱动能力要求；有的可以进行对电信号进行放大或衰减，以便适应单片机电平的需求；有的可以进行模数或数模转换，支持单片机对
12、模拟信号处理。在功能上，MCS-51系列单片机有基本型和增强型两类，它们以芯片型号的末位数字来区分。即“1”为基本型，“2”为增强型。 在MCS-51系列单片机中，我们以8051为例，来介绍其结构及功能。8051单片机的内部功能框图如图2.3示：图2.3 MCS-52系列单片机的内部结构3. 电路仿真设计 本系统主要由键盘模块，显示模块，主控模块，步进电机模块组成，其系统图如下：图3.0 系统总体结构框图3.1 仿真软件Proteus的使用Proteus是一款专门的单片机系统仿真软件，其所提供的单片机型号多，可便于用户进行各种单片机系统的设计与仿真。另外，Proteus提供了很多设计中常用的各
13、种芯片如各种数字门电路、触发器、移位寄存器和其他可编程逻辑芯片，方便用户进行各种设计电路的仿真。值得一提的是Proteus提供的示波器、信号发生器、测量探针等虚拟仪器为用户分析测试设计电路提供了理论依据，方便了用户设计。双击桌面快捷方式打开Proteus原理图设计软件，界面如下所示：图3.1 Proteus的ISIS原理图编辑界面单击界面中的YES可以查看Proteus软件自带的原理图仿真实例，选择NO可以进行电路原理图的设计。然后点击软件界面右面的 P可以放置所需要的元器件，界面如下图所示：图3.2 元器件放置界面找到设计电路所需要的元器件然后双击所需的元器件，这时就会在软件右侧的元器件列表
14、中看到所选择的元器件了。在此单击鼠标左键后就可将元件放到原理图编辑界面中。放好元器件后用导线将元器件连接起来，最后的总体的系统设计图如下：图3.3系统总体设计3.2单片机最小系统单片机的最小系统是由电源、复位、晶振组成，下面介绍一下每一个组成部分。其proteus仿真图如下： 图3.4 单片机最小系统3.3液晶显示模块为了更人性化，更直观的了解到步进电机的运行状况，所以在本设计中加入了液晶显示模块，以便及时的将步进电机的当前运行状态提供给用户，由于本设计所显示的内容并不多所以选着较小容量的LCD1602即可。其设计的电路图如下：图3.5液晶显示电路3.4步进电机及其驱动模块由于单片机驱动能力有限，不能直接用于步进电机的驱动本设计采用ULN2003A芯片驱动
