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1、湖南工程学院课 程 设 计课程名称 微机原理与应用 课题名称 步进电机控制系统设计 专 业 电子科学与技术 班 级 0801班 学 号 姓 名 指导教师 李晓秀老师 2011年07月06日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 微机原理与应用 课 题 步进电机控制系统设计 专业班级 电子科学与技术 学生姓名 学 号 指导老师 李晓秀老师 审 批 任务书下达日期 2011年 06月27日任务完成日期 2011年 07月06日设计内容与设计要求设计内容：以单片机为核心设计一个步进电机控制系统，要求能够通过键盘设置步进电机的转向和转速，并在4位LED显示器上显示步进电机转速或工作状态。设计要
2、求：1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计；3）完成应用程序设计；4）硬件电路及应用程序的调试。主 要 设 计 条 件本课题以单片机为核心，设计并制作出步进电机控制系统，设计要求：1. 按下不同的键，分别使步进电机实现顺时针和逆时针旋转；2. 步进电机可实现正、反转，加速、减速等工作状态；3. 通过LED数码管显示步进电机运行速度或工作状态；说 明 书 格 式1. 课程设计任务书2. 目录3. 总体方案确定4. 各单元硬件电路设计说明及计算方法5. 软件设计与说明（包括流程图）6. 调试结果与必要的调试说明7. 使用说明8、总结9、参考文献附录附录A 系统原理图附录B 程序清单目 录1
3、 设计总体思路.5 方案思路与总框图.52 步进电机的原理介绍.62.1 步进电机的工作原理.62.2 步进电机转向与转速制.63 硬件设计.73.1 步进电机选取.73.2 单片机的选取.83.4 硬件的连接.94 程序设计.104.1 主程序.104.2 显示子程序.114.3 键盘扫描子程序.12 5 调试与故障分析.135.1 软件部分.135.2 硬件部分.135.3 故障分析及解决.146总结.157 参考文献.16附 件.17 1系统原理图.172源程序.181 设计总体思路方案思路与总框图 步进电机的控制是通过脉冲信号来控制的，脉冲由键盘给予,连接图如图1-1所示,把编好的C语
4、言程序下载到单片机中，单片机就具备了实现程序指示的功能，通过键盘控制正转、反转、加速、减速、复位等功能，数码管显示转速，LED灯显示正反转。AT89C51单片机数码管显示键盘控制软件部分LED显示步进电动机驱动 图1-1 总框图2 步进电机的原理介绍2.1 步进电机的工作原理 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序
5、，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。2.2 电机转向与转速控制 当电机绕组通电时序为AB-BA-AB-BA-AB时为正转，通电时序为AB-BA-AB-BA-AB时为反转。步进电机的驱动电路，微电脑向步进电机输入端传送1或0信息，则可实现上述操作。通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而改变步进电机的转速。驱动方式为二相四拍方式各线圈通通电顺序如表2-1所示： 相拍点ABAB01100101102001131001 表2-1 二相四拍点击线圈通电顺序表3 硬件设计3.1步进电机的选取步进电动机采用常见小型电动机，选用后建立起模
6、块如图3-1所示。图 3-1 单片机和驱动连接图3.2 单片机的选取 根据设计方案的分析，可以选择带有EPROM的单片机，应用程序直接存储在片内，不用在外部扩展程序存储器，电路可以简化。本次课程设计采用89C51单片机。3.3 四位LED数码管的选取数码管选用7段共阳4位LED，通过行和列驱动的控制达到显示的目的。驱动可以达到稳定显示的目的。其连接如图3-2所示。 图3-2 数码管与单片机管脚连接图3.4 硬件的连接步进电机的四线接法如图3-4P1.0A、P1.1B 、P1.2A、P1.3B图3-4 步进电机连接图4 程序设计4.1 主程序 进入主程序显示初始化状态，主程序由键盘程序、显示程序、复位程序与转速控制程序四部分组成，主程序首先初始化各变量，步进电机驱动的各引脚均输出高电平，然后调用键盘程序，并作判断，有键按下，则调用键盘程序，并显示出状态。如图4-1所示开始显示初始化状态按键检测Flag=0Flag=1Flag=2以初始速度正向旋转“010”以初始速度反向旋转“110”加速减速减速加速速度最大？速度最大？保持速度显示上限速度加/减显示改变
