步进电机控制器设计

《步进电机控制器设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《步进电机控制器设计（19页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、北京信息科技大学机电综合课程设计单片机部分题目： 步进电机控制器设计学 院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：李新班级/学号：机械1105/2011010131同组成员：董方指导老师：姚小敏起止时间：2014年12月22日 至2014年12月26日摘要：步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是 将电脉冲转化为角位移，它的的驱动电路根据控制信号工作，控制信 号由单片机产生。本次课程设计主要采用AT89C51芯片，用汇编语言编写出电机的 正转、反转、加速、减速、停止程序，通过单片机、电机的驱动芯片 ULN2003以及相应的按键实现以上功能，并且步进电机的工作状态要 用相应

2、的发光二极管显示出来。控制系统主要由硬件设计和软件设计 两部分组成。其中，硬件设计包括单片机的最小系统模块、电源模块、 控制模块、步进电机ULN2003A驱动模块、彩灯显示模块5个功能模 块的设计。并且通过仿真控制系统对硬件、软件进行了调试和改善， 实现了上述功能。本系统具有智能性、实用性及可靠性的特点。关键词：步进电机单片机电脉冲驱动系统目录1、课程设计目的及要求42、系统需求分析43、硬件系统分析64、设计小结105、程序及流程图116、参考文献131. 课程设计目的及要求11课程设计目的通过课程设计，主要达到以下目的：1、增强学生的动手能力，同时加深对单片机原理的理解。2、使学生掌握单片

3、机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、I/O 等。3、使学生了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计思想、原则、过程、方法 及实现，为以后设计和实现单片机应用系统打下良好基础。12课程设计要求第一阶段：设计一种摆角模式，电机以设定转速（自定）顺时针转动90后，延时1 秒，再自动反转90，然后再顺时针转，如此循环。分别采用单四拍和单 双八拍方式驱动。第二阶段：设计4个功能按键K1-K4，分别控制步进电机的启动、停止、正转、反转、 加速、减速，其中启停、正反转功能各由一个键实现。键盘电路要求采用 独立式键盘接形式。第二阶段：使用2x2的矩阵键盘实现第二阶段的功能，并使用4位8段数码管显示电

4、机转速（r/min）和转向，显示格式举例：0120。012代表转速为12r/min, 0代表电机正转（反转定义为1）。电机停止时全部显示0。2. 系统需求分析21步进电机控制工作原理步进电机实际上是一个数字角度转换器，也是一个串行的数模转换器。步 进电机的基本控制包括启停控制、转向控制、速度控制、换向控制4个方面。 从结构上看，步进电机分为三相、四相、五相等类型，本次设计的是四相电机。 四相步进电机的工作方式有单四拍、双四拍和单双八拍3种。Ml FM3JL堂宇机21步进电机的启停控制步进电机由于其电气特性，减小振动，可在步进电机控动平滑 形波,可以防we，运转时会有步进感，即振动升沿和下降沿采

5、用细分的梯亍的平稳性感。为了使电机转制脉冲的上步进电机的步进角，提高电机运彳_顺滑，则需采用合适1使步进电机的转轴不能惯性而使电机轴产牛时，为了锁定磁力矩，锁定步进电机的转轴，212步U1 Ji 2003。在步进电机停转 勺锁定波形，产生 自由转动。电机驱动方式可以采用双四拍(AB-BCfCDMDAfAB)方式，也可以 采用单四拍(AfBfCDfA)方式，或单、双八拍(AfABfBfBCfCCD fDDAfA)方式。三种工作方式的时序图分别如下：(图示为高电平有 效)aL A| |_:a| -1-:b_TL_:rB_| :Bc:c:.:Dl :-:LD -_1: : : . 1 1.DA.AB

6、.BC.CD.DA.DA. A . AB. B .BC ,C .CD. D .DA双四拍单四拍213步进电机的速度控制单，双八拍如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再 转一步。2个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整送给步进电机的 脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。22系统设计思路我们本次设计的步进电机控制系统主要使用51单片机作为控制器，达林顿 管IC ULN2003作为功放来驱动步进电机，通过单片机输出脉冲信号，由软件实 现脉冲的分配和脉冲的频率调节。可以通过开关来控制系统的启/停工作，步进 电机的正、反转和前进、后退的状态。其总体设计框图1所示：图1总体设计

7、方框图3. 硬件系统分析31主要元件简介3.1.1 AT89C51 单片机AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存储器(FPEROMFlash Programmable andErasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS 8位微处理器。其特性如下：(1) 面向控制的8位CPU;(2) 个片内振荡器和时钟产生电路，振荡频率为0 24MHz;(3) 片内4KB Flash ROM程序存储器；(4) 128B的片内数据存储器；(5) 可寻址64KB的片外程序存储器和片外数据存储器控制电路;(6) 2个16位的定时/计数器；(7) 4个并行I/O接，共32条

8、可单独编程的I/O线;(8) 5个中断源，2个中断优先级；(9) 个全双工的异步接口；(10) 21个特殊功能寄存器;(11) 具有节电工作方式。ATggcSl*T09S51D5aeAT89C53AT 貂 S51AT8 死 51三种单片机的外形图卩1. Q 卩i. 1p. 2Pl. 3Pl. 4Pi. 5PI. 6PI. 7RSTCKKD) P3. dtTXDP3. 1 (TNT(J)P12 (TSiT)P3,3(T0)?3. 4iWPl d 曲】門,THAL2KTAL1L5DVCCP0. 0/ CWd) PI). i/CWl)P0. 2MAD2)PD. 3/ (,W3)PQ. 4/(AD4)

9、P0. 5； (AD5)PJ.鉉(ADbtP(k 7/ (,W7)Ea/vpp ALE/PROC PSENP2.7/(A15)P2.6/(A14P2,5/A13P!.4(A12P2. 31 lAl 1 P2.2/(A10) P2.1/(A9)P2. 0/ (A8)AT89C51的引脚排列图2. AT89C51引脚图3.1. ULN2003 晶体管本设计采用ULN2003A芯片。ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的 基极电阻，在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理 原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。32模块分析3.2.1时钟晶振电路时钟电路是整个系统的心

10、脏，控制着步进电机工作节奏。单片机的时钟信号 用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到: 内部振荡和外部振荡。图3中的外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路， 它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30PF左右，晶振频率选12MHz。3 2M图3时钟电路322复位电路单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出 现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续 为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作有两种情况，即上电复位和手 动（开关）复位。本系统采用上电复位方式。图4复位电路323步进电机键盘接电路

11、独立按键：一个按键占用单独的一个I/O 口；矩阵键盘：为了节省I/O 口，通常将按键排列成矩阵形式，每条水平线和垂直线 在交叉处不直接连通，而是通过一个按键加以连接。K5OO1 K57 K6K6p KgI图5键盘接电路OOP.|32數码管显示电路led数码管(LEDSegment Displays)由多个发光二极管封装在一起组成“8” 字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数 码管实际上是由七个发光管组成8_字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分 别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。325系统总电路图7电路总体仿真图4设计小结本设计以AT89C51单

12、片机为控制核心，利用其很好的处理能力，以及丰富的 外围接，同时可以直接利用数字脉冲实现精确运动的执行部件等特点对步进电 机进行了很好的控制，本设计系统有如下优点：(结构简单，控制部分成本低廉，维护方便。(2E置灵活、方便、易于扩展。通过这次步进电机的综合设计我学到了如何进行步进电机选择，了解了单片 机在工业上的使用，以及单片机的编程、扩展的使用。学会了采用8位单片机 对步进电机进行控制，通过I/O接输出的具有时序的方波作为步进电机的控制 信号，信号经过芯片驱动步进电机以达到预期的控制要求。在此次设计过程中，通过不断摸索，开拓了思维，同时也解决了不少以前尚 未弄明白的问题，使自己的技术知识得到了

13、巩固，提高了自己操作的能力。这次 设计过程中，虽然遇到了一些问题，但是通过自己的仔细思考和研究，并在老师 以及同学的帮助下，许多疑难问题都得到了解决。对自己的知识面和技术水平的 提高有很大的帮助。通过设计我也认识到自己的不足，对细节的东西学的不够透彻，对知识深度 的挖掘不够。同时我也感悟到与别人合作的快乐，团结就是力量，通过与同学的 交流可以很快的学到很多东西。5. 程序:阶段:单四拍:*7;*；* ME950单片机开发系统演示程序-步进电机正反转*；*7;*；*步进电机步进角为7.5度。*；*；*单四拍工作方式：*；* ABCD-A （即一个脉冲，转 7.5 度）*；*7ORG 0000HAJMP MAINORG 0050H*7MAIN:MOV P0,#0FFHMOV P2,#0FFHMOV P1,#0F0H；端初始化LOOP:MOV R3,#3正转90度，30*3=90度FFW:ACALL MOTOR_F