步进电机控制系统设计方案.docVIP

目 录 1 前言 2 方案设计 1 2．1任务 2 2．3技术方案与论证 2 3 电路设计 3．1系统电路原理 3．2主要元器件选择 3．3单元电路设计 4 程序设计 4．1系统程序流程 4．2系统程序设计 5．系统仿真 5．1 系统仿真 5．2 系统仿真结果分析 6 总结与体会 18 参考文献资料 19  方案设计 1.1设计任务 1.1.1设计要求 (1)用带中断行列式键盘作为数据和暂停等功能的输入 (2)七段数码管显示当前步进电机的运行状态 (3)采用集成芯片作为步进电机的驱动电路 (4)使用PROTEUS软件对程序进行仿真和调试 1.1.2设计任务 (1)根据设计要求划分功能模块 (2)编程实现模块要求 (3)根据模块画出总电路图 (4)画出模块程序流程图 (5)编写整个源程序代码 (6)PROTEUS仿真与调试 1.2方案设计与论证 1.2.1总体方案论证与比较 方案一、采用AT89C51单片机作为整机的控制单元。 以AT89C51单片机为核心的控制电路，采用模块化的设计方案，、、，实现、具有高度的智能化、人性化，一定程度体现了智能这样必然带来高成本、电路复杂等缺点步进电机控制原理 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：相步进电机的工作方式，其各相通电顺序通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A相的通断。 图2.3 步进电机双相四拍工作时序图 (2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 (3)控制步进电机的速度 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。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率，就可以对步进电机进行调速。 图2.5 L298引脚及内部结构 2.3.3数码显示管 在此次课程设计中，为了更好的实现人机交互，让我们更好的控制步进电机的转动，我们用四合一的8位数码显示管来显示我们输入的转动次数，并且通过程序让步进电机每转动一次，数码显示管上的数相应减少一，当步进电机转完我们需要其转动的次数时，数码显示管上显示的数字也减少到“0”，然后数码显示管会显示英文单词“OVER”，由此提醒人步进电机已经转动完成，从而实现人们对步进电机的动态控制。 数码显示管是由二极管显示字段的显示器件，它由8个发光二极管构成，通过不同的组合可以显示0到9，A到F以及小数点等字符。 数码管通常有共阴极和共阳极两种类型，共阴极数码管阴极必须接低电平（一般为地），当一个发光二极管的阳极连到高电平时，此二极管亮；共阳极数码管的发光二极管是阳极并接到高电平（一般为+5V），需点亮的发光二极管阴极接到低电平即可。显然，要显示一个字型就应该使此字型的相应发光二极管点亮，实际上就是送一个不同电平的组合代表的数据到数码管。在此次课程设计中，我们采用的使共阳极数码显示管，因为，在数码显示管于单片机相连接时，若为共阴极，则必须接上上拉电阻，这样数码显示管对单片机的压力太大，而共阳极却不要，所以为了减低单片机的压力，减少成本，增大元器件的寿命，我们采用的使共阳极的数码显示管。 2.3.4行列式键盘 在单片机的应用系统中，扫描键盘只是CPU的工作任务之一。在实际应用中，要想做到既能及时响应键操作，又不过多的占用CPU的工作时间，就要根据应用系统中的忙闲情况选择适当的键盘工作方式。键盘的工作方式一般有循环扫描和中断扫描两种。 循环扫描方式是利用CPU在完成其它工作的空余，调用键盘扫描子程序，来响应键输入要求。在执行键功能程序时，CPU不再响应键输入要求。键盘扫描程序应具备以下4项功能：1，判断键盘上有无按下。2，去除键的抖动操作。3，扫描键盘，得到按下键的键号。4，判别闭合的键是否释放。采用循环扫描键盘的工作方式，虽然也能响应键入的命令或数据，但这种工作方式不管键盘上有无按键按下，CPU总要定时扫描键盘；而应用系统在工作时，并不需要按键输入，因此，CPU常处于空扫描状态。 中断扫描工作方式可以提高CPU的工作效率，即只在键盘有键按下时发中断请求，CPU响应中断请求后，转入中断服务程序，进行键盘扫描，识别键码。中断扫描工作方式是一种简易键盘接口电路，其直接有80C51P1口的高，低字节构