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单片机课程设计报告 步进电机控制设计 日期： 2012.6.18-6.21 目录 1、概要 2、课程设计目的及要求 3、整体系统分析 4、硬件系统分析 5、软件系统分析 6、调试结果 7、结论 附一：元器件清单 附二：源程序 1、概要 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。 2. 课程设计目的及要求 2.1 课程设计目的 增进对单片机的感性认识，加深对单片机理论方面的理解； 掌握单片机的内部功能模块的应用，如定时器/计数器、中断、存贮器、I/O口、A/D转换等； 了解和掌握单片机应用系统的软硬件设计过程及实现方法。 2.2 课程设计要求 设计一个步进电机控制器，要求用多个按键控制电机的启动/停止、加速、减速、反转等控制功能。 用彩灯显示电机的转动状态，如加速就控制彩灯快速闪烁，减速则控制彩灯慢速闪烁等。 3. 整体系统分析 3.1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 。 3.1.1步进电机的启停控制 步进电机由于其电气特性,运转时会有步进感 ,即振动感。为了使电机转动平滑 ,减小振动 ,可在步进电机控制脉冲的上升沿和下降沿采用细分的梯形波 ,可以减小步进电机的步进角 ,提高电机运行的平稳性。在步进电机停转时 ,为了防止因惯性而使电机轴产生顺滑 ,则需采用合适的锁定波形 ,产生锁定磁力矩 ,锁定步进电机的转轴 ,使步进电机的转轴不能自由转动。 3.1.2步进电机的转向控制 如果给定工作方式正序换相通电 ,步进电机正转。若步进电机的励磁方式为单四拍，即 A -B –C - D。如果按反序通电换相 ,即则电机就反转。 3.1.3步进电机的速度控制 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。 3.1.4步进电机的换向控制 步进电机换向时 ,一定要在电机减速停止或降到突跳频率范围之内再换向 ,以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个脉冲结束后以及下一个方向的第1 个脉冲前发出。对于脉冲的设计主要要求要有一定的脉冲宽度(一般不小于5μs)、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了减速→换向→加速3 个过程。 3.2系统设计思路 我们本次设计的步进电机控制系统主要有单片机89S52、ULN2003A步进电机驱动芯片、四相永磁式步进电机、LED显示管及其其他相关元件组成。可以通过开关来控制系统的启/停工作，并通过LED显示管的工作状态显示步进电机的正、反转和前进、后退的状态。其总体设计框图1所示： 图1 系统设计框图 4. 硬件系统设计 4.1主要元件简介 4.1.1 AT89S52单片机 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8K系统可编程Flash存储器。使用Atmel公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能:8k字节Flash，256字节RAM,32位I/O?口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。另外,AT89S52可降至0Hz?静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU在掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。 图2. AT89S52引脚图 4.1.2 ULN2003A驱动芯片 ULN2003 是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN 达林顿管组成的驱动芯片。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。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受 50V 的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。 图 3. ULN2003A引脚图 4.2模块分析 4.2.1 时钟晶振电路 时钟电路是整个系统的心