基于C51单片机步进电机综合控制实验.doc

重庆工商大学计算机与信息工程学院学院 《单片机原理及应用》课程实验报告 实验名称：步进电机综合控制实验 实验班级：2010级 自动化专业 班级：2010级自动化三班 指导老师：文远熔 组员：陶园2010133330 王路2010133344 江洋2010133335 陈娅2010133326 张琴芳2010133317 张丹2010133320（组长） 一、摘要：本实验利用8051单片机达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、点动、转过指定角度、状态显示和数据指示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2003，ULN2003具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用ZLG7290模块驱动LED数码管显示速度设定值。通过这个单片机控制系统的设计来掌握步进电机的工作原理和驱动过程以及LED显示原理和ZLG7290模块的使用方法，用LED数码管显示实验要求的状态结果，设计电路的硬件接线图和实现上述要求的程序。 关键词：51单片机 步进电机 ZLG7290 ULN2003 二、设计内容与要求： 1、任务介绍：实现步进电机按规定的速度正转、反转，转过指定的角度，要有点动功能。所有命令通过键盘输入，步进电机在运行过程中要有状态和数据指示。 2、每套设计文档应包括： 系统原理说明、程序框图、电路原理图和程序清单。 三、实验器件介绍及原理： 本实验采用单片机来控制步进电机，实现了软件与硬件相结合的控制方法。在单片机环境下，用ULN2003驱动芯片驱动步进电机，用ZLG7290芯片作用下的按键控制步进电机的运行，从而达到实验要求。其控制框图（图一）为：按键控制 按键控制 单片机 80C51 ZLG7290 驱动芯片 ULN2003A 驱动芯片 共阴极数码管 步进电机 图一：控制框图 1、系统硬件介绍 1.1步进电机 1.1.1相关的技术指标： a、相数：指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机，本实验用的是四相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。 b、步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。本实验程序运行前要先测量步进电机的步距角。 c、拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一个步距角所需脉冲数。本实验用四相八拍运行方式，为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 1.1.2工作原理： 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的，可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 1.1.3步进电机的驱动： 步进电机的驱动可以选用专用的电机驱动模块，比如L298、FT5754等，这类驱动模块接口简单，操作方便，它们既可以驱动步进电机，同时也可以驱动直流电机。但本实验使用ULN2003a 图二：步进电机及其驱动电路 1.2 ULN2003A ULN是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTL COMS,由达林顿管组成驱动电路。 ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE 约1V左右，耐压BVCEO 约为36V。用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动低压灯泡。通常单片机驱动ULN2003时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。ULN2003是一个非门电路，包含7个单元，但独每个单元驱动电流最大可达350mA.资料的最后有引用电路，9脚可以悬空。 比如1脚输入，16脚输出，负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。 图三：ULN2003A原理图 1.2.1 ULN2003的作用： ULN2003是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。可直接驱动继电器等负载。 输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。ULN2003是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。