单片机控制步进电机设计报告.doc

单片机应用及原理课程设计 PAGE \* MERGEFORMAT 1 PAGE \* MERGEFORMAT 1 引言 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载情况下，电机的转动，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和个数，而不受负载变化的影响。当驱动器接到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个角度，称为步距角。它的旋转是以固定的角度一步步运行的，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，从而达到调速的目的。 目录 引言1 1 设计任务及方案3 1.1 设计任务及要求3 1.2 设计方案3 2 步进电机简介3 2.1 步进电机工作原理3 2.2 步进电机励磁方式选择4 2.2.1 步进电机励磁方式4 3 硬件电路设计5 3.1 晶振电路设计5 3.2 复位电路设计5 3.3 按键电路设计6 3.4 显示电路设计6 3.5 驱动电路设计7 4 软件程序设计8 4.1 程序设计思路8 4.2 程序设计分析8 4.3 程序设计流程9 5 系统的模拟仿真10 6 参考文献13 附录 软件程序14 1 设计任务及方案 1.1 设计任务及要求 在实验平台上扩展一个四相步进电机，利用单片机通过开关控制步进电机的2挡转速及转动方向，并在数码管上显示转速挡次及转动方向。 1.2 设计方案 本次设计采用AT89C51单片机控制一个四相步进电机。单片机输出脉冲序列，驱动步进电机转动，设置按键电路控制步进电机的2挡转速，即加速、减速，并在数码管上显示转速等级，同时控制步进电机的转动方向，即正转、反转。设计方案总体框图如图1.2所示。 图1.2 总体框图 2 步进电机简介 2.1 步进电机工作原理 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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。 2.2 步进电机励磁方式选择 2.2.1 步进电机励磁方式 步进电机的励磁方式主要分为全步励磁和半步励磁两种，其中全步励磁又有一相励磁和二相励磁之分，半步励磁又称一-二相励磁。 一相励磁：在每一瞬间，步进电机只有一个线圈导通。每送出一个励磁信号，步进电机旋转1.8°，这是三种励磁方式中最简单的一种。其特点是：精确度好、消耗电力小，但输出转矩小，震动较大。 二相励磁：在每一瞬间，步进电机有两个线圈同时导通。每送一个励磁信号，步进电机旋转1.8°。其特点是：输出转矩大，振动小。 一-二相励磁：为一相励磁与二相励磁交替导通的方式。每送一个励磁信号，步进电机旋转0.9°。其特点是：分辨率高，运转平滑。 本次设计采用二相励磁方式，励磁顺序表如下表2.2.1所示。 时序 1 2 3 4 5 6 7 8 A 1 0 0 1 1 0 0 1 B 1 1 0 0 1 1 0 0 C 0 1 1 0 0 1 1 0 D 0 0 1 1 0 0 1 1 表2.2.1 3 硬件电路设计 3.1 晶振电路设计 AT89C51单片机各功能部件的运行都以时钟控制信号为基准，有条不紊，一拍一拍地工作。本次设计时钟电路采用内部时钟方式。AT89C51内部有一个用于构成震荡器的高增益方向放大器，它的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端引脚为XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体和微调电容，构成一个稳定的自激振荡器。本次设计选择振荡频率为12MHZ的石英晶体。如图3.1所示。 图3.1 晶振电路 3.2 复位电路设计 AT89C51的复位是由外部的复位电路实现的。复位引脚RST通过一个施密特触发器与复位电路相连，施密特触发器用来抑制噪声，在每个机器周期的S5P2，