基于51单片机控制步进电机.docVIP

单片机原理及系统课程设计报告 1 . . 单片机原理及系统课程设计 1 引言 步进电机又称为脉冲电动机或阶跃电动机，它是基于最基本的电磁感应作用，将电 脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。单片机控制的步进电机广泛地应用于工业自动控制、数控机床、组合机床、机器人、计算机外围设备、照相机，大型望远镜，卫星天线定位系统等等。 随着经济的发展，技术的进步和电子技术的发展，步进电机的应用领域更加广阔，同时也对步进电机的运行性能提出了更高的要求。 步进电机的原始模型起源于1830年至1860年，1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氩弧灯的电极输送机构中，这被认为最早的步进电机。 1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到20世纪60年代后期，在步进电机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电机应运而生。步进电机往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。 在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。 2 设计方案与原理 4.1 设计方案 设计一个51单片机四相步进电机控制系统要求系统具有如下功能： （1）由I/O口产生的时序方波作为电机控制信号； （2）信号经过驱动芯片驱动电机的运转； （3）电机的状态通过键盘控制，包括正转，反转，加速，减速，停止和单步运行。 4.2 设计原理 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、双四拍和单双八拍三种。 在本次设计中，我们使用的是四相单八拍的工作方式。通过P1口给A,B,C,D四相依次输出高电平即可实现步进电机的旋转，通过控制两次输出的间隔，即可实现对步进电机的速度控制。 图 2.1 步进电机内部结构截图 根据步进电机的相关相序表我们可以正常的控制电机的步进运行。 3 硬件设计 根据设计要求和设计原理，我们可以绘制出基本的功能方框图，以便之后我们连接实际电路时的方便和可靠。用键盘控制具体的功能模块，这样更能直观方便的控制整体的系统，使其达到我们预期的操作效果。 图3.1中简单描述了整个单片机系统的控制模式和控制流程，包括通过时钟电路和键盘电路，来控制UNL2803驱动电机动作。 图 3.1 硬件电路功能方框图 图3.2截图中是UNL2803中的细节电路，用前四个输入输出口连接步进电机的四个输入口。图3.3截图是单片机的键盘控制电路，对系统的控制功能模块的选择和控制。包括正转启动按钮、反转启动按钮、停止位按钮、加速按钮、减速按钮和单步运行按钮。 图 3.2 步进电机及其驱动电路截图 图 3.3 按键设置及其连接引脚截图 以上电路功能截图均出自于proteus仿真软件。 4 软件设计 软件设计中，我们查询键盘按钮控制方式来选择步进电机运行的工作状态。在程序里面对按钮分配的I/O地址分别为正转启动位是P3.0，反转启动为是P3.1，停止位是P3.4，加速位是P3.2，减速位是P3.3，单步执行位是P3.5。通过外部中断INT0和INT1来实现加速减速的外部输入。 图4.1 主程序流程图 程序里面加上了防止正常运行过程中电机的突然转向的阻断。防止电机的意外损坏。在转向之前，必须按下停止按钮，然后再发出电机的下一条控制命令。当然，我们的加速减速通过外中断可以在电机正常运行过程中进行操作。增加了我们系统的可操作性和高可控性。 总　　结 在本次课程设计中，首次接触到单片机的应用，接到题目时，对步进电机一无所知，并对如何使用单片机也不甚了解，仅仅知道一些生硬的指令和符号，并不知道它们到底如何使用以及其意义，通过老师指导，然后自己在课后翻阅书籍和上网，搜集到了不少有关步进电动机的知识。 通过钻研这些知识，总算对步进电机有了认识，但是这离课程设计需要掌握的知识相差甚远，为了缩短这种差距，只能不断地查阅资料，仔细揣摩。在这次课程设计中，通过用单片机控制步进电机的起动、停止，正、反转，加、减速，也对单片机的知识也进行了复习和巩固。 设计仿真电路的过程中，必须要有耐心，在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如在多种方案的选择中，仔细比较分析其原理以及可行的原因。这就要求对硬件系统中各组件部分有充分透彻的理解和研究，并能对之灵活应用。同时在本次设计过程中，还学会了高效率的查阅资料、运用工具书、利用网络查找资料