單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---步進(jìn)電機(jī)控制

1、<p><b>　　編號(hào)</b></p><p><b>　　(xx大學(xué))</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p><b>　　相關(guān)資料</b></p><p>　　題目： 步進(jìn)電機(jī)控制</

2、p><p>　　學(xué)院 專業(yè)</p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p><b>　　二〇 年 月&l

3、t;/b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 概述2</b></p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容的介紹3</p><p>　　2.1步進(jìn)電機(jī)原理3</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)3</b&

4、gt;</p><p>　　第3章 設(shè)計(jì)思路 具體內(nèi)容5</p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)思路5</b></p><p>　　3.2總體設(shè)計(jì)框圖及電路原理圖5</p><p>　　3.3單片機(jī)及其最小系統(tǒng)5</p><p>　　3.4 按鍵電路6</p><p&

5、gt;　　3.5 步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)顯示電路6</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路6</p><p>　　第四章 程序設(shè)計(jì)8</p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)思路8</p><p>　　4.2程序設(shè)計(jì)流程圖8</p><p>　　4.3 主程序設(shè)計(jì)9</p><p>　　4.

6、4 子程序設(shè)計(jì)9</p><p><b>　　第五章 總結(jié)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)械的數(shù)字控制的機(jī)電執(zhí)行元件。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性通用性

7、，可維護(hù)性以及性價(jià)比最優(yōu)，根據(jù)系統(tǒng)功能要求及步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用環(huán)境，將系統(tǒng)功能劃分為軟硬件，從而實(shí)現(xiàn)基于8051單片機(jī)的四相步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)，包括起停，正反轉(zhuǎn)，換檔。</p><p>　　隨著單片機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，單片機(jī)在日用電子產(chǎn)品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，自六十年代初期以來(lái), 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用得到大大提高。人們用它來(lái)驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘和其他采用指針的儀器，打印機(jī)、繪圖儀、磁盤光盤驅(qū)動(dòng)器、各種自動(dòng)控制閥、各種工具，還有機(jī)器人等機(jī)械

8、裝置。此外作為執(zhí)行元件，步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，被廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，它的需要量與日劇增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電數(shù)字控制系統(tǒng)中常用的執(zhí)行元件，由于其精度高、體積小、控制方便靈活，因此在智能儀表和位置控制中得到了廣泛的應(yīng)用，大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及單片機(jī)技術(shù)的迅速普及，為設(shè)計(jì)功能強(qiáng)、價(jià)格低的步進(jìn)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)器提供了先進(jìn)的 技術(shù)和充足的資源。</p>&

9、lt;p>　　本文先介紹該步進(jìn)電機(jī)的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動(dòng)器的軟、硬件設(shè)計(jì)，最后總結(jié)整個(gè)報(bào)告。</p><p>　　第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容的介紹 </p><p><b>　　2.1步進(jìn)電機(jī)原理</b></p><p>　　步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等。

10、本文先介紹該步進(jìn)電機(jī)的工作原理，然后介紹了其驅(qū)動(dòng)器的軟、硬件設(shè)計(jì)。該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又

11、可以提高控制精度。單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.1所示：</p><p>　　（a） （b） （c）</p><p>　　圖2.1 步進(jìn)電機(jī)的工作方式時(shí)序圖</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)產(chǎn)生,其基本原理作用如下:</p&

12、gt;<p><b>　　(1)控制換相順序</b></p><p>　　通電換相這一過(guò)程稱為脈沖分配。例如：四相步進(jìn)電機(jī)的單四拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C-D-A,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。</p><p>　　(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向</p><p>　　如果給定工作方式正序換相

13、通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。</p><p>　　(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度</p><p>　　如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。</p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)</b></

14、p><p>　?。?）用1個(gè)LED指示燈顯示啟動(dòng)和停止，亮?xí)r啟動(dòng)；</p><p>　?。?）1個(gè)LED指示燈顯示正反轉(zhuǎn),亮?xí)r正轉(zhuǎn)；</p><p>　?。?）3個(gè)LED指示燈分別顯示低速中速高速，一個(gè)啟停開(kāi)關(guān)控制啟動(dòng)和停止，一個(gè)正反轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)控制正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；</p><p>　　（4）一個(gè)加按鈕，增加速度，最大加到高速；</p>&l

15、t;p>　　（5）一個(gè)減按鈕，減小速度，最小減到低速；</p><p>　?。?）整個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制程序要求用C語(yǔ)言編寫。 </p><p>　　第3章 設(shè)計(jì)思路與具體內(nèi)容 </p><p><b>　　3.1設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　本系統(tǒng)主要由按鍵電路、單片機(jī)最小系統(tǒng)、AT89S51單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)狀

16、態(tài)顯示電路、驅(qū)動(dòng)電路以及步進(jìn)電機(jī)等幾部分組成。本系統(tǒng)采用兩個(gè)獨(dú)立開(kāi)關(guān)兩個(gè)獨(dú)立按鈕，分別進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)以及加減速的控制。驅(qū)動(dòng)電路采用分離元件組成，采用光耦進(jìn)行信號(hào)隔離，利用三極管的開(kāi)關(guān)作用實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的供電采用獨(dú)立5V供電。顯示電路采用五個(gè)發(fā)光二極管，一個(gè)顯示步進(jìn)電機(jī)的啟停控制、一個(gè)顯示步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)的狀態(tài)。另外三個(gè)用于顯示步進(jìn)電機(jī)速度的快中慢三檔速度。</p><p>　　3.2總體設(shè)計(jì)

17、框圖及電路原理圖</p><p>　　總體設(shè)計(jì)框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 總體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　電路原理圖如圖3.1.1所示。</p><p>　　圖3.1.1 電路原理圖</p><p>　　3.3單片機(jī)及其最小系統(tǒng)</p><p>　　最小系統(tǒng)主要是為

18、了單片機(jī)的正常工作。51單片機(jī)是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機(jī)，它采用CMOS和高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)，而且其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS-51兼容；片內(nèi)的Flash ROM允許在系統(tǒng)內(nèi)改編程序或用常規(guī)的非易失性編程器來(lái)編程，內(nèi)部除CPU外，還包括256字節(jié)RAM，4K字節(jié)的ROM,4個(gè)8位并行I/O口，5個(gè)中斷源，2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，2個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器。89S51單片機(jī)是一種功能強(qiáng)、靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，且支持在線

19、編程，完全滿足本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。</p><p>　　單片機(jī)最小系統(tǒng)包括單片機(jī)和復(fù)位電路，振蕩電路。</p><p><b>　　3.4 按鍵電路</b></p><p>　　采用2個(gè)按鍵2個(gè)按鈕來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的6種狀態(tài)，即“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“加速”、“減速”、“啟動(dòng)”和“停止”。當(dāng)按下其中一個(gè)按鍵時(shí)，電源通過(guò)上拉電阻和按鍵到地形成通路，使相應(yīng)

20、輸入管腳接地，即給單片機(jī)送入一個(gè)低電平，此低電平即為有效電平。按鍵電路如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 按鍵電路 </p><p>　　3.5 步進(jìn)電機(jī)狀態(tài)顯示電路</p><p>　　狀態(tài)指示采用發(fā)光二極管，“亮”、“不亮”分別表示步進(jìn)電機(jī)的“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”、“停止”和“啟動(dòng)”狀態(tài)。限流電阻選擇220的電阻。采用另外3個(gè)發(fā)光二極管來(lái)顯示步進(jìn)電機(jī)的檔

21、數(shù)，分別顯示步進(jìn)電機(jī)速度的快慢。</p><p>　　3.6 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖3.3所示，驅(qū)動(dòng)電路采用光耦進(jìn)行電氣隔離和信號(hào)傳輸。采用三極管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，圖中二極管起保護(hù)作用。</p><p>　　圖3.3 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　第四章 程序設(shè)計(jì) </b>

22、</p><p>　　4.1 程序設(shè)計(jì)思路</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)外圍電路的設(shè)計(jì)，單片機(jī)的P32、P33、P34、P35為按鍵輸入。P0、P2口為L(zhǎng)ED輸出顯示。51單片機(jī)采用T0進(jìn)行定時(shí)掃描鍵盤子程序，主程序根據(jù)鍵盤掃描的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的操作。步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)利用給步進(jìn)電機(jī)送入與原來(lái)相反的脈沖即可，步進(jìn)電機(jī)的加減速控制是主要控制步進(jìn)電機(jī)送脈沖的時(shí)間。</p><

23、p>　　4.2程序設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　程序流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 程序流程圖</p><p>　　4.3 主程序設(shè)計(jì) </p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define uint unsigned int </

24、p><p>　　sbit k1=P3^4; //啟動(dòng)開(kāi)關(guān)</p><p>　　sbit k2=P3^5; //換向開(kāi)關(guān)</p><p>　　sbit s2=P3^2; //加速按鈕</p><p>　　sbit s3=P3^3; //減速按鈕</p><p>　　unit speed,count,r1,i,t,k;<

25、;/p><p><b>　　main()</b></p><p><b>　　{k=0;</b></p><p><b>　　t=0;</b></p><p>　　r1=0x11 ;</p><p><b>　　speed=0;</b>

26、;</p><p><b>　　count=1;</b></p><p>　　TMOD=0x01;</p><p><b>　　ET0=1;</b></p><p><b>　　EA=1;</b></p><p><b>　　EX0=1;<

27、;/b></p><p><b>　　EX1=1;</b></p><p><b>　　TH0=0xcf;</b></p><p><b>　　TL0=0x2c;</b></p><p><b>　　if（s2==0)</b></p>

28、<p>　　{if(speed<3)</p><p>　　speed=speed+1;</p><p>　　for(i=0;i<30;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(s3==0）</b></p><p&g

29、t;　　{if(speed>0)</p><p>　　speed=speed-1;</p><p>　　for(i=0;i<30;i++);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(s2|s3==0) </p><p><b>　　{</b&g

30、t;</p><p><b>　　TH0=0xd8;</b></p><p><b>　　TL0=0xf0;</b></p><p>　　switch(speed)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0:P2=0xff

31、;count=0;break;</p><p>　　case 1:P2=0xfe;count=60;break;</p><p>　　case 2:P2=0xfd;count=30;break;</p><p>　　case 3:P2=0xfb;count=21;break;</p><p>　　default :break;</p&g

32、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(t==0)</b></p><p><b>　　t=count;</b></p><p><b>　　if(t>0)</b></p><p><b>　　t

33、=t-1;</b></p><p><b>　　if(k2==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　if(t==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p&

34、gt;<b>　　switch(k)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0:P1=0x01;break;</p><p>　　case 1:P1=0x02;break;</p><p>　　case 2:P1=0x04;break;</p>

35、<p>　　case 3:P1=0x08;break;</p><p>　　default :break;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　k=k+1;</b></p><p><b>　　if(k==4)</b></p>

36、;<p><b>　　k=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p><b>　　{</b></p&

37、gt;<p><b>　　if(t==0)</b></p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　switch(k)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　case 0:P1=0x08;br

38、eak;</p><p>　　case 1:P1=0x04;break;</p><p>　　case 2:P1=0x02;break;</p><p>　　case 3:P1=0x01;break;</p><p>　　default :break;</p><p><b>　　}</b><

39、;/p><p><b>　　k=k+1;</b></p><p><b>　　if(k==4)</b></p><p><b>　　k=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}<

40、;/b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　for(;;)</b></p><p>　　{if(k1==0)</p><p><b>　　{P0=0xff;</b></p><p><b>　　P2=0x

41、ff;</b></p><p><b>　　speed=0;</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else </b></p><p&g

42、t;<b>　　{</b></p><p><b>　　if(k2==0)</b></p><p><b>　　P0=0xfc;</b></p><p>　　else P0=0xfe;</p><p>　　if(speed==0)</p><p><

43、;b>　　{P2=0xff;</b></p><p><b>　　TR0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else TR0=1;</p><p><b>　　}</b></p><p><

44、b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　第五章 總結(jié) </b></p><p>　　通過(guò)這次的單片機(jī)步進(jìn)電機(jī)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，我進(jìn)一步了解并掌握了單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用。第一天下午由于一開(kāi)始做的是采用中斷，在老師要求我們改進(jìn)不用中斷的情況下，第一天沒(méi)能改進(jìn)好。第二天一大

45、早又去那邊改程序，因?yàn)榈谝惶旎丶矣职巡竭M(jìn)電機(jī)的原理及程序又看了一遍，所以在機(jī)子上很快調(diào)出來(lái)了，很興奮。當(dāng)然在設(shè)計(jì)中，也碰到了各種不同的問(wèn)題，有的簡(jiǎn)單到只是字母打錯(cuò)了，或者括號(hào)沒(méi)對(duì)齊。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了課本上學(xué)不到的知識(shí)--在理論基礎(chǔ)上的動(dòng)手實(shí)踐能力。這為我們以后的學(xué)習(xí)生活打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　

46、[1]　閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］（第三版）. 北京：高等教育出版社，2008</p><p>　　[2]　丁元杰著.單片微機(jī)原理及應(yīng)用［M］.機(jī)械工業(yè)出版社，2010年1月</p><p>　　[3]　朱承高.電工及電子技術(shù)手冊(cè)［M］.北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[4] 華成英 童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］（第三版）. 北京：高等教育