基于单片机的步进电机控制

单片机技术与应用课程设计题目步进电机控制系统设计院系物理与电子工程学院年级2012级专业电子信息工程班级电信12班学号160412107、160412125姓名何剑、吴宇浩指导教师周学礼设计时间2015.06.15-2015.07.10实训报告成绩：项目评分比例平时考核30%实训报告30%答辩40%实训成绩指导教师（签字）：年月日课程设计独创性声明：该课程设计是通过我们小组成员研究合作共同完成。小组中每个人都付出了努力和汗水。小组成员之间配合默契，分工明确。我们在题目的基础上有所突破。除了文中特别加以标注的参考文献外，本次课程设计中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。学生签名：步进电机控制系统设计摘要本设计通过ATMEL89C51单片机对步进电机进行控制,主要介绍了步进电机控制器、驱动电路和LED显示电路的设计,实现了步进电机的控制。具有以下功能：1、按下不同的键，分别使步进电机实现顺时针和逆时针旋转；2、电机运转状态可以是正反转，加速减速；3、通过LED数码管显示电机运行状态特点。该系统具有成本低、控制方便的特点。关键词：单片机步进电机调速控制SteppermotorcontrolsystemdesignAbstractThedesignbyATMEL89C51Microcontrollersteppermotorcontrol,mainlythesteppermotorcontroller,drivecircuitandLEDdisplaycircuitdesigntoachieveasteppermotorcontrol.Ithasthefollowingfeatures:1.Pressdifferentkeys,respectivelysteppermotorclockwiseandcounterclockwise;2,motorrunningstatemaybereversing,accelerationanddeceleration;3,throughtheLEDdigitaldisplaymotorrunningfeatures.Thesystemislowcost,convenientcontrolfeatures.Keywords:microcontroller;Steppermotor;SpeedControl常熟理工学院课程设计1目录1.引言.....................................................................31.1步进电机...............................................................31.2研究的目的和意义.......................................................31.3步进电机工作原理.......................................................41.3.1步进电机的控制......................................................41.3.2步进电机的工作过程..................................................41.3.3步进电机的转速计算..................................................52.系统概述................................................................62.1系统实现功能...........................................................62.2系统总体构成...........................................................62.3系统工作流程...........................................................72.3.1主程序框图..........................................................72.3.2按键处理程序框图....................................................83.硬件电路设计...........................................................93.1单片机最小系统.........................................................92.3.2复位电路...........................................................102.3.3振荡电路...........................................................113.3按键电路模块..........................................................123.4数码管显示电路模块....................................................123.4.1位码选择电路.......................................................133.4.2LED电路...........................................................143.5电机驱动模块..........................................................144.软件电路设计..........................................................154.1按键处理程序设计......................................................154.2电机旋转程序设计......................................................164.3数码管显示程序设计....................................................185.系统调试...............................................................205.1软件仿真..............................................................205.2实物调试..............................................................205.3调试结果及现象说明....................................................216.总结....................................................................227.参考文献...............................................................23常熟理工学院课程设计28.附件....................................................................238.1程序清单..............................................................248.2DXP原理图............................................................278.3Proteus仿真图........................................................288.4硬件实物图............................................................29常熟理工学院课程设计31.引言1.1步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中[4]。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。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[14]。1.2研究的目的和意义步进电机是将电脉冲信号变换成角位移或直线位移的执行部件。步进电机可以直接用数字信号驱动，使用非常方便。一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入时步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向[5]。在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。因此非常适合于单片机控制。步进电机还具有快速启动、精确步进和定位等特点，因而在数控机床，绘图仪，打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。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。随着微电子和计算机技术的发展，步进电动机的需求量与日俱增，研制步进电机驱动器及其控制系统具有十分重要的意义。常熟理工学院课程设计41.3步进电机工作原理1.3.1步进电机的控制1.换相顺序控制：通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。2.控制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，如果按反序通电换相，则电机就反转。3.控制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。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。1.3.2步进电机的工作过程图1.1步进电机原理图开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与常熟理