單片機課程設計---步進電機控制

1、<p><b>　　編號</b></p><p><b>　　(xx大學)</b></p><p><b>　　課程設計（論文）</b></p><p><b>　　相關資料</b></p><p>　　題目： 步進電機控制</

2、p><p>　　學院 專業</p><p>　　學 號 </p><p>　　學生姓名 </p><p>　　指導教師 </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 設計內容的介紹3</p><p>　　2.1步進電機原理3</p><p><b>　　2.2設計目標3</b&

4、gt;</p><p>　　第3章 設計思路 具體內容5</p><p><b>　　3.1設計思路5</b></p><p>　　3.2總體設計框圖及電路原理圖5</p><p>　　3.3單片機及其最小系統5</p><p>　　3.4 按鍵電路6</p><p&

5、gt;　　3.5 步進電機狀態顯示電路6</p><p>　　3.6 步進電機驅動電路6</p><p>　　第四章 程序設計8</p><p>　　4.1 程序設計思路8</p><p>　　4.2程序設計流程圖8</p><p>　　4.3 主程序設計9</p><p>　　4.

6、4 子程序設計9</p><p><b>　　第五章 總結10</b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　第1章 概述</b></p><p>　　步進電機是一種廣泛應用于工業機械的數字控制的機電執行元件。為實現系統可靠性通用性

7、，可維護性以及性價比最優，根據系統功能要求及步進電機的應用環境，將系統功能劃分為軟硬件，從而實現基于8051單片機的四相步進電機的控制系統，包括起停，正反轉，換檔。</p><p>　　隨著單片機技術的不斷發展，單片機在日用電子產品中的應用越來越廣泛，自六十年代初期以來, 步進電機的應用得到大大提高。人們用它來驅動時鐘和其他采用指針的儀器，打印機、繪圖儀、磁盤光盤驅動器、各種自動控制閥、各種工具，還有機器人等機械

8、裝置。此外作為執行元件，步進電機是機電一體化的關鍵產品之一，被廣泛應用在各種自動化控制系統中，隨著微電子和計算機技術的發展，它的需要量與日劇增，在各個國民經濟領域都有應用。步進電機是機電數字控制系統中常用的執行元件，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用，大規模集成電路的發展以及單片機技術的迅速普及，為設計功能強、價格低的步進電機控制驅動器提供了先進的 技術和充足的資源。</p>&

9、lt;p>　　本文先介紹該步進電機的工作原理，然后介紹了其驅動器的軟、硬件設計，最后總結整個報告。</p><p>　　第2章 設計內容的介紹 </p><p><b>　　2.1步進電機原理</b></p><p>　　步進電機在控制系統中具有廣泛的應用。它可以把脈沖信號轉換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發生器等。

10、本文先介紹該步進電機的工作原理，然后介紹了其驅動器的軟、硬件設計。該步進電機為一四相步進電機，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。</p><p>　　四相步進電機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，但單四拍的轉動力矩小。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動力矩又

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序與波形分別如圖2.1所示：</p><p>　?。╝） （b） （c）</p><p>　　圖2.1 步進電機的工作方式時序圖</p><p>　　步進電機的驅動電路根據控制信號工作，控制信號由單片機產生,其基本原理作用如下:</p&

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

13、通電，步進電機正轉，如果按反序通電換相，則電機就反轉。</p><p>　　(3)控制步進電機的速度</p><p>　　如果給步進電機發一個控制脈沖，它就轉一步，再發一個脈沖，它會再轉一步。兩個脈沖的間隔越短，步進電機就轉得越快。調整單片機發出的脈沖頻率，就可以對步進電機進行調速。</p><p><b>　　2.2設計目標</b></

14、p><p>　?。?）用1個LED指示燈顯示啟動和停止，亮時啟動；</p><p>　?。?）1個LED指示燈顯示正反轉,亮時正轉；</p><p>　?。?）3個LED指示燈分別顯示低速中速高速，一個啟停開關控制啟動和停止，一個正反轉開關控制正轉和反轉；</p><p>　?。?）一個加按鈕，增加速度，最大加到高速；</p>&l

15、t;p>　?。?）一個減按鈕，減小速度，最小減到低速；</p><p>　?。?）整個步進電機控制程序要求用C語言編寫。 </p><p>　　第3章 設計思路與具體內容 </p><p><b>　　3.1設計思路</b></p><p>　　本系統主要由按鍵電路、單片機最小系統、AT89S51單片機、步進電機狀

16、態顯示電路、驅動電路以及步進電機等幾部分組成。本系統采用兩個獨立開關兩個獨立按鈕，分別進行啟動、停止、正反轉以及加減速的控制。驅動電路采用分離元件組成，采用光耦進行信號隔離，利用三極管的開關作用實現步進電機的驅動。步進電機的供電采用獨立5V供電。顯示電路采用五個發光二極管，一個顯示步進電機的啟?？刂?、一個顯示步進電機的正反轉的狀態。另外三個用于顯示步進電機速度的快中慢三檔速度。</p><p>　　3.2總體設計

17、框圖及電路原理圖</p><p>　　總體設計框圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 總體設計框圖</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單片機及其最小系統</p><p>　　最小系統主要是為

18、了單片機的正常工作。51單片機是一種低功耗/低電壓、高性能的8位單片機，它采用CMOS和高密度非易失性存儲器技術，而且其輸出引腳和指令系統都與MCS-51兼容；片內的Flash ROM允許在系統內改編程序或用常規的非易失性編程器來編程，內部除CPU外，還包括256字節RAM，4K字節的ROM,4個8位并行I/O口，5個中斷源，2個中斷優先級，2個16位可編程定時計數器。89S51單片機是一種功能強、靈活性高且價格合理的單片機，且支持在線

19、編程，完全滿足本系統設計需要。</p><p>　　單片機最小系統包括單片機和復位電路，振蕩電路。</p><p><b>　　3.4 按鍵電路</b></p><p>　　采用2個按鍵2個按鈕來控制步進電機的6種狀態，即“正轉”、“反轉”、“加速”、“減速”、“啟動”和“停止”。當按下其中一個按鍵時，電源通過上拉電阻和按鍵到地形成通路，使相應

20、輸入管腳接地，即給單片機送入一個低電平，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 步進電機狀態顯示電路</p><p>　　狀態指示采用發光二極管，“亮”、“不亮”分別表示步進電機的“正轉”、“反轉”、“停止”和“啟動”狀態。限流電阻選擇220的電阻。采用另外3個發光二極管來顯示步進電機的檔

21、數，分別顯示步進電機速度的快慢。</p><p>　　3.6 步進電機驅動電路</p><p>　　步進電機的驅動電路如圖3.3所示，驅動電路采用光耦進行電氣隔離和信號傳輸。采用三極管進行驅動，圖中二極管起保護作用。</p><p>　　圖3.3 步進電機的驅動電路</p><p><b>　　第四章 程序設計 </b>

22、</p><p>　　4.1 程序設計思路</p><p>　　根據單片機外圍電路的設計，單片機的P32、P33、P34、P35為按鍵輸入。P0、P2口為LED輸出顯示。51單片機采用T0進行定時掃描鍵盤子程序，主程序根據鍵盤掃描的結果進行相應的操作。步進電機的正反轉利用給步進電機送入與原來相反的脈沖即可，步進電機的加減速控制是主要控制步進電機送脈沖的時間。</p><

23、p>　　4.2程序設計流程圖</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 主程序設計 </p><p>　　#include <reg51.h></p><p>　　#define uint unsigned int </

24、p><p>　　sbit k1=P3^4; //啟動開關</p><p>　　sbit k2=P3^5; //換向開關</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 </b></p><p>　　通過這次的單片機步進電機的設計實驗，我進一步了解并掌握了單片機實驗的運用。第一天下午由于一開始做的是采用中斷，在老師要求我們改進不用中斷的情況下，第一天沒能改進好。第二天一大

45、早又去那邊改程序，因為第一天回家又把步進電機的原理及程序又看了一遍，所以在機子上很快調出來了，很興奮。當然在設計中，也碰到了各種不同的問題，有的簡單到只是字母打錯了，或者括號沒對齊。在整個實驗過程中，我學習到了課本上學不到的知識--在理論基礎上的動手實踐能力。這為我們以后的學習生活打下了堅實的基礎。</p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　

46、[1]　閻石.數字電子技術基礎［M］（第三版）. 北京：高等教育出版社，2008</p><p>　　[2]　丁元杰著.單片微機原理及應用［M］.機械工業出版社，2010年1月</p><p>　　[3]　朱承高.電工及電子技術手冊［M］.北京：高等教育出版社，2005</p><p>　　[4] 華成英 童詩白.模擬電子技術基礎［M］（第三版）. 北京：高等教育