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51单片机步进电机控制设计.doc

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：25.54M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    因采用两片74HC573锁存器控制数码管（如图6-3），MOV P2，#07FH，锁存器U8起作用，
    序号: 学号: C H A N G Z HOU U N I Y T I S V ER 实 习 报 告 实习课程名称： 单片机硬件实习 实 习 题 目： 步进电机控制设计 学 生 姓 名： 同组学生姓名： 学 院： 专 业 班 级： 校内指导教师： 专业技术职务： 实 习 地 点： 实习时间： 2017 年 12 月 25 日  2018 年 1 月 7 日
    一、 实习题目 步进电机控制设计 二、 实习目的 1.了解步进电机控制的基本原理。 2.掌握控制步进电机转动编程方法。 三、 实习任务及内容 一、设计题目 步进电机控制设计 二、设计背景 步进电机驱动原理是通过对它每相线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转。 驱动电路由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。微 电脑控制步进电机最适合。应用非常广泛。 三、设计内容及目标 设计内容： 1、一段时间内将转速加到 N 转/分钟，匀速运转一段时间后停止，正反方向均可控制； 2、电机的启动、停止、加减速、正反向等均可由按键控制。 3、通过键盘设置电机转动的角度:步进方式(即每按一次键，电机转过一定的角度）。 4、显示转速参数 设计目标： 1.了解步进电机控制的基本原理。 2.掌握控制步进电机转动编程方法。
    四、 团队合作情况与实习日志 彭建伟：系统架构设计、软件编写、Proteus 仿真 朱乾龙：设计硬件电路、软件编写、硬件调试 刘芳、许晨：查找资料、软件编写、Proteus 仿真 12 月 25 日-12 月 28 日：在图书馆和网上查找资料，在网上购买步进电机与单片 机开发板，初步了解步进电机工作原理和所需要的步进电机驱动模块 ULN2003； 12 月 29 日-01 月 05 日：熟悉 proteus 软件，设计出仿真电路图，在网上资料中 下载类似程序试运行，经过大量修改、调试在软件仿真上适用。在硬件调试期间， 因为开发板电路引脚与仿真电路图有所不同，在数码管显示和矩阵按键配置上出 现问题，但经过对于开发板原理图分析，熟悉了 74HC573 锁存器使用方法和矩 阵键盘的配置，最后成功使得数码管显示正常和按键功能正常。 01 月 06 日-01 月 07 日：实习报告撰写，将这段时间查找的资料汇总分类，绘制 出标准程序流程图，对硬件调试进行拍照等等。
    五、 总体设计方案概述 本次设计采用 STC89C52 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、转 动 90 度，控制步进电机启动（先加速至匀速再停止）、停止。设计方案总体框 图如图 5-1 所示。 图 5-1 总体框图
    六、 硬件电路设计 6.1 步进电机简介 （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）步进电机励磁方式选择 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 6-1 所示。
    表 6-1 励磁顺序表 3 0 0 1 1 4 1 0 0 1 5 1 1 0 0 6 0 1 1 0 7 0 0 1 1 8 1 0 0 1 时序 A B C D 1 1 1 0 0 2 0 1 1 0 6.2 按键电路设计 本次设计采用按键电路来控制步进电机的正转、反转、加速、减速、启动、 停止、转动 90 度（按键功能如表 6-2）。并且由单片机的 P3 口对其进行控制。 表 6-2 按键功能 按键 功能 S2 S3 S4 S5 正转 反转 加速 停止 S7 S6 S8 启动 转动 90 度 减速 电路如图 6-1 所示。 6.3 显示电路设计 图 6-1 按键电路 本次设计采用 8 个共阴极八段数码管（如图 6-2）中的一个数码管显示，显 示转速等级（一挡转速显示 1，二档转速显示 2，停止时显示 0），其对应的二 进制数如表 6-3 所示。
    图 6-2 共阴极八段数码管 表 6-3 数码管真值表 数字 0 1 2 3 二进制数 00111111B 00000110B 01011011B 01001111B 因采用两片 74HC573 锁存器控制数码管（如图 6-3），MOV P2，#07FH，锁存 器 U8 起作用，MOV P0，#07FH，采用 WE8 数码管；MOV P2，#0BFH，锁存 器 U9 使用，可通过 P0 口设置，对数码管进行取数。 图 6-3 数码管锁存器模块
    6.4 驱动电路设计 本设计采用 ULN2003 作为驱动器驱动步进电机运转，把单片机输出的脉冲信 号转化为脉冲电流，驱动步进电机运转。如图 6-4 所示。 图 6-4 驱动电路
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