步进电机设计与仿真

专业综合课程实习

课程论文

题目基于单片机C语言控制的步进电机项目成员黄敏瑶

专业班级电气工程及其自动化102

指导教师裘君何小其

分院信息科学与工程分院

完成日期 7月17日

摘要

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，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。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。

步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现的。因为每给一个脉冲步进电机就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，以延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电机的调速。在本设计方案中采用

STC12C5A32AD型单片机内部的定时器改变CP脉冲的频率实现对步进电机的转速进行控制，同时通过编程决定脉冲发生个数来实现位置的精确定位。

关键词：步进电机、单片机、调速、protues

目录

基于单片机C语言控制的步进电机系统 (4)

一课程设计要求 (4)

二软件设置 (4)

三硬件原理图 (5)

3.1电路原理图 (5)

3.2单片机最小系统 (5)

3.3步进电机驱动电路 (6)

3.4按键部分 (7)

3.5 LED显示部分 (7)

五设计结果（仿真+实物） (9)

5.1仿真图 (9)

5.2实物图 (12)

六个人心得 (13)

基于单片机C语言控制的步进电机系统

一课程设计要求

运用单片机C语言设计步进电机系统要求实现如下基本功能：能控制电机正反转，有正转和反转按钮；在一定范围内可控制转速，有加速和加速按钮；可在不断电源的情况下暂停，有一个暂停按钮；在停止、正转、反转的时候，分别有指示灯指示工作状态；有状态观察指示灯，可观察电动机A、B、C、D相的状态以观察电动机的旋转状态；通过改变程序而改变电动机的驱动方式：单四拍、双四拍、单双八拍。

二软件设置

本次交通灯系统用到proteus、keil和stc-isp-v4.8这三种软件，现对这三种软件依次作介绍。STC-ISP 是一款单片机下载编程烧录软件，是针对STC 系列单片机而设计的，可下载STC89系列、12C2052 系列和12C5410等系列的STC 单片机，使用简便，现已被广泛使用。Proteus与其它单片机仿真软件不同的是，它不仅能仿真单片机CPU的工作情况，也能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其它电路的工作情况。因此在仿真和程序调试时，关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变，而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。Keil C51是51系列兼容单片机C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

三硬件原理图

3.1电路原理图

电路原理图如图1所示。

图1 电路原理图

通过51单片机芯片控制，外接驱动电路、开关电路、复位电路、LED灯等构成正题的电路原理图。

3.2单片机最小系统

单片机最小系统如图2所示。

图2 单片机最小系统

单片机最小系统以89C51为核心,外加时钟和复位电路,电路结构简单,抗干扰能力强,成本相对较低,非常符合本设计的所有要求。

时钟电路在单片机的外部通过XTAL1,XTAL2这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容,构成稳定的自激振荡器.复位电路分为上电自动复位和按键手动位,RST引脚是复位信号的输入端,复位信号是高电平有效。

3.3步进电机驱动电路

步进电机驱动电路如图3所示。

图3 步进电机驱动电路

单片机的P3口接ULN2003A，再接一个电机，以实现对电机的驱动控制作用。

3.4按键部分

按键部分电路如图4所示。

图4 按键部分电路

按键部分由暂停启动、正反转、驱动方式切换、减速、加速按键组成，并分别接至P1.0—P1.4口。

3.5 LED显示部分

LED显示电路如图5所示。

图5 LED显示电路

LED灯分别接至51芯片的P2口，通过按键来显示各个状态。四软件流程图

图6 软件流程图

五设计结果（仿真+实物）

5.1仿真图

1.按下启动按键电动机开始正转，LED正转灯亮如图7所示。

图7 电动机正转

2.按下正反转切换按键电动机转为反转，LED反转灯亮如图8所示。

图8电动机反转

3.按下减速按键电动机减速运行，LED减速灯亮如图9所示。

图8 电动机减速

4.按下加速按键电动机加速运行，LED减速灯亮如图10所示

图10电动机加速

5.按下启动/暂停按键，电动机停止运行,LED停止灯亮如图11所示。

图11电动机停止5.2实物图

连线全景图如图13所示：

图13连线图全景图

六个人心得

本系统就是充分利用了AT89C51芯片的I/O引角。系统统采用MSC-51系列单片机为核心来设计步进电机的控制系统，实现了步进电机的启动暂停、调速、正反转、运动方式等调节。系统实用性强、操作简单、程序易懂。

这次课程设计，使我有把所学知识与解决实际问题能够联系在一起。让我更深入了解了单片机的原理和在日常开发中的应用。在编程方面也学习到了模块化编程的思想，为日后设计更为复杂的系统打下了坚实基础。其中遇到不少难题都通过与同学的相互交流得到解决，培养了我们的团队合作能力。

附录：

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uint MOTER_flg = 1 ; //0:电机控制禁止, 1:电机控制使能

int motordirect = 0;

uint key_flg = 0;//0:按键控制禁止，:按键控制使能

uint T_Count= 0;

int a=600;

sbit FOR=P1^0;

sbit REV=P1^1;

sbit PAU=P1^2;

sbit UP=P1^3;

sbit DOWN=P1^4;

sbit CHANGE=P1^5;

int LEDSHOW[10] = {0xC0,0xF9,0xA4,0xB0};

uchar F_Rotation[4]={0x02,0x20,0x08,0x80};//单四拍正转表格

uchar B_Rotation[4]={0x02,0x80,0x08,0x20};//单四拍反转表格

uchar F1_Rotation[8]={0x02,0x0a,0x20,0xA0,0X08,0X28,0X80,0X82};//单双八拍正转表格

uchar B1_Rotation[8]={0x02,0X82,0X80,0X28,0X08,0XA0,0X20,0X0a};//单双八拍反转表格

//延时

void DelayMS(uint x)

{

uchar i;

while(x--)

{

for(i=0;i<120;i++);

}

}

void mykey()

{

if(REV==0)

motordirect=1;

if(FOR==0)

motordirect=0;

}

//速度控制

void mykey1()

{

if(UP==0)

{

if(a==150)

a=a;

else

a=a-150;

}

if(DOWN==0)

{

if(a==600)

a=a;

else

a=a+150;

}

}

//显示控制

void myshow()

{

if(PAU==1)

{

if(motordirect==0)

P0=0xfe;

else

P0=0xfd;

}

else

P0=0xfb;

if(UP==0)

P0=0XF7;

if(DOWN==0)

P0=0XEF;

}

void myshow1()

P2=LEDSHOW[0];

else if(a==450)

P2=LEDSHOW[1];

else if(a==300)

P2=LEDSHOW[2];

else

P2=LEDSHOW[3];

}

//主程序

void main()

{

int i;

//定时器中断初始化代码

TMOD=0x00; //定时器工作方式 TH0=(8192-5000)/32; //5ms 定时 TL0=(8192-5000)%32;

IE=0x82; //允许T0 中断

TR0=1;

//开始循环

while(1)

{

mykey();

mykey1();

if(CHANGE==0)

for (i = 0; i<8;i++)

{

P3 = F1_Rotation[i];

DelayMS(a);

}

else

for (i = 0; i<4;i++)

{ if(PAU==1)

{

if (motordirect == 0 ) P3 = F_Rotation[i];

else

P3 = B_Rotation[i];

DelayMS(a);

}

}

myshow();

myshow1();

// P3 =0x02;;

// DelayMS(200);

// P3 = 0X20;

// DelayMS(200);

// P3 = 0X08;

// DelayMS(200);

// P3 = 0X80;

// DelayMS(200);

}

}

//T0 中断函数

void LED_Flash() interrupt 1

{

TH0=(8192-5000)/32; //恢复初值

TL0=(8192-5000)%32;

if(++T_Count==10) //0.05s 全局时间 { if(PAU==1)

T_Count=T_Count;

else

T_Count=0;

}

}