步进电机课程设计

课程设计报告

一、课程设计的性质和目的

通过课程设计，进行硬软件设计的方法和技能训练，巩固在课堂上学到的有关硬件电路设计和相应程序设计的基本知识和基本方法，通过具体课题的训练，达到能独立阅读、查阅资料、软硬件设计和调试完善特定功能的目的。

二、课程设计的要求

1、遵循硬件设计模块化。

2、要求通过自制PCB板、或万能板、或面包板设计实物。

3、程序设计结构化。

4、要求程序结构合理，程序简明易懂，有必要的注释。

三、主要仪器设备及软件

PC机、Keil软件、、ALTIUM DESINGERS09(PROTEL99)、Proteus绘图软件及仿真等。

四、课程设计题目及要求

见具体课题（有课题老师与选题学生共同商定）

地点：信息工程学院实验室（有教师协调安排）

元器件领用：由指导教师签字在行政楼301领取

时间安排：每天集中半天的辅导（具体师生协商安排）

五、课题分析及设计思路

硬软件设计思路

基于单片机的步进电机控制，可以通过四个按键分别实现开始/停止，正传/反转，全速前进和单步前进。

通过外部中断来控制开始/停止按键可实时响应按键的输入。由两个LED分别指示程序的运行状态，可以方便进行操作。

○1硬件设计框图

总体硬件电路图如下所示：

○2硬件设计电路图（按模块设计）

1.单片机最小系统

AT89C51为8 位通用微处理器，主要管脚有：XTAL1（19 脚）和XTAL2（18 脚）为振荡器输入输出端口，外接12MHz 晶振。RST/Vpd（9 脚）为复位输入端口，外接电阻电容组成的复位电路。VCC（40 脚）和VSS（20 脚）为供电端口，分别接+5V电源的正负端。P0~P3 为可编程通用I/O 脚，其功能用途由软件定义。

5l系列单片机提供以下功能：4 kB存储器；256 BRAM；32条工／O线；2个16b定时／计数器；5个2级中断源；1个全双向的串行口以及时钟电路。

2.电机模块

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步进电机件。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，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。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。

步进电动机的励磁方式可分为全部励磁及半步励磁，其中全步励磁又有1相励磁及2相励磁之分，而半步励磁又称1—2相励磁。每输出一个脉冲信号，步进电动机只走一步。因此，依序不断送出脉冲信号，步进电动机即可连续转动。本设计选择半步励磁（1—2相励磁）：1—2相励磁法为1相与2相轮流交替导通。因分辨率提高，且运转平滑，每送一励磁信号可走9度。若以1—2相励磁法控制步进电动机正转，其励磁顺序如下所示(若励磁信号反向传送，则步进电动机反转)：励磁顺序：A —AB—B—BC—C—CD—D—DA

驱动电路如下：其中：1B,2B,3B,4B分别与P10,P11.P12,P13相连接。

步进电机时序表：

3.按键模块

通过四个按键分别实现对步进电机的不同功能的实现，电路图如下：

开始/停止和方向按键分别通过连接单片机的P3.3,P3.2,用外部中断的方式对其处理，可快速准确的相应中断，以实现对电机的控制。

4.LED模块

通过两个LED分别指示开始/停止（D1），正/反转（D2）。电路图如下：

软件设计思路

○1软件功能规划

软件部分整体功能由开始/停止键控制，只有当开始/停止键按下，LED1（D1）亮时，才能控制步进电机的转动。D1点亮后，由LED2(D2)

的亮灭来指示电机的正反转，当D2灯亮时，电机正转，D2灭时，电机

反转。

当电机全速运行时，可通过开始/停止键和方向键控制电机停止转动。重新按下按键时，电机正常运行。

○2软件流程图如下：

六、程序主要代码与分析（关键代码要有注释）：

#include //51芯片管脚定义头文件

#include //内部包含延时函数 _nop_();

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

uchar code FFW[8]={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //正转电机编码 uchar code REV[8]={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; //反转电机编码 sbit K1 = P3^0; //全速

sbit K2 = P3^1; //单步

sbit K3 = P3^2; //正/反转

sbit K4 = P3^3; //开始/停止

sbit led1 = P0^0; //指示灯，表示开始/停止状态

sbit led2 = P0^2; //指示灯，表示正转/反转状态

int num=500; //延时函数的常量，控制步进电机的转速

uchar h=0; //设置变量，控制单步运行

uchar flag = 0; //控制运行状态,控制开始/停止

uchar flag1 = 0; //控制运行状态,控制正转/反转

void motor_ffw(); //函数声明

void motor_rev();

void motor_ffw2();

/ /* 延时t毫秒，11.0592MHz时钟，延时约1ms

void delay(int t)

{

uint k;

while(t--)

{

for(k=0; k<20; k++)

{}

}

}

/ /*步进电机正转单步执行

void motor_single()

{

P1 = FFW[h]; //取数据,单步转45度

delay(num*2); //调节转速

h++; //全局变量，控制单步的次数

if(h == 8)

{

h = 0;

}

}

/ /*步进电机反转单步执行

void motor_single_cov()

{

P1 = REV[h]; //取数据,单步转45度

delay(num*2); //调节转速

h++;

if(h == 8) //全局变量，控制单步的次数

{

h = 0;

}

}

/ /*步进电机正转

void motor_ffw()

{

char i;

for (i=0; ; i++) //一个周期转45度

{

P1 = FFW[i]; //取数据

if(K4 == 0 || K3 == 0) //若K1按下,则停止

{

delay(5); //延时去抖动

break;

} //退出此循环程序

delay(num); //调节转速

if(i > 7)

i = 0;

}

}

/ /*步进电机反转

void motor_rev()

{

char i;

for (i=0; ; i++) //一个周期转45度

{

P1 = REV[i]; //取数据

if(K4 == 0 || K3 == 0) //若K1按下,则停止

{

delay(5); //延时去抖动

break;

} //退出此循环程序

delay(num); //调节转速

if(i > 6)

i = 0;

}

}

//主程序

void main(void)

{

EA=1; //开放总中断

EX0=1; //允许使用外中断0

IT0=1; //选择负跳变来触发外中断

EX1=1; //允许使用外中断1

IT1=1; //选择负跳变来触发外中断

while(1) //扫描查询按键状态

{

if(K1 == 0 && flag1 == 0 && flag == 1) //K1是否被按下

{

delay(5);

while(!K1);

motor_rev(); //flag1 =0，步进电机反转

}

if(K1 == 0 && flag1 == 1 && flag == 1)

{

delay(5);

while(!K1);

motor_ffw(); //flag1 =1，步进电机正转

}

if(K2 == 0 && flag1 == 0 && flag == 1)

{

delay(5);

while(!K2);

motor_single_cov(); //flag1 =0，电机反转单步执行}

if(K2 == 0 && flag1 == 1 && flag == 1)

{

delay(5);

while(!K2);

motor_single(); //flag1 =1，电机正转单步执行}

else

P1 = 0xf0;

}

}

/******************************************************/ void int0() interrupt 0 //外中断0的中断编号为0

{

led2 = ~led2; //取反led2

flag1++;

if(flag1 == 2) //flag1表示正反状态

{

flag1 = 0; //flag1 = 0为反转

}

}

void int1() interrupt 2 //外中断0的中断编号为1

{

led1 = ~led1; //取反led1

flag++; //flag值为1,表示开始状态

if(flag == 2) //再次按下,清flag = 0

{

flag = 0; //flag值为0,表示停止状态

}

}

七、调试与分析

验正结果截图或实物照片与分析

1.验证结果截图如下：

2.分析：

通过实际的按键检测可以发现使用按键中断的方法控制步进电机的转动，可以做到响应速度快，结果准确。相比较查询方式更加的灵活。而使用LED灯指示程序的运行状态，则更加的直观。

八、参考文献

例说51单片机

九、心得体会

通过本次课程设计，使用单片机完成了对步进电机的综合控制，程序中用到了中断方面的程序，使我们对外部中断更加的熟悉和掌握。

1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究

2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究

3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响

研究

4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制

5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究

6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器

7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究

8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现

9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统

10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究

11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究

12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发

13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制

14. 基于单片机的自动找平控制系统研究

15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发

16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发

17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现

18. 一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制

19. 基于双单片机冲床数控系统的研究

20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制

21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制

22. 基于单片机的软起动器的研究和设计

23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究

24. 基于单片机的机电产品控制系统开发

25. 基于PIC单片机的智能手机充电器

26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究

27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究

28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制

29. 基于微型光谱仪的单片机系统

30. 单片机系统软件构件开发的技术研究

31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制

32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制

33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用

34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制

35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制

36. 基于单片机的数字磁通门传感器

37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究

38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究

39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制

40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪

41. 基于单片机的电机运动控制系统设计

42. Pico专用单片机核的可测性设计研究

43. 基于MCS-51单片机的热量计

44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站

45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究

46. 基于单片机的轮轨力检测

47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现

48. 基于单片机的电液伺服控制系统

49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制

50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究

51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究

52. 单片机控制的后备式方波UPS

53. 提升高职学生单片机应用能力的探究

54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究

55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究

56. 基于单片机的多通道数据采集系统

57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制

58. 基于单片机的红外测油仪的研究

59. 96系列单片机仿真器研究与设计

60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造

61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现

62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制

63. 基于单片机的气体测漏仪的研究

64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器

65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究

66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计

67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计

68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统

69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统

70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究

71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践

72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现

73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统

74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究

75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统

76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究

77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用

78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究

79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究

80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发

81. 基于Cygnal单片机的μC/OS-Ⅱ的研究

82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究

83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现

84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究

85. 基于单片机γ-免疫计数器自动换样功能的研究与实现

86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现

87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统

88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现

89. 单片机监测系统在挤压机上的应用

90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用

91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用

92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用

93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发

94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计

95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计

96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发

97. 锅炉的单片机控制系统

98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计

99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制

100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现

101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计

102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现

103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制

104. 基于ADμC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究

105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计

106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究

107. 单片机实现的寻呼机编码器

108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究

109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究

110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究

111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制

112. P IC单片机在空调中的应用

113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究

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