基于51单片机步进电机课程设计概要

信息与电气工程学院

课程设计说明书（2012/2013学年第二学期）

课程名称：单片机课程设计

题目：步进电机控制实验

专业班级：自动化1002班

学生姓名：***

学号：*******

指导教师：苗敬利，王巍

设计周数：2周

设计成绩：

13年6 月17 日

目录

第1章设计目的............................... 错误!未定义书签。第2章设计任务与要求.. (3)

第3章设计思路与方案 (4)

3.1 控制电机正/反向转 (4)

3.2 控制电机运转速度 (5)

第4章硬件电路设计 (5)

4.1 主控模块 (5)

4.2 驱动控制模块 (6)

4.3 按键控制模块 (7)

4.4 显示模块 (8)

第5章系统软件设计 (9)

5.1 主程序 (9)

5.2 子程序 (10)

第6章系统仿真 (10)

6.1 KEIL调试控制程序 (10)

6.2 Proteus仿真 (11)

第7章收获与体会 (12)

附录1 总电路图 (15)

附录2 源程序清单 (16)

步进电机简易控制系统设计

第一章设计目的

步进电机是现代数字控制技术中最早出现的执行部件，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。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。需要单片机产生脉冲序列和方向控制控制信号。步进电机的特点是可以将数字脉冲控制信号直接转换为一定数值的机械角位移．并且能够自动产生定位转矩使转轴锁定。对控制系统的研制中最基本的要求就是性能可靠和结构简单。利用AT89S52单片机来设计和开发步进电机的控制系统，可以很好地满足这一要求。驱动程序写入AT89S52单片机中，通过程序控制步进电机的转速与转向。实现软件与硬件相结合的控制方法，使步进电机运行稳定、可靠性高，达到对步进电机的最佳控制。

第2章设计任务与要求

（1）能用按键控制步进电机的正反装运行。

（2）能在一定范围内控制电机的加速和减速。

（3）在不断电的情况下能通过一个按钮能随时控制电机的停止。

（4）能显示电机当前的运行情况。

第3章设计思路与方案

对步进电动机的控制，接口采用软件方法控制步进电动机的旋转。步进电动机的驱动电路由ULN2003A芯片实现，并通过90C52芯片的P1.0~P1.6端口引脚出发，然后通过ULN2003A芯片再驱动电动机。操作部分共分为五个操作按钮：正转、反转、暂停、加速、减速。其中正反转通过接入步进电机绕组的不同相序来实现。加速、减速是通过延时时间的改变调整输入电机绕组的频率实现。停止按钮则保证随时可以在不断电源情况下暂停。五个操作按键分别通过90C52芯片的P3.0~P3.4口读取正/反转控制信号（K1、K2）、启/停(K0)以及加速/减速控制（K3、K4）的值。对步进电机简易控制系统的设计，其具体情况可以根据任务要求从以下几个方面来考虑：

3.1 控制电机正/反向转

步进电动机某一项绕组通电时，在其内部形成N-S极，产生磁场，在磁场的作用下，转子将会转动，步进一步。若步进电动机按顺序给绕组通电，步进电动机将沿顺时针方向转动。若步进电动机按逆序给绕组通电，则步进电动机将沿逆时针方向转动。因而只要控制脉冲输出的顺序，就可实现对步进电动机正/反转的控制。

3.2 控制电机运转速度

步进电动机运转的速度是由输入到电机绕组的频率所决定的。频率越高，电动机运转的速度越快，否则，速度就越慢。因而通过延时程序控制输出脉冲的频率，就可以实现对步进电动机转速的控制。

第4章硬件电路设计

步进电机简易控制系统设计包含了主控模块、按键控制模块、驱动控制模块、显示模块四个模块。其功能实现是首先利用按键模块输入所要执行的任务，然后通过主控模块调用所对应的程序并把信息送给步进电机，使电机按照所按下的按钮命令来运转，同时在显示屏上显示当下的运行状态。从而实现步进电机简易控制系统设计的功能。其硬件总电路图如附录一所示。

4.1 主控模块

主控模块采用的是89C52单片机芯片来控制。89C52是一个8位单片机，片内ROM 全部采用FLASH ROM技术，晶振时钟为12MHz。89C52是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，有4个八位的并行双向I/O端口，分别记作P0、P1、P2、P3。第31引脚需要接高电位使单片机选用内部程序存储器；P3口的引脚10到引脚14分别接正转按钮、反转

按钮、暂停按钮、加速按钮、减速按钮；引脚1到引脚7分别接芯片LN2003A的1、2、3、4引脚。芯片接线简图如图1所示。

图1 90C52芯片图

4.2 驱动控制模块

驱动电路主要是利用PNP、NPN、二极管等组成的电路，电路图如下图2所示，电路中的PC0、PC1、PC2、PC3分别接单片机AT89C52的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3；电路接5V高电平，目的是驱动电机，使电机正常工作。

图2 驱动电路图

4.3 按键控制模块

按键模块有五个按钮，正转按钮、反转按钮、加速按钮、减速按钮和暂停按钮，它们分别控制电机的正向转动、反向转动、加速、减速和随时暂停。如下图2所示：K1正向转动按钮一端接单片机AT89C52的P3.0(引脚10)，K2反向转动按钮一端接单片机AT89C52的P3.1（引脚11），K3暂停按钮接一端单片机AT89C52的P3.2（引脚12），K4是加速按钮一端接单片机AT89C52的P3.3(引脚13)，K4是减速按钮一端接单片机AT89C52的P3.4(引脚14)，同时都接地。当按下其中任意一个键时，其状态的变换都会通过相应的端口输入单片机，从而完成控制的输入。