步进电机课程设计

目录一、设计目的 (3)二、设计要求 (3)三、仪器设备 (3)四、硬件线路图及主要芯片说明 (3)1.系统所使用的开发板上的区域 (3)2.系统硬件电路图 (3)3.系统所用主要芯片说明 (4)3.1 STC89C52RC芯片介绍 (4)3.2 ULN2003A芯片介绍 (4)3.3LCD1602液晶介绍 (4)五、系统工作原理 (5)1.步进电机介绍 (5)2.控制原理基本框图 (5)六、程序框图 (6)七、程序清单 (7)八、设计体会 (12)九、参考文献 (12)一、设计目的通过具体小型测试系统设计，实践单片机系统设计及调试的全过程，以加深对单片机内部结构、功能和指令系统的理解，并进一步学习单片机开发系统的应用及一些外围芯片的接口和编程方法，初步掌握单片机系统的硬、软件设计技术及调试技巧。

了解步进电机的构造、驱动、工作原理以及步进电机的一些指标术语，掌握步进电机的转动控制方式和调速方法。

加深对单片机开发试验仪各部分功能的了解与使用，方便对以后的设计进行开发、编程与调试。

熟练C语言以及函数、中断的使用。

二、设计要求1)电机转速可以平稳控制2)通过键盘可以选择电机的转动方式3)通过键盘可以设置电机的转速4)显示器可以显示步进电机的运行状况1.系统所使用的开发板上的区域步进电机实验区上面有一个四相步进电机及其驱动芯片，用户可以在上面进行步进电机控制的相关实验。

步进电机将电脉冲信号转变为角位移或线位移实现电机转动。

键盘实验区的按键控制步进电机的启动/停止，正/反转，加/减速，本设计采用单键控制启停、单键控制正反转以及两个按键分别控制加减速。

用STC89C52RC单片机实现控制整个步进电机系统的启动/停止，正/反转，加/减速以及驱动LCD1602显示步进电机的运行状况。

2.系统硬件电路图步进电机运动系统的硬件电路图（用Proteus绘制）如下图所示：3.系统所用主要芯片说明3.1 STC89C52RC芯片介绍STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。

STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

具有以下标准功能： 8k字节Flash，512字节RAM， 32 位I/O 口线，看门狗定时器，内置4KB EEPROM，MAX810复位电路，3个16 位定时器/计数器，4个外部中断，一个7向量4级中断结构（兼容传统51的5向量2级中断结构），全双工串行口。

另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。

空闲模式下，CPU 停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。

掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

最高运作频率35MHz，6T/12T可选。

3.2 ULN2003A芯片介绍本设计采用ULN2003A作为步进电机的驱动芯片，ULN2003A电路具有以下特点：●电流增益高（大于1000）●带负载能力强（输出电流大于500mA）●温度范围宽（-40℃—85℃）●工作电压高（大于50V）3.3 LCD1602液晶介绍1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。

它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。

1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。

五、系统工作原理1.步进电机介绍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。

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，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。

四相步进电机可以在不同的通电方式下运行，常见的通电方式有单（单相绕组通电）四拍（A-B-C-D-A...），双（双相绕组通电）四拍（AB-BC-CD-DA-AB-...），八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A...）；当通电时序相反时，转向相反。

本设计采用的通电方式是八拍。

2.控制原理基本框图Y减速#include<reg51.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit RS=P2^6;sbit RW=P2^5;sbit EN=P2^7;void DelayMS(uint ms){uchar i;while(ms--) for(i=0;i<120;i++);}uchar Busy_Check(){uchar LCD_Status;RS=0;RW=1;EN=1;DelayMS(1);LCD_Status=P0;EN=0;return LCD_Status;}void Write_LCD_Command(uchar cmd) {while((Busy_Check()&0x80)==0x80);RS=0;RW=0;EN=0;P0=cmd;EN=1;DelayMS(1);EN=0;}void Write_LCD_Data(uchar dat)while((Busy_Check()&0x80)==0x80);RS=1;RW=0;EN=0;P0=dat;EN=1;DelayMS(1);EN=0; }void Initialize_LCD(){Write_LCD_Command(0x38);DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x01);DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x06);DelayMS(1);Write_LCD_Command(0x0c);DelayMS(1);}void ShowString(uchar x,uchar y,uchar z,uchar *str){uchar i=0;if(y==0) Write_LCD_Command(0x80|x);if(y==1) Write_LCD_Command(0xc0|x);for(i=0;i<z;i++){Write_LCD_Data(str[i]);}}for(i=0;i<z;i++){Write_LCD_Data(str[i]);}}LCD_Data(str[i]);}}#include<reg51.h>#include<string.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intvoid Initialize_LCD();void ShowString(uchar,uchar,uchar,uchar *);sbit K1=P3^2;sbit K2=P3^3;sbit K3=P3^4;sbit K4=P3^5;uint Sp;float T=45;bit m=1,n=1;uchar LCD_DSP[]={"00.0 r/min"};uchar LCD_DSP1[]={" up "};uchar LCD_DSP2[]={"down"};uchar LCD_DSP3[]={"<<"};uchar LCD_DSP4[]={">>"};uchar code FFW[]={0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9}; //八拍正转uchar code REV[]={0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3,0xf1}; //八拍反转void delay(uint t){uchar i;while(t--)for(i=0;i<80;i++);}void motor_ffw() //正转{uchar i,j;for(j=0;j<2;j++){for(i=0;i<8;i++){P1 = FFW[i];delay(T); //调节转速}if(m==1) break;}}void motor_rev() //反转{uchar i,j;for(j=0;j<2;j++){for(i=0;i<8;i++){P1 = REV[i];delay(T); //调节转速}if(m==1) break;}}void Format_speed(uchar d,uchar *a) //速度转换为数字字符{a[0]=d+'0';}void main(){TMOD=0x66;TH0=TL0=0xff;TH1=TL1=0xff;TR0=1;TR1=1;IT0=1;IT1=1;IE=0x8f;Initialize_LCD();while(1){if(m==0){if(n==0){ShowString(9,1,2,LCD_DSP3);motor_ffw();}else{ShowString(9,1,2,LCD_DSP4);motor_rev();}Sp=(uint)(9000/T);}else{P1=0xf9;Sp=0;ShowString(9,1,2," ");}Format_speed(Sp/100, LCD_DSP); Format_speed(Sp%100/10, LCD_DSP+1); Format_speed(Sp%10, LCD_DSP+3); ShowString(3,0,10,LCD_DSP);}}void EX_INT0() interrupt 0{m=~m;}void Timer0() interrupt 1{if(T<15)T=T+0.2;else if(T<20)T=T+0.5;else if(T<30)T=T+1;else if(T<40)T=T+2;else if(T<50)T=T+3;else if(T<100)T=T+6;else if(T<150)T=T+18;else if(T<200)T=T+25;elseT=200;ShowString(2,1,4,LCD_DSP2); delay(400);ShowString(2,1,4," ");}void EX_INT1() interrupt 2 {n=~n;}void Timer1() interrupt 3 {if(T>150)T=T-25;else if(T>100)T=T-18;else if(T>50)T=T-6;else if(T>40)T=T-3;else if(T>30)T=T-2;else if(T>20)T=T-1;else if(T>15)T=T-0.5;else if(T>11)T=T-0.2;elseT=11;ShowString(2,1,4,LCD_DSP1);delay(400);ShowString(2,1,4," ");}八、设计体会通过此次课程设计，首先，我更加扎实的掌握了有关单片机的控制、LCD1602液晶显示、C语言编程等方面的知识以及步进电机原理、控制、驱动方面的知识；其次，我进一步懂得了如何对一个课程设计进行整体规划和实行。