单片机课程设计_步进电机控制

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1、单片机课程设计说明书设计题目：步进电机控制院系：机电汽车工程学院班级：姓名：学号：指导教师：设计日期：2012年06月08日目录一、绪论1.1设计任务1.2总体方案二、硬件参数简介2.189C512.2ULN2003A芯片2.3数码管2.4步进电机三、步进电机控制系统电路设计3.1控制电路3.2最小系统3.3驱动电路3.4显示电路3.5总体电路四、程序设计4.1方案论证4.2主程序设计4.3定时中断设计4.4外部中断设计4.5整体程序五、仿真与调试六、设计总结七、分工说明一、绪论1.1设计任务1、完成单片机与功率驱动电路及小功率步进

2、电机的连接；2、控制步进电机的转动方向、转动速度及转过指定的角度；3、通过按键改变电机的转向、转速等参数。1.2总体方案单片机控制步进电机，就是利用单片机发出脉冲信号，经过驱动单元驱动步进电机工作，同时可以利用外围电路控制步进电机的状态，显示其工作状态。本设计采用AT89C51，编程实现P1端四个口循环输出脉冲，用ULN2003放大信号，供给四相电机。另外，用按键和开关控制P3口定时中断，使其加速、减速、启动、停止和换向。P0口和P2口输出信号，经数码管显示转向和速度等级。二、硬件参数简介2.189C51AT89C51是一种低功耗/

3、低电压/高性能的8位单片机，其输出引脚指令系统都与MCS-51兼容；片内的FlashROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失控型编程器来编程，内部除CPU外，还包括256字节RAM，四个8位并行I/O口，5个中断源，2个中断优先系统，2个16位可编程定时计数器。89C51功能强、灵活性高且价格合理，完全可以满足本系统设计需要。2.2ULN2003芯片进行信号放大。ULN2003内部集成了8组达林顿管，驱动负载电流为500mA，驱动电压50V.八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平。本设计中，P0口四个端口输出脉冲接到

4、ULN2003芯片进行放大，再供给电机。2.3数码管数码管接口电路原理如下图所示。2.4步进电动机步进电机是数字控制电机，工作原理是将脉冲信号转化成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合单片机控制。这样，脉冲的数量和频率分别控制了电机的转角和转速，通电顺序控制了电机的转向。当某一相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，并与转子形成磁路，这时，如果定子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，则转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互对齐，由此可见，错齿是促使电机旋转的原因。本设计

5、采用20BY-0型步进电机，四项单四拍，即按A-B-C-D-A顺序供电，步距角为1.5度。三、步进电机控制系统电路设计本设计的电路包括控制电路、最小系统、驱动电路、显示电路四大部分。3.1控制电路根据系统的控制要求，控制输入部分设置了启动/停止控制，换向控制，加速控制和减速控制按钮，分别是开关、换向、加、减，如图3-1所示。通过开关和换向状态变化来实现电机的启动和换向程序，内部程序检测P1.0和P1.1的状态来调用相应的启动和换向程序，发现系统的电机的启动和正反转控制。根据步进电机的工作原理可以知道，步进电机转速的控制主要是通过控制

6、通入电机的脉冲频率，从而控制电机的转速。对单片机而言，主要的方法有：软件延时和定时中断。在此电路中电机的转速控制主要是通过定时器的中断来实现的，该电路控制电机加速度主要是通过加、减的断开和闭合，从而控制外部中断外部按键次数，改变速度值存储区中的数据（该数据为定时器的中断次数），这样就改变了步进电机的输出脉冲频率，从而改变了电机的转速。图3-13.2最小系统单片机最小系统或者称最小应用系统，用最少的原件组成的单片机可以工作的系统，对51系统单片机来说，最小系统一般包括：单片机，复位电路，晶振电路。复位电路：使用了独立式点盘，单片机的P

7、1口键盘的接口。该设计要求只需4个键对步进电机的状态进行控制，但考虑到对控制功能的扩展，使用了6路独立式键盘，复位电路采取手动复位，所谓手动复位，是指通过接通一按钮开关，是单片机进入复位状态，晶振电路使用30PF的电容和一12M晶体振荡组成为整个电路提供时钟皮率，如图3-2所示。图3-2晶振电路：8951单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部中断方式。在引脚XTAL1和XTAL2外部晶振电路器或陶瓷晶振器，就构成了内部晶振方式。由于单片机内部有一个高增益反相放大器，当外界晶振后，就构成了自激振荡器并产生振荡时钟脉

8、冲。内部振荡方式的外部电路如图5所示。其电容值一般在5-30uf,晶振频率的典型值为12MHZ,采用6MHZ的情况也比较多。内部振荡方式所得的时钟信号比较稳定，实用电路实用较多。3.3驱动电路通过ULN2003构成比较多的驱动电路，电