步进电机控制器设计

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1、课程设计课程单片机课程设计题目步进电机控制器设计院系电气信息工程学院测控技术与仪器系专业班级学生姓名学生学号指导教师2013年7月8日东北石油大学课程设计任务书课程单片机课程设计题目步进电机控制器设计专业姓名学号一、任务以AT89C51单片机为控制核心，利用脉冲分配器对四线五线步进电机进行控制。二、设计要求[1]控制步进电机正反转，电机转速可调节，程序运行时，可以在输出端放置一个虚拟示波器观察占空比的变化；[2]基本电路包括：单片机最小系统、电机驱动电路等；[3]通过设置两个调速按键K1、K2。K1控制速度增加；K2控制速度减少；[4]提交设计报告、电路图及程序源码。三、参考资料[1]从宏寿.

2、PROTEUS在电子电路与51单片机中的应用[J].西安:西安电子科技大学出版社.2012.1:311-315.[2]陈忠平.基于PROTEUS的51系列单片机设计与仿真[M].北京:电子工业出版社.2009.5.18-63:303-314.[3]林立.基于PROTEUS和KEILC的单片机原理与应用[M].北京:电子工业出版社.2011.9.[4]程国钢.基于PROTEUS的51单片机案例解说及C语言开发[J].北京:电子工业出版社.2012.3:21-32.完成期限2013.7.1-2013.7.10指导教师2013年7月8日单片机课程设计目录第1章绪论11.1步进电动机简介11.2步进电

3、机励磁方式介绍11.3本设计任务1第2章总体方案论证与设计32.1步进电机驱动方案32.2总体硬件组成框图4第3章系统硬件设计53.1步进电机驱动模块的硬件设计53.2单片机晶振、复位电路63.3控制按键、步进电机状态显示发光二极管的设计7第4章系统的软件设计94.1程序设计9第5章系统调试与测试结果分析105.1使用的仪器仪表105.2系统调试105.3测试结果11结论12参考文献13附录1程序14附录2仿真效果图15单片机课程设计第1章绪论步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。它是用电脉冲信号进行控制，将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的微电

4、动机，它最突出的优点是可以在宽广的频率范围内通过改变脉冲频率来实现调速，快速起停、正反转控制及制动等，并且用其组成的开环系统既简单、廉价，又非常可行，因此在打印机等办公自动化设备以及各种控制装置等众多领域有着极其广泛的应用[6]。1.1步进电动机简介步进电动机如同普通电动机一样，也有转子，定子和定子绕组等。定子绕组分若干相，每相的磁极上都有极齿，转子在轴上也有若干个齿。当某相定子绕组通电时，相应的两个磁极就分别形成N-S极，产生磁场，并与转子形成磁路。如果这时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下转子将转到一定的角度，使转子的齿与定子的齿对齐。因此，它是按电磁铁的原理进行工作的，在外

5、加电脉冲信号的作用下，一步一步的运转，是一种将电脉冲信号转换成相应角位移的机电元件[1]。1.2步进电机励磁方式介绍四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度[1]。单四拍、双四拍与八拍工作方式如下表1-1所示。1.3本设计任务以AT89C51单片机为控制核心，利用脉冲分配器控制四线五线步进电机正反转，并且电机转速可调节，转速的调节通过对一定按键的设置来实现。同时程序运行时，可以在输出端放置一个虚拟示波器观察占空

6、比的变化。电路要求包括单片机最小系统，驱动电路等。17单片机课程设计表1-1步进电机励磁方式[1]单4拍双4拍4相8拍STEPABCDSTEPABCDSETPABCD1100011100110002O100201102110030010300113010040001410014011051000511005001060100601106001170010700117000180001810018100117单片机课程设计第2章总体方案论证与设计本系统采用单片机AT89C51为步进电机的控制核心，系统主要包括驱动模块、按键控制模块、LED显示模块等。下面对各模块的设计逐一进行论证比较。2.1步进

7、电机驱动方案方案一：小型步进电机对电压和电流的要求不是很高，可采用简单的驱动电路，如图2-1所示。方案二：集成电路ULN2003A或ULN2803。ULN2003A是高电压、大电流达林顿晶体管阵列系列产品，具有高电流增益（灌电流可达500mA）、工作电压高(可承受50V的电压)、温度范围宽、带负载能力强等特点，适用于各类要求高速大功率驱动的系统[2]。但在实际应用中驱动路数一般不只一路，用分立电路