单片机系统应用实例 步进电机控制电路制作 教学教案

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1、南京铁道职业技术学院教案教师姓名授课形式理实一体教案序号授课班级08电气技术301班授课日期年月日第周授课时数2课时班年月日第周2课时班年月日第周课时授课章节名称项目九：步进电机控制电路制作任务一：步进电机控制电路的硬件单元设计（一）教学目的了解单片机外围硬件接线掌握步进电机控制单元电路的设计教学重点步进电机工作原理I/O端口的工作原理教学难点步进电机工作与单片机连接控制原理更新、补充、删节内容使用教具Ptoteus软件课外作业课后体会教学设计新课导入(8分钟)1、AT89C51单片机的基本组成结构。2、AT89C51单片机的外围基本单元电路新课教学设计（80分钟）教学方法：理

2、实一体　教学手段：实践教学教学内容思路及板书设计一、步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图1是其工作原理示意图。图1四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2

3、、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。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(步进电动机的步距角是指步进电动机的定子控制绕组每改变一次通电方式,对应电动机转子所转过的空间角度称为步距角)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。工作时序如图2.a、b、c所示：a.单四拍b.双四拍c八拍图2.步进电机工作时序波形图教学设计二、单片机的时钟和复位电路单片机的时

4、钟信号用来提供单片机片内各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:内部振荡和外部振荡。MCS-51单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用内部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图4所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或陶瓷谐振器就构成了内部振荡方式，片内高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或陶瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。图4中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，

5、晶振频率选12MHz单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H,SBUF内置为不定值，其余的寄存器全部清0，内部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的内容是不定的。复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。本系统采用上电复位方式。图4中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为1K,C取为1pF.新课小结（2分钟）步进电机控制电路的硬件设计时钟电路、复位电路

6、的基本单元电路。南京铁道职业技术学院教案教师姓名授课形式理实一体教案序号授课班级08电气技术301班授课日期年月日第周授课时数2课时班年月日第周2课时班年月日第周课时授课章节名称项目九：步进电机控制电路制作任务二：步进电机控制电路的硬件单元设计（二）教学目的掌握步进电机控制硬件电路的设计教学重点单片机最小系统的组成步进电机控制硬件电路的设计教学难点单片机最小系统的组成及控制步进电机硬件连接更新、补充、删节内容使用教具Ptoteus软件课外作业课后体会教学设计新课导入(5分钟)步进电机的工作方式，步进电机硬件控制电路设计包含I/O输出、时钟电路、复位电路的基本单元电路新课教学设计

7、（80分钟）教学方法：理实一体　教学手段：实践教学教学内容思路及板书设计一、讨论制定项目控制方案1、接受项目任务,分析项目制定项目控制方案，明确引脚连接画出电路原理图。2、认识单片机，查看外形，读引脚。熟悉Ptoteus软件的AT89C51单片机3、认识发光二极管，理解发光二极管应用的原理。二、设计系统硬件电路。1、本设计采用UCN5804B芯片。UCN5804B芯片适用于四相步进电机的单极性驱动。它最大能输出1.5A电流、3.5V电压。内部集成有驱动电路，上电自行复位，可以控制转向和输出使