步进电机的设计

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1、第3章系统整体硬件结构根据总体方案的设计分析，选择AT89C51单片机，ULN2004驱动芯片，和型号为42D130步距角为1.8度，绕组线圈的电阻为每相7.5欧姆的四相步进电机来组建控制系统。AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用A

2、TMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。ULN2004芯片管脚如图所示ULN2004芯片每片封装了7个达林顿管每个驱动管的输出电流可达500mA（峰值600mA）对于较大的电流，可以将输出并接使用输入TTL/CMOS/PMOS/DTL与兼容可以驱动两个二相电机（如图1－1），也

3、可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压；可以直接用单片机的IO口提供信号；而且电路简单，把AT89C51的P0-0P0-1P0-2P0-3口分别与ULN2004芯片的输入端IN1，IN2，IN3，IN4接口连接，P0口通过软件实现高低电平的依次转换，然后再把Ｐ０口的电平信号通过ULN2004芯片放大后再把放大后的信号通过OUT1，OUT2，OUT3，OUT4一次接到步进电机的ABCD四相。本设计采用单片机AT89S51来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件，采用了电机驱动芯片ULN

4、2004及其外围电路构成了整个系统的驱动部分，再加上作为执行部件的步进电机来构成了一个基本的步进电机控制系统。整个系统的组成包括单片机最小系统，电机驱动模块，数码管显示模块，独立按键，电源模块等模块组成。3.1系统整图系统整图如图3-1所示，本系统采用外部中断方式，p0口作为信号的输入部分，p1口为发光二极管显示部分，p2口作为电机的驱动部分。3.2单片机部分单片机最小系统作为整个系统的控制核心，它主要负责产生控制步进电机转动的脉冲，通过单片机的软件编程代替环形脉冲分配器输出控制步进电机的脉冲信号，步进电机转动的角度大小与单

5、片机输出的脉冲数成正比步进电机转动的速度与输出的脉冲频率成正比，而步进电机转动的的方向与输出的脉冲顺序有关。同时单片机系统还负责处理来自电机驱动电流检测模块检测到的电流值。与此同时，单片机将会把电机转速，电机的转动方向，以及电流检测模块检测到的电机驱动的电流通过数码管显示出来3.2电源部分利用LM7812和LM7805芯片得到12V和5V的电压，它们的应用要注意以下几点：（1）输入输出压差不能太大,太大则转换效率急速降低，而且容易击穿损坏；（2）输出电流不能太大，1.5A是其极限值。大电流的输出，散热片的尺寸要足够大，否则会

6、导致高温保护或热击穿；（3）输入输出压差也不能太小,大小效率很差。其中12V电压给步进电机供电，5V电压则给单片机供电。3.3按键部分本次设计选用的是单片机的P0口来控制信号的输入，所以把按键开关和P0口连接起来，当按下开关S1时，相当于给P0.0口一个低电平；当按下开关S2时，相当于给P0.1口一个低电平；当按下开关S3时，相当于给P0.2口一个低电平；当按下开关S4时，相当于给P0.3口一个低电平；当按下开关S5时，相当于给P0.4口一个低电平。然后通过单片机实行相应的操作。3.4驱动部分此电路是步进电机的驱动部分，我选

7、用的是ULN2004芯片来驱动的，ULN2004系列是一款高耐压，大电流达林顿管驱动器，包含7个NPN达林顿管。ULN2004的管脚作用如图4.1（1）所示3.5状态指示部分状态指示用P1口控制发光二极管的显示，如果相应端口是低电平，相应的发光二极管就会亮，用它来表示步进电机所处的状态。3.6时钟部分时钟电路是计算机的心脏，它控制着计算机的工作节奏，可以通过提高时钟频率来提高CPU的速度，本次设计采用的晶振为12MHz。