基于单片机的步进电机控制系统课件.ppt

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1、基于单片机的步进电机控制系统设计指导教师：万里光老师姓名：方健班级：0801班学号：20081180101411、设计简介本设计以AT89C51单片机为核心，对步进电机进行控制，通过按键实现步进电机正转、反转、加速、减速，并使用LED显示电机速度。经过PROTEUS仿真和硬件焊接，结果表明，系统实现了要求。该电路简单，可靠性强，运行稳定。2、器件的选择2.1、单片机2.1.1、单片机的概述单片机就是在一块芯片上集成了CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、输入输出（I/O）接口电路、中断、串行通信接口等主要计算机部件集成在一块芯片上，组成单片微

2、型计算机，简称单片机。特点（1）片内存储容量较小；（2）可靠性高；（3）便于扩展；（4）控制功能强；（5）实用性好；2.1.2、单片机的选择方案一：采用凌阳单片机。特点：体积小，集成度高，可靠性好易于扩展，采用COMS制造工艺，功耗低，工作电压范围大，但是它的价格昂贵，不利于提高作品的性价比。方案二、采用51系列的单片机。51系列单片机应用很广泛，系统结构简单，价格低廉，易于使用的优点，由于此次设计对于单片机的要求不高，所以采用51单片机2.2、步进电机2.2.1、步进电机步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接受到一个脉冲

3、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，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。本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转、加减速，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于宏开环控制。2.2.2、步进电机工作原理它驱动时各线圈通通电顺序如表：当电机定子绕组通电时序为AB-BA’-A’B’-B’A

4、-AB时为正转，通电时序为AB-B’A-A’B’-BA’-AB时为反转。单片机作为核心部件，向步进电机输入端传送1或0信息，则可实现上述操作。通过不同长度的延时来得到不同频率的步进电机输入脉冲，从而得到多种步进速度，也就是改变电机的转动速度。2.2.3、步进电机的分类及特点：步进电机分为：永磁式步进电机、反应式步进电机、混合式步进电机。其中，永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大；反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小，但动态性能差；它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。2.3、驱动电路的选择方案一、

5、使用达林顿驱动芯片ULN2003，2003为极电极开路驱动芯片，能驱动4相步进电机，价格低廉。方案二、使用驱动芯片L298，L298为H桥驱动芯片，可以为负载提供双向的电流。简单方便，但是相应的成本增加了。综合本设计的需求，在满足本设计的要求下，选用方案一较为经济。2.4、显示电路选择方案一、采用LCD液晶显示，LCD液晶显示具有方便，美观、显示信息量大的特点，缺点是成本较高。方案二、采用LED数码管显示，数码管显示在、硬件连接方面显得较为复杂，在不同的应用场合下配合使用的芯片也不同，相对于对于LCD液晶显示来说，LED在成本方面占较大优势。3

6、.1、硬件电路设计3.1.1、硬件电路总体设计方案用单片机来产生脉冲信号，通过单片机的P1口输出脉冲信号，因为所选电机是两相的，所以只需要P1口的低四位P1.0~P1.3分别接到电机的四根电线上。定时器定时来调整电机的转速，通过键盘的按钮，就可以改变定时初值从而改变了电机的转速，P0口接LED数码管，可以显示当前的电机转速和按钮状态，具体结构图见下一页：3.1.2、单片机最小系统单片机最小系统包括始终振荡电路和复位电路，如下图所示：说明:①复位电路:由电容串联电阻构成,若要复位只需按“RST”键，此电源Vcc经电阻分压，在RST端产生一个复位高

7、电平；②振荡电路:典型的晶振频率为11.0592MHz/12MHz；3.1.3、按键部分选用的P3口来控制信号的输入，把按键开关和P3口连接起来，另一端接地。当按下其中一个开关时，P3.0~P3.4中的某一个I/O的电位被拉低，则单片机控制步进电机进行相应的动作。接线如图：3.1.4、电机驱动部分在实际的电路中，单片机的I/O口并不能直接驱动LED发光，因此，必须在单片机和数码管之间加上驱动芯片，本次设计中使用了74HC573，它起到驱动和锁存的作用。74HC573的八个锁存器都是透明的D型锁存器，当使能（G）为高时，Q输出将随数据（D）输入而

8、变。当使能为低时，输出将锁存在已建立的数据电平上。3.1.5、电机驱动部分本设计使用的是生活中被广泛使用的电机驱动芯片ULN2003AN，LN2003