单片机课程设计-步进电机.doc

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1、江南大学物联网工程学院课程设计报告课程名称：单片机原理及应用设计题目：基于单片机的步进电机控制器设计班级：姓名：学号：指导教师：评分：年月日基于单片机的步进电机控制器设计摘要：本设计是用80C52单片机作为核心部件进行逻辑控制及信号产生，用单片机技术和C语言编程设计来进行步进电机的控制。通过人手动按开关实现步进电机的启动与停止、步进电机的正转反转，加速及减速等功能，此外还有LCD数码管进行实时显示功能。同时本文也通过了proteus软件的仿真，在仿真结果中能看出近似真实的效果。经过proteus仿真，结果表明，系统实现了要求。该系统电路简单，可靠性强

2、，运行稳定。关键词：步进电机单片机LCDproteus仿真1课题主要研究内容和要求本设计采用单片机80C52来作为整个步进电机控制系统的运动控制核心部件。所选的步进电机是四相五线的，由于步进电机需要高功率驱动，单片机不能与步进电机直接相连，因此我们需要采用了电机驱动芯片ULN2003连接步进电机和单片机。为了显示步进电机转速，我用数码管来显示速率。再加上一些独立按键来实现步进电机调速、改变转向的功能。这样就构成了一个基本的步进电机控制系统。系统的具体功能和要求如下：1、电机转速可以平稳控制；2、通过键盘和显示器可以设置电机的转速；3、能显示电机的运动

3、趋势；2所需仪器设备所需器件备注所需器件备注STC89C52单片机一片12M晶振一个ULN2003驱动芯片一片按键五个八位共阳数码管芯片一片异步电机一个不同阻值电阻若干+5V电源一个30pF电容两个3系统总体设计本设计的硬件电路包括独立按键控制模块、步进电机驱动模块、数码管显示模块和单片机最小系统四部分。单片机最小系统由时钟电路和复位电路组成，保证单片机正常运行；独立按键控制模块由开关和按键组成，当按下按键时，该系统就按照该按键控制的功能运作；显示模块主要是为了显示电机的工作状态和转速；驱动电路主要是对单片机输出的脉冲进行功率放大，从而驱动电机转动。

4、由于步进电机受电脉冲控制，因此要求电脉冲信号的产生，放大全部依靠电子元件来实现。而步进电机需要较大的功率，而电子电路产生的功率较弱，所以必须设计功率放大电路。此方法步进电机的控制系统包含以下三个部分:信号产生电路，信号分配电路，功率放大电路。在单片机的引脚配置中，我选用的是用P0口和P2口控制数码管的显示，其中P0口控制数码管的段，P2口控制数码管的位。P1.0-P1.3控制电机的驱动，P3.2-P3.5为按键输入。图1系统设计示意图4硬件设计4.1步进电机介绍步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的

5、转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，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。图2异步电机连线示意图通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角

6、度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。异步电机的控制接线图为图2所示。步进电机有以下特点：（1）步进电机的角位移与输入脉冲成正比，没有累计误差。（2）步进电机与驱动电路组成的系统，简单而又廉价。（3）易于控制，能快速启动和停止，方便控制方向和转速。（4）步进电机不能直接使用交流直流电源。4.2单片机介绍采用的STC89C52单片机是新一代高速/低功耗/超强抗干扰的单片机，指令

7、代码完全兼容传统8051单片机，12时钟/机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。其主要特性如下：（1）增强型8051单片机，6时钟/机器周期和12时钟/机器周期可以任意选择，指令代码完全兼容传统8051.（2）工作电压：5.5V～3.3V（5V单片机）/3.8V～2.0V（3V单片机）（3）工作频率范围：0～40MHz，相当于普通8051的0～80MHz，实际工作频率可达48MHz（4）用户应用程序空间为8K字节（5）片上集成512字节RAM（6）P1/P2/P3/P4是准双向口/弱上拉，P0口是漏极开路输出，作为总线扩展用时，不用加上拉电阻，作为

8、I/O口用时，需加上拉电阻。（7）ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），无需专用编程器，无需专用仿