单片机控制步进电机的系统毕业论文

1、单片机控制步进电机的系统毕业论文目录1 绪论 11.1 技术概述 11.2本课题的背景和意义 31.3本设计完成的工作 32 单片机控制步进电机系统简介 42.1单片机系统概述 422AT89S52功能概述 42.2.1 引脚功能说明 : 42.2.2 时钟振荡器 72.3步进电机概述 73 常用软件基础知识 93.1 C语言程序设计概述 93.1.1 C语言出现的历史背景 93.1.2 C语言的特点 103.2 Keil 编译器软件简介 133.2.1 使用 Keil 软件建立一个工程 143.3 STC-ISP 软件介绍 183.3.1 程序烧写过程： 194 系统概述及设计 214.1

2、整体结构 214.2 系统作用 214.3 系统应用 215 硬件设计 235.1硬件设计原则 235.2 MCU最小系统电路设计 235.2.1 复位电路设计 245.2.2 时钟电路设计 245.2.3 上拉电阻的作用 255.3 L298N驱动电路设计 255.3.1 L298N芯片简介 255.3.2 MAX-232电路设计 265.3.3 MAX-232 芯片简介 265.4 键盘的电路设计 275.4.1 键盘的特性 275.4.2 按键的确认 275.4.3 键盘的工作方式 276 软件设计 296.1 程序模块 296.1.1中断模块 30结论 32致 错误! 未定义书签。参考

3、文献 错误! 未定义书签。附录 A资料翻译 34A.1英文资料 34A.2中文译文 43附录 B程序源码 50附录 C系统总体电路图 54附录 D实物图 551 绪论1.1 技术概述在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作 用。无论是在工农业生产还是在日常生活中的家用电器， 都大量地使用着各种各 样的电动机。 因此对电动机的控制变得越来越重要了。 电动机的控制技术的发展 得力于微电子技术、 电力电子技术、 传感器技术、永磁材料技术、 自动控制技术、 微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使电动机控制技术化。步进电机是机电控制中一种常用的执行机构， 其原理是通过

4、对它每相线圈中 的电流和顺序切换来使电机作步进式旋转。 驱动电路由脉冲信号来控制， 所以调 节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速。通俗地说: 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 （及步进角 ）。 通过控制脉冲个数即可以控制角位移量， 从而达到准确定位的目的。 同时通过控 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， 现在比较常 用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）,混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进 角一般为 7.50; 反应式步进电机一般为三相，可实

5、现大转矩输出，步进角一般为 1.50 ，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子 上有多相励磁绕组， 利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁 式和反应式的优点。它又分为两相和五相 : 两相步进角一般为 1.8 “而五相步进 角一般为 0.720。这种步进电机的应用最为广泛。步进电机的一些基本参数 :电机固有步距角 : 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角 度。电机出厂时给出了一个步距角的值，女口86BYG250A型电机给出的值为0.90/1.80（ 表示半步工作时为 0.90、整步工作时为 1.80） ，这个步距角可以称之 为“电机固有步距

6、角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距 角和驱动器有关。步进电机的相数 : 是指电机部的线圈组数， 目前常用的有二相、 三相、四相、 五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为 0.90/1.80 、三相的为 0.750/1.50 、五相的为 0.360/0.720 。在没有细分驱动器 时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。 如果使用细 分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可 以改变步距角。保持转矩: 是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步 进电机最重要的参数之一， 通常步进电机在低

7、速时的力矩接近保持转矩。 由于步 进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化， 所以保持转矩就成为衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2 N gm的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2 N gm的步进电机。步进电机的一些特点 :a. 一般步进电机的精度为步进角的 3%-5%，且不累积。b. 步进电机外表允许的最高温度。c. 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁， 从而导致力矩下降乃于 失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点 ; 一般 来讲，磁性材料的退磁点都在130 C以上，有的甚至高达200 C以上，所以步 进电机

8、外表温度80 C-90 C完全正常。d. 步进电机的力矩会随转速的升高而下降。e. 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。 在它的作用下， 电机随频率 （或速度）的增大而相电流减小， 从而导致力矩下降。f. 步进电机低速时可以正常运转， 但若高于一定速度就无法启动， 并伴有啸 叫声。介绍步进电机的一个技术参数 : 空载启动频率，即步进电机在空载情况下 能够正常启动的脉冲频率， 如果脉冲频率高于该值， 电机不能正常启动， 可能发 生丢步或堵转。 在有负载的情况下， 启动频率应更低。 如果要使电机达到高速转 动，脉冲频率应该有加速过程， 即启动频率较低

9、， 然后按一定加速度升到所希望 的高频（电机转速从低速升到高速 ）。g. 步进电动机以其显著的特点， 在数字化制造时代发挥着重大的用途。 伴随 着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高， 步进电机将会在更多 的领域得到应用。因此,微电脑控制步进电机最适合。 本文以永磁式步进电机为例 , 来介绍如何 用 MCS-51 系列单片机控制步进电机。1.2 本课题的背景和意义步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。 步进电机作为控制执 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和精密 机械等领域。例如，在仪器仪表，机床设备以及计算机的外围设备中(如打印机 和绘

10、图仪等)，凡需要对转角进行精确控制的情况下，使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展， 步进电机的需求量与日俱增， 在各个国民 经济领域都有应用。 上个世纪就出现了步进电动机， 它是一种可以自由回转的电 磁铁，动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别， 也是依靠气隙磁导的 变化来产生电磁转矩。 在本世纪初， 由于资本主义列强争夺殖民地， 造船工业发 展很快，同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了 80 年代后，由 于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电动机的控制方式更加灵活多 样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路， 不仅 调试安装复杂，

11、 要消耗大量元器件， 而且一旦定型之后， 要改变控制方案就一定 要重新设计电路。 计算机则通过软件来控制步进电机， 更好地挖掘出电动机的潜 力。因此，用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势， 也符合数字化的 时代趋势。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、 永磁式步进电机、 混合式步 进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成， 定子上有多相励磁绕组， 利用磁导的变化产生转矩。 现阶段， 反应式步进电机获 得最多的应用。1.3 本设计完成的工作本次毕业设计是单片机控制步进电机方面的应用。 这个设计最终目的是设计 出一个可以控制步进电机旋转的系统。本次设计主要

12、实现了以下几个功能：(1) 使用一个 5V 直流电源供电。(2) 设计一个外围驱动电路来驱动步进电机旋转。(3) 加入按键来控制步进电机旋转所要求的数据。(4) 最后编写软件部分，将程序输入单片机并运行系统，使系统工作。2 单片机控制步进电机系统简介2.1 单片机系统概述随着材料科学、 工艺技术、 计算机技术的发展与进步， 电路系统向着集成度 极高的方向发展。CPU勺生产制造技术，也朝着综合性、技术性、实用性发展。 如CPU的运算位数从4位、8位到32位机的发展，运算速度从 8 MHz 32 MHz 到1.6 GHz可以说是日新月异的发展着。其中单片机在控制系统中的应用是越 来越普遍了。单片机

13、控制系统是以单片机（CPU为核心部件，扩展一些外部接 口和设备， 组成单片机工业控制机， 主要用于工业过程控制。 要进行单片机系统 设计首先必须具有一定的硬件基础知识；其次，需要具有一定的软件设计能力， 能够根据系统的要求， 灵活地设计出所需要的程序； 第三， 具有综合运用知识的 能力。最后， 还必须掌握生产过程的工艺性能及被测参数的测量方法， 以及被控 对象的动、静态特性，有时甚至要求给出被控对象的数学模型。2.2 AT89S52 功能概述AT89S52是美国ATMEL公司生产的低电压，高性能 CMOS 8位单片机，片含 8K bytes的可反复擦写的只读程序存储器 PERO和 128byt

14、es的随机存取数据存 储器，器件采用公司的高密度，非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令 系统，片置通用8位中央处理器和FLASH存储单元，功能强大。此单片机可为您 提供许多高性价比的应用场合。AT89S52提供以下标准功能：8K字节FLASH闪速存储器，128字节部RAM 32个 I/O 口线，两个 16位定时/计数器，一个向量两级中断结构，一个全双工 串行通讯口，置一个精密比较器，片振荡器及时钟电路，同时 AT89C51 可降至 0Hz的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的工作模式，空闲方式停止CPU的工作，但允许RAM定时计数器，串行通信及中断系统继续工作。掉电方式保存RAM 中

15、的容，但振荡器停止工作，并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。2.2.1 引脚功能说明 :MCS-51是标准的40脚双列直插式集成电路芯片，引脚排列请参见图2.1.1402393384375366357348339321031113012291328142715261f251724182319202221(RXD)PVO(TXD)P3 1(TO)P3.4 (T1 P3.5 (BR)PW (RDJP3.7 XTAL2XTALIGNcI图2.1 AT89S52 的引脚图二 Que Q:Q二二 oJ lbr- -T 9二 - - - I- 卩 FP1P 卩 F F P1TVI c CTPO.IX

16、ADO)l(ADl)P02(AD2)P03(AD3)XD4)P0.5(AD5)P0(AD6)rN(AD7)FSFMP2,7(A15)EJ2?hiATiil-= TkuI SVT5 nindiMi Kdilp-w(J _J El CErmarid 卜 FiT jn -its11厂!(ih1 1占h图3.2 Keil软件主界面首先点击 Project-New Project ( Project-Open Project 为打开一个已经存在的工程)，如图3.3所示图3.3 Keil 软件打开新工程界面点开后，在出现的对话框中选择工程存在路径，单击“保存”后，出现（如图3.4所示）界面。在此界面上选择

17、电路板上所用的单片机型号：Atmel AT89S51（或者是AT89S52视开发板上具体型号而定），单击“确定”。Select Deirice for Target J TargetCPUVendoir Atm elD电vic*：Family：厂 Ux Extended Linker (LXSl) instd -of BLS1Use Extended Assemibler (AX51) instead of A51DttA b 冒电D*seription：l+l:s:H;s:田田田；甲甲由：+!:田Acer LabsActalAero flex UTMCAnalog DevicesAnchor

18、 ChipsAtm el Wireless & Castj, Inc,Chi pc onCHL Mi arocircuitsCybrRtiG Miicr确定 I 取消 I图3.4选择电路板上所用的单片机型号设置完成后，软件会提示“是否将 8051上电初始化程序添加入工程？ ”如 图3.5所示，这个一般选择“否”。（关于STARTUP.A5的相关容可查阅相应资 料）Siamlarcl 8051St ar tup Co det o Pr oj ec t Foldeir and Add Tile to Trj ect 9图3.5 是否将8051上电初始化程序添加入工程这样，就建立了一个空的51工程。

19、接下来的事，就是在这个工程里面加入自己的程序代码。点击，或者File-New，便建立了一个空的文本框。现在，就可以开始在里面输入你的代码 了。保存时注意：如果是用C语言写的程序，则将文本保存成*.c，如果是用汇 编写的程序，则将文本存成*asm。到目前为步，我们已经建立了一个工程，也写了一个程序代码。但现在还不 能开始编译。因为还没有将程序代码添加到工程里面去。下一步就是将写完的程序添加到工程里面，如图3.6所示，在左边ProjectWorkspace里的 Source Group 1 上右击，选择 Add Files to Group Source Group 1。在打开的对话框中，选择刚存

20、的文件路径和对应的扩展名。这样，程序就 添加进了这个工程。f i.FEt - 4Kisionz - Lb 八君jf瑕46弟一个工理1込 Pl Filt Idl I Vie* Er pictFluh ?u ipXtrJa lorli 印口 tiiukw H1L7n 怙 fSEM3 M嗨昌段唁B也疊凯酸逼他基点|rLrttt 1二a Ey OKQh5nr srartpi 二Eelukld in tlf料氐丄丄丄t-Gt g*t17Tf 空h 吕 I 曹 3 71 !(基 St-ap Tuxld.二1T紅护I 1J阖iciest Lctz sc ter I zargct 1 trgtt 1 匚l t

21、i 112 for ijrfcDuip 1 Sdiu c& Gtciutp 1 Gannftafiid 人 Firri r Fks f讥 Ofqilp b Squc So箜】二二C-4nnriti.i 殳“射：5q0亡电创r uOfii F tftij j 1/ s 科1林* Ixcl-adaWnKv图3.6添加文件到工程中X IDr? -3a3下一步，就开始编译刚输入进去的代码。点击工具栏中的按钮。接着，Keil会打出下面的提示：Build target Target 1assembli ng led.asm.li nki ng.Program Size: data=8.0 xdata=O

22、code=100first - 0 Error(s), 0 Warni ng(s).其中“ first - 0 Error(s), 0 Warning(s).”说明现在的工程编译通过，0个错误和0个警告。建立工程的时候，默认是不生成 HEX文件的，得在编译做 如下设置：单击，或者在Project Workspace里Target 1上右击，选择“Options for Target Target 1 ”。出现如图3.7所示对话框，选择“ Output”按图 示，将箭头所指的多选框勾上，点“确定”。现在再点击重新编译，系统提示：“ creati ng hex file from first. ”

23、。 便会在工程所在文件夹里生成HEX文件。图3.7 生成HEX文件3.3 STC-ISP软件介绍这里采用的单片机程序烧写软件，是网友永平编写的“Easy 51Pro v2.0 ”。这个软件是完全开源的，在这里也要感永平先生。这个软件在网上流传很广，因 为其下载线制作简单。被很多单片机爱好者采用。此软件使用时还需要一个单片机下载线来把程序下载到单片机里，单片机下载线原理图（如图3.8所示）in-r.厂: I15LSCKR5TSCK12jBjnsjiVCC 11746TkiEUS3JCSIJ2广-17-图3.8下载线原理图El IESEeplrWl： Select KV Type 选澤单片机起号H

24、2U TypAF niry1FFT：K件醍冲区 FlS/id.t* xdttWlAP|File C Daemi*ntE vid SttihEf*bfi面輯遴髦机机IS镐ZJ00000STCMCBKSTC09C54fcD*_5TEB9C55KD+5 ds髦 BufEd-rSTteKsm*?is?c09C5iSiHoi 叶细 ra* |STC89LSSlftC呂.】叮mil时仁世耳口切出JI.行口, AnRW*QOOKK)UH ll. oooi OWL *皿3 |H诵邊萍樹五M卞石輒糾的舟赢阿礦扩t唤广WP泳丫靜肌计占则说畳劄0WT方文fr襄临列匣的畐项 Wl* imi4 / 刘倍出 厂 6T/M1F l2Trfiffiif 0SC9VWqMTtl】；广 US 戸ina ML niB卫c盂紙触.】嬉衍kTMf起聲也缶可is t/p gMn下Ut冷启则 H D. Fl l=c,o才*缰否下鹦序 r IIS JUCKJJ43000050000800070 oooaao0CDMQ oomw oa3 ana)93099 oaxiEo aanro aooimoooito二 _2d JP蔭敲聽*血叶強囚13抽1?13阳臨7&0傅凱 ra 作c2lcn*SFLZL3rsn40fsf! *05450212 血B1S8国wmOE