步进电机设计论文

1、单片机原理与应用技术课程设计报告（论文）基于单片机控制的步进电机控制器专业班级:姓 名：时 间:指导教师:2014年12月6日单片机课程设计任务书设计目的与要求设计出一个基于单片机控制的步进电机。准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：（一）基本功能（1）实现步进电机正反转控制（2）实现步进电机的加速控制（3）实现步进电机的加速控制（二）扩展功能实现步进电机的正反转状态指示及速度快慢显示指示。设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和

2、图纸，有心得体会。4 .答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。基于单片机控制的步进电机控制器电气125班陈瑞摘要：步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，它的用途是将电脉冲转化为角位移，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。本设计采用89c51系列单片机对步进电机进行控制，对单片机控制步进电机系统的控制方式和软件设计进行 了研究，分别从正反转控制、速度控制、速度通过加减速控制四方面进行了详细的分析。关键字：

3、stc89c51、L298、步进电机1引言步进电机是自动控制系统中常用的执行部件。步进电机的输入信号为脉冲电流，它能将输入 的脉冲信号转换为阶跃型的角位移或直线位移，因而步进电机可看作是一个串行的数/模转换 器。由于步进电机能够直接接受数字信号，而不需数/模转换，所以使用微机控制步进电机显得 非常方便。步进电机有以下优点：通常不需要反馈就能对位置和速度进行控制；位置误差不会积累；(3 )与数组设备兼容，能够直接接收数字信号；步进电机的品种规格很多，按照它们的结构和工作原理可以划分为磁阻式(也称反应式或变 磁阻式)电机、混合式电机、永磁式电机和特种电机等四种主要型式。步进电机不需位移传感器 就可

4、精确定位，所以在精确定位系统中应用广泛。目前打字机、计算机外部设备、数控机床、传 真机等设备中都使用了步进电机。随着电子计算机技术的发展，步进电机必将发挥它的控制方 便、控制准确的特点，在工业控制等领域取得更为广泛的应用。2总体方案设计2.1设计思路本系统是用单片机软件编程来产生脉冲分配信号，即把数字控制计数的高精度等方面的优势 有效地应用于步进电机控制系统。同时本系统设计的步进电机控制器硬件电路十分简单成本低， 使用方便。本系统硬件方案论证包括开关控制电路、复位电路、时钟电路、显示电路、驱动电路 的选择。2.1.1单片机的选择本次设计以CPU选用AT89C52作为步进电机的控制芯片.AT89

5、C52的结构简单并可以在编程 器上实现闪烁式的电擦写达几万次以上.使用方便等优点。AT89C52是一种带4K字节闪烁可编程 可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。该器件采用ATMEL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AT89C52是一种高效微控制器，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。AT89C52的引脚结构图如图1所示，其管脚说明如下：PD!P(T2) P1.0 匚140 VCC(T2 EX) P1 .1 匚23， PO.O (ADO

6、)P1.2 338 P0.1 ( ADUP1 .3 437 P0 .2 ( AD2)P1 .4 匚536 PD.3 (AD3)P1 .5 匚635 P0.4 (AD4)P1 .6 匚734 P0.5 (AD5)P1 .7 匚833 P0.6 (AD6)RST匚932 P0.7 (AD7)(RXD P3.0 匚1 031 E A/VPP(TXD) P3 1 匚1 13。 ALE/PROG(INTO) P3.2 1229 PSEN(INTI) P3 一3 匚1 32Q P2.7 (A1 5)(TO) P3.4 匚1 427 P2.6 (Al 4(T1 ) P3.5 1 526 P2.5 (A1 3

7、)(WR) P3.6 匚25 P2.4 (A12)(RD) P3.7 匚M24 P2.3 (A1 1 )XTAL2 匚1 823 P2.2 (A10)XTAL1 匚1 922 P2 1 (A9)GND匚2021 P2.0 Afl)图1 AT89C52引脚结构图VCC：供电电压。GND：接地。P0 口： P0 口为一个8位漏级开路双向I/O 口，每脚可吸收8TTL门电流。当P1 口的管脚第一 次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的 第八位。P1 : P1 口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 口缓冲器能接收输出4TTL门电 流。P1

8、口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1 口被外部下拉为低电平时，将输出 电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1 口作为第八位地址接收。P2 口： P2 口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 口缓冲器可接收，输出4个TTL门电 流，当P2 口被写“ 1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2 口当用于外部程序存储器或 16位地址外部数据存储器进行存取时，P2 口输出地址的高八位。在给出地址“ 1”时，它利用内 部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2 口

9、输出其特殊功能寄存器的内容。P2 口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3 口： P3 口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O 口，可接收输出4个TTL门电流。当P3 口 写入“ 1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3 口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在 FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端

10、以不变的频率周期输出正脉冲信号， 此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是: 每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。 此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处 理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。/PSEN:外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN 有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器(0000H-FFF

11、FH)，不管是否有内 部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET； 当/EA端保持高电平时，此间内部 程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源(VPP)。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2：来自反向振荡器的输出。2.1.2驱动电路的选择采用专用芯片L298N。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相应频率高，且 还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。2.1.3开关、显示电路的选择开关控制电路选用五个按钮开关，通过检测各控制开关的状态控制步进电机的正转、反转、 停止、加速、减

12、速。这样可以减少硬件电路的元器件，简化汇编程序。显示电路选用三个发光二极管，在步进电机正转、反转、停止时分别显示步进电机的状态， 这种方法占用CPU资源少、无位选信号、显示电路简单、方便、可靠性高。2.2系统的设计方案方框图图2系统总体构造图3设计原理分析3.1时钟振荡电路以及复位电路部分如图3. |J X.1 .CRYSTA30pFC2 11 E R-EZ* d。 一R2图33.2单片机芯片本设计是STC89C52RC单片机，此单片机的驱动能力强，程序存储器和RAM都比较大，而且成本不高，能满足本设计的要求。如图4.U2-j-sgRL1PDUh.DDPD.VAD1PDZih.DZ:rALZP

13、CI MgPD.+ih.D PDSih.DSPD.Gh.DGF.STPD.TACiTPZHhEPZ.IihBFZiAlOP3EMpzaH. 11ALEPZ.H1ZEhpzsH.iaPZ.&H.1 PZ.TWISp i 口 FP3IVHXDp 1 irnzKpj IfTXDP12PgTffTOp 1 P3HTTP1.+P.+iTOP1SP3SiT1P1.SP3.&WP1.7P3.7iKr31-H.TSJS2:=TE：rp;-4F3SM-&F-河Z5FZ7WIDFFFFISFF 一图 4 STC89C52RC3.3驱动芯片采用专用芯片L298N。L298N是一个具有高电压大电流的全桥驱动芯片，它相

14、应频率高，且 还带有控制使能端。用该芯片作为电机驱动，操作方便，稳定性好，性能优良。如图5.图5 L298驱动步进电机图6 L298封装图L298引脚的功能如下所示：1、15=SEN1、SEN2分别为两个H桥的电流反馈脚，不用时可以直接接地；2、3=1Y1、1Y2 输出端；13、14=2Y1、2Y2 输出端；4=VS驱动电压，最小值须比输入的低电平电压高2.；5、7=1A1、1A2 输入端，10、12=2A1、2A2 输入端，TTL 电平兼容；6、11=ENA、ENB 使能端，低 电平禁止输出；8=GND 地；9=Vss逻辑电源。3.4操控与显示电路用五个按键控制步进电机的正转，反转，加速，减

15、速，停止。如图7。用四个LED灯来显示电机的工作状态：正转为D8亮，反转为D7亮，加速为D6亮，减速 为D5亮。如图8。图7操控电路图8 LED显示电路3.5设计原理图与PCB图图9,图10分别为设计原理图与PCB图。V 一 :XTAL1XTAL2RSTpnnH.no PD.VAD1 PDADZ PDJh.EQ PD.4/AD* PDADS PDJ9AD PD.TWDTPE：EMALEEhpiutt P1.1fTZB乌口is 哭4结束语通过这次单片机课程设计，我对步进电动机有了深入的了解，掌握了很多实践知识。通过老 师指导，然后自己在课后翻阅书籍和上网，通过此次课程设计也再次深入学习了Alti

16、um、keil、 ISIS、Word等软件，并了解了更多先前不知道的功能。此次课程设计的内容是以单片机为核心控制步进电机的正反转、加速、减速和停止，主要有 单片机输出步进电机的脉冲，通过驱动电路的放大来控制步进电机的运转，并加上相关的输入输 出设备。设计过程中首先确定方案，分模块进行设计，然后开始着手绘制原理图，绘制原理图是一个 复杂的过程。首先确定元器件后要绘制相关元器件的元件库，然后合理的布置元器件和连线。其 次根据绘制的原理图编写程序。两周的实习时间确实不长，但在这期间，我学会了很多东西，学到了许多课堂上学不到的东 西，使我受益匪浅！参考文献李朝青.单片机原理及接口技术.北京：北京航空航

17、天大学出版社，2005张毅刚.单片机原理与应用设计.北京：电子工业出版社2009谢维成、杨加国.单片机原理与应用及C51程序设计实例.电子工业出版社，2006年3月王赞.刘伟.基于PLC的步进电动机控制系统的设计J.科技信息,2009年5月俞家琪，何立民.步进电机基础教程.北京：北京航空航天大学出版社，2000张家生.电机原理与拖动基础M.北京：北京邮电大学出版社，2006附录C语言程序#include#define uint unsigned intsbit zz=P3”0;sbit fz=P3”1;sbit jias=P3”2;sbit jians=P3”3;sbit stop=P3”4;

18、sbit ledzz=P0;sbit ledfz=P1;sbit ledjias=P2;sbit ledjians=P3;sbit F1 = P20;sbit F2 = P21;sbit F3 = P22;sbit F4 = P2”3;unsigned char code FFW8 = 0 xfe,0 xfc,0 xfd,0 xf9,0 xfb,0 xf3,0 xf7,0 xf6; /反转 unsigned char code FFZ8 = 0 xf6,0 xf7,0 xf3,0 xfb,0 xf9,0 xfd,0 xfc,0 xfe; /征转 void motor_ffw();uint rate,K1,K2,K3,K4,K5;void delay1(uint nms)uint i,j;for(i=nms;i0;i-)for(j=110;j0;j-);void delay()unsigne