三相步进电机三相单三拍控制系统的设计

1、武汉理工大学华夏学院信息工程课程设计报告书课程名称计算机控制技术课程设计总评成绩学生姓名、学号刘志勇学生专业班级自动化1111班指导教师姓名张素文课程设计起止时间课程设计基本要求课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节，通过课程设计，培养学生综 合运用先修课程的理论知识和专业技能，解决工程领域某一方面实际问题的能力。 课程设计报告是科学论文写作的基础，不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、 综合分析能力和文字表达能力，也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学 水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理，提高课程设计教学质量，特拟定 如下基本要求。课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方

2、案论证、项目设 计结果分析、答辩等4个环节，每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求，该项目应能突 出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养；该项目有一定的实用性，且学生 通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记 录于课程设计报告书一、二项中，课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定 最佳方案，实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案 论证内容记录于课程设计报告书第三项中，项目设计方案论证主要考核设计方案 的正确性、可行性和创新性，考

3、核成绩占30%左右。项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平，项目测试 性能指标的正确性和完整性，项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。 项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中，考核成绩占25%左右。学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献，培养 自己的阅读兴趣和习惯，借以启发自己的思维，提高综合分析和理解能力。文献 阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中，考核成绩占10%左右。答辩是课程设计中十分重要的环节，由课程设计指导教师向答辩学生提 出23个问题，通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能 掌握的程度，以及对问题的理解、分析和判断能力

4、。答辩考核成绩占25%左右。学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节，按时完成课程设计 报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计 全过程，认真评阅学生的每一份课程设计报告，给出课程设计综合评阅意见和每 一个环节的评分成绩（百分制），最后将百分制评分成绩转换为五级分制（优秀、 良好、中等、及格、不及格）总评成绩。课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料，应按课程、班级集中 存档交实验室统一管理。课程设计任务书学生姓名：刘志勇专业班级：自动化1111班指导教师：张素文工作单位：信息工程系题 目：三相步进电机三相单三拍控制系统的设计初始条件：1、设计一个三相步进

5、电机控制系统，要求系统具有如下功能：步进电机采用三相单三拍工 作方式，K1为启动/停止控制、K2方向控制；用4位LED数码管显示工作步数。用3个发光 二极管显示状态：正转时红灯亮，反转时黄灯亮，不转时绿灯亮；2、PC机及51单片机应用开发系统一套；要求完成的主要任务：1、硬件设计：采用51单片机设计系统总体电路及详细的硬件电路，分析其工作原理并画出详细的原理图；2、软件设计：设计系统的总体程序流程图；给出各模块的程序流程图；编写程序等3、仿真并调试设计的硬件电路和软件程序；4、完成符合要求的课程设计说明书。5、课程设计说明书要求：引言、设计要求、系统结构设计、原理分析、各个模块的设计与仿真、软

6、件设计、调试过程、收获、体会及总结、参考文献、电路图和源程序。说明 书使用A4打印纸，计算机打印或手写，用Protel等绘图软件绘制电子线路图纸。时间安排：第13天下达课程设计任务书和日程安排，根据任务书查找资料；第4-5天 完成方案论证比较，设计系统的总体结构；第69天详细设计系统的各部分的硬件电路；第1014天详细设计总体软件及各部分的程序流程图，完成程序的编写；第1516天调试硬件系统和软件程序；第1720天结果分析整理、撰写课程设计报告，验收和答辩。指导教师签名:一、课程设计项目名称步进电机控制系统设计（实际为带两个中心抽头的两相步进电机一相四拍驱动的控制 系统设计，因为仿真软件中只有

7、两相六线制步进电机，一相四拍为其 中之一的工作方式，其它工作方式一相两拍、两相两拍不使用抽头、 两相四拍使用中心抽头、一二相四拍、一二相八拍和三、四、五相步 进电机的控制均只需改变软件当中的输出字表、正反转循环次数和硬 件当中的单片机与驱动芯片与步进电机之间的连线，并验证系统的正 确性，所以调整了题目。）二、项目设计目的及技术要求目的：综合运用相关课程知识。初步了解实际应用。锻炼实际动手能力。要求：能控制步进电机的正反转、停止与启动。步进电机的状态应设有指示灯。数码管显示步进电机的步数。控制系统应稳定、快速、准确。包括数码管、指示灯的稳定正 确显示，按钮的有效性，步进电机正常匀速运转。调试时能

8、调整步进电机的转速、步距角。6、仿真演示所有功能并验证要求。文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 三、项目设计方案论证（可行性方案、最佳方案、软件程序、硬件电路原理图和PCB图）原理：硬件部分,AT89C52单片机作为处理器，装载程序，接受和输出 控制信号。ULN2003A反向器作为驱动器，内部有达林顿管放大电流， 提供足够的电流使步进电机拥有强大的扭矩带动负载。74LS14六非 门集成芯片用于改变信号方向与74HC373锁存器存储单元一起驱动 LED数码管，使其静态显示。两相六线制步进电机作为被控对象。LED 数码管用于步进电机旋转步数的数字显示。发光二极管作为指示

9、灯。 按钮用于人为控制。电源、晶振、电容、电阻、导线为辅助部件部分 系统自带。软件部分，死循环作为主函数，不断调用子函数。子函数有延时、 扫描显示、数据处理、报警、正反键、启停键、正转、反转，相互之 间调用。DD口。DI01DZ023JD404D506BWD707OFLEDDI01D2020300D404505DtSOOT7LE:D1耳：D27:D3B13H1774LE141图1.原理图程序: #include reg51.h#includeintrins.h/_nop_();延时函数用#includemath.h #define disdata P2#define discan P1#def

10、ine bujin P3#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit keyl=P00;sbit key02=P01;sbit beep=P02;sbit beepl=P03;sbit beep02=P04;uint temp=0;uint te=0;uint j=0;uchar h;uchar r=0;uchar st=1;uchar st1=1;uchardis_711 = 0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4f,0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x00;/共阴 led 段

11、码表 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、不亮 uchar scan_con4 = (0 xfe,0 xfd,0 xfb,0 xf7;/位uchar display6 = 0 x00,0 x00,0 x00,0 x00,0 x00;/ 四个数据和一 个暂用uchar zheng4 = 0 x07,0 x0b,0 x0d,0 x0e;/正转信号表uchar fan4 = 0 x0e,0 x0d,0 x0b,0 x07;/反转信号表/* 延时子程序 */void delay(uint t)for(;t0;t-);_nop_();/* 显示扫描 */void scan()char k;for(k

12、=0;k4) tem=temp-2;display3=tem/1000;te=tem%1000;display2=te/100;display0=te%100;display1=display0/10;display0=display0%10;if(!display3)display3=0 x0a;if(!display2)display2=0 x0a;if(!display1)display1=0 x0a;/*灯 */void BEEP()if(st=1)beep=1;elsebeep=0;if(st!=1)beep1=1;elsebeep1=0;if(st1=1)beep02=1;else

13、beep02=0;/* 正反键 */void keyzf()while(key1=0)delay(300);if(key1=0)st+;if(st=3)st=1;if(st1=1) temp=0;while(!key1);delay(300);while(!key1);/* 启停键 */void keyqt()while(key02=0)delay(300);if(key02=0)st1+;if(st1=3)st1=1;while(!key02);delay(300);while(!key02);/* 正转 */uint zheng_z()if(st1=2) for(;r4;r+)if(tem

14、p=0) work_temp(temp);scan();h=zhengr;bujin=h; temp+;keyqt();if(st1=1)break;for(j=0;j100;j+)delay(200);work_temp(temp);scan();h=zhengr;bujin=h; temp+; r=0;elseif(temp=0) work_temp(temp);scan();return(temp);/* 反转 */uint fan_z()if(st1=2) for(;r4;r+)if(temp=0) work_temp(temp);scan();h=fanr;bujin=h; temp

15、+;keyqt();if(st1=1)break;for(j=0;j100;j+)delay(200);work_temp(temp);scan();h=fanr; bujin=h; temp+; r=0;elseif(temp=0) work_temp(temp);scan();return(temp);/* 主函数 */void main()while(1)keyzf();keyqt();BEEP();switch(st)case 1:(zheng_z();break;case 2:(fan_z();break;文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 四、项目设计结

16、果分析（分析试验过程中获得的数据、波形、现象或问题的正确性和必然性，分析产生不正确结果的原因和处理方法） 结果：说明，由于图片不能看到动态效果，部分功能展示不出来，叙述 也比较繁琐，所以提供视频观看地址_show/id_XODU1MDg1MjIw.html。步进电机的步距角设置为1度， 便于观察实验结果，即度数与步数是否一致。度数为系统自带不能人 为控制。实际中也能达到0.6度，由相数、接线方式、工作方式、转 子齿数确定，本设计采用两相六线制，四线接驱动两线接电源，一相 四拍工作方式。从上到下，第一个按钮控制正反转，第二个启停，第 三个单片机复位，是实际需要使步进电机定位，解决刚启动时的失步

17、问题，第一个发光二极管指示正转，第二个反转，第三个停止。不作任何操作，初始状态，步数显示为0，绿灯亮指示电机处 在停止状态，系统自带角度显示为0.00，红灯亮指示默认的正转模 式，绿灯亮指示停止状态。图2.初始状态、正转停止状态按下第二个按钮启动，正转过程中，步数显示22与角度显示+21.2基本一致，红灯亮指示正处于正转状态。图3.正转过程中按下第二个按钮停止，步数显示47，角度显示+46.5，红灯 和绿灯同时亮指示正转模式暂停状态。图4.正转停止状态按下第二个按钮启动，继续正转，正转过程中。步数显示80，角度显示+78.0，因为启动了一次，所以失去了两步，每次失步不超过4步，只有红灯亮指示正

18、处于正转状态。TEE.T 官ELUIiVY图5.正转过程中按下第二个按钮停止，步数显示113，角度显示+112，红灯和绿灯同时亮指示正转模式暂停状态。图6.正转停止状态按下第一个按钮切换旋转方向，步数为0，角度为+112不 变，为系统自带无法人为控制，黄灯和绿灯同时亮指示反转模式停止 状态。图7.反转停止状态按下第二个按钮启动，反转过程中，步数显示10，角度 显示+103，减小了 9,说明又失1步，角度减小说明反转，黄灯亮指示正处于反转状态。图8.反转过程中按下第二个按钮停止，步数显示47,角度显示+65.5,黄灯 和绿灯同时亮指示反转模式暂停状态。图9.反转停止状态按下第二个按钮启动，反转过

19、程中，过了一会儿，再按下第 二个按钮停止，步数显示142，角度显示-28.5，黄灯和绿灯同时亮 指示反转模式暂停状态。图10.反转停止状态按下第一个按钮切换旋转方向，步数为0，角度为-28.5不变，红灯和绿灯同时亮指示正转模式停止状态。图11.正转停止状态按下第二个按钮启动，正转过程中，过一会儿，按下第二个 按钮停止，步数显示53，角度显示+24.5，角度增加说明正转，红灯和绿灯同时亮指示正转模式暂停状态。图12.正转停止状态按下第三个按钮复位，步数显示0，角度显示+24.5不变， 应证了图12正转停止状态。可实现停止功能即回到初始状态，角度 不为0，因为它不受人为控制。当开机后，中间启动多次

20、，导致失步 太多即误差较大，可使用该功能。相当于人休息会儿喘口气调整状态， 继续开始，但是对于它来说时间很短只有两三次按按钮的时间。图13.复位改变正反转延时，到达调速目的，图14左下方绿色字体显示时间00： 01： 13.227表示1分13秒电机步数就达到3275。LED-RED UED-YELLOW图14.改变转速五、参考文献（相关文献不少于5篇，记录每篇文献的作者姓名. 文献名称.文献发行城市：文献出版社，出版年；文献内容摘要，每 篇不少于100字）李发海，王岩.电机与拖动基础.4版.北京:清华大学出版社，2012.6 本书主要讲述电机与电力拖动的基本理论和基本知识，主要内容包括 电力拖动系统动力学，直流电机原理，他励直流电动机的启动、调速 与四象限运行，变压器，交流电机电枢绕组电动势与磁通势，三相异 步电动机原理、启动和四象限运行，同步电动机，交流电机调速，微 控电机和电动机的选择。康华光.电子技术基础.数字部分.5版.北京：高等教育出版社， 2006.1内容包括：数字逻辑概论，逻辑代数与硬件描述语言基础， 逻辑门电路，组合逻辑电路，锁存器和触发器，时