单片机控制步进电机系统说明

1、题 目：单片机操纵步进电机系统 摘 要 专门多工业操纵设备对位移和角度的操纵精度要求较高, 一般电机专门难实现, 而步进电机可精确实现所设定的角度和转数。本设计要紧是运用51 单片机操纵六线4 相步进电机系统, 由单片机产生驱动脉冲信号, 操纵步进电机以一定的转速向某一方向产生一定的转动角度。同时能够利用单片机实现电机的正、反转及速度操纵，并能在数码管上显示出相应的速度。本文中给出了该系统设计的硬件电路，软件设计，人机交互等。并对各个功能模块进行了详细的讲明。要紧内容包括以下几个方面：单片机操纵步进电机的一般原理。电机驱动及操纵的实现。操纵系统整体设计以及模块划分讲明。原理图。代码。关键词：单

2、片机；步进电机；系统；驱动AbstractMany Industrial control equipment have a highly requirement in displacement and angle with control accuracy, the most motor cant carry out .but the step motor can carry out the displacement and angle that you enactmented in accuracy. This design mainly used SCM to control step m

3、otor system.The step motor is formed six lines and four phasic.Through SCM generate the drive pulse signal.Control stepper motor through a certain speed in a direction to get a certain degree of rotation angle.At the same time, It can use SCM to realization of the motor is , reverse and speed contro

4、l. and showed the speed in the digital tube. In this paper, given the design of the system hardware circuit,software design, human-computer interaction and so on.and it given the details description of each functional module.the main contents include the following: (1) The general principles of sign

5、al_chip controlling step motor. (2) The realization of motor driving and controlling (3) Control system overall design and description module division (4) Schematic Diagram (5) CodeKey Words：SCM; stepper motor; system; drive目录引言 41 单片机操纵步进电机的一般原理 41.1 步进电机 41.1.1 步进电机介绍 41.1.2 步进电机分类 51.1.3 技术指标 51.

6、1.4 步进电机工作原理 51.2 单片机 72 步进电机驱动实现 82.1简介 82.2驱动选择 83 系统硬件设计 93. 1 单片机操纵电机 93.2 键盘 93.3 显示部分 10程序流程图 11总结 12致 谢 13参考文献 13附录 13C代码 13引言目前，在工业操纵生产以及仪器上应用十分广泛。通常都要对一些机械部件平移和转动，对移动的位移和角度操纵要求较高，一般的电机专门难实现对位置和角度的精确操纵，在一些智能化要求较高的场合，用模拟芯片操纵器及信号发生器来操纵有一定局限性。而用单片机操纵步进电机能够改善性能，步进电机能实现精确的角度和转数，具有良好的步进特性，最适合数字操纵。

7、在工控设备中得到了广泛的应用。而单片机具有芯片体积小，兼容性强，低电压地，低功耗等特点，使单片机成为驱动步进电机的最佳空盒子单元。因此单片机操纵步进电机系统操纵精度高，运行稳定，得以广泛运用。1 单片机操纵步进电机的一般原理1.1 步进电机1.1.1 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操纵元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的阻碍，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等操纵领域用步进电机来操纵变的特不的简单。尽管步进电

8、机已被广泛地应用，但步进电机并不能象一般的直流电机、交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成操纵系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。1.1.2 步进电机分类永磁式（PM）。一般为二相，转矩和体积都专门小，步距角一般为7.5或15反应式（VR）。一般为三相，实现大转矩输出，步距角为1.5。混合式（HB）。兼具永磁式和反应式的优点，分二相和五相，二相步距角为1.8五相步距角为0.72。1.1.3 技术指标 静态指标 相数 步距角 拍数 定位转矩 保持转矩 步进电机动态指标 步距角精度 失步 失调角 最大空载启动频率 最大空

9、载运行频率 运行频距特性 电机共振点1.1.4 步进电机工作原理分析（步进电机展开图）以反应式步进电机为例,其典型结构图如图1所示。这是一个四相步进电机,当相操纵绕组接通脉冲电流时,在磁拉力作用下使相的定、转子对齐,相邻的B 相和D 相的定、转子小齿错开。若换成B 相通电,则磁拉力使B 相定、转子小齿对齐(转过) ,而与B 相相邻的C 相和A 相的定、转子小齿又错开,即步进电机转过一个步距角。若按A B C D A 规律循环顺序通电,则步进电机按一定方向转动。若改变通电顺序为A D C B A ,则电机反向转动。这种操纵方式称为四相单四拍。若按AB BC CD DA AB或A AB B BC

10、C CD D DA A 顺序通电则称为四相双拍或四相单、双八拍。不管采纳哪种操纵方式,在一个通电循环内,步进电机的转角恒为一个齿距角。因此,能够通过改步进电机通电循环次序来改变转动方向,能够通过改变通电频率来改变其角频率。运用单片机的输出功能,通过编程实现输出四个信号分不给步进电机的四相A、B、C、D ,并通过输出时信号的循环次序,来设定步进电机的转动方向及输出信号的频率以便设定步进电机的转动频率。图1 反应式步进电机结构图 实现原理采纳单片机产生A、B、C、D 的四相信号,当采纳单片机进行操纵时,需要在单片机和步进电机中间设隔离电路以使强弱电分离。由于步进电机的驱动电流相对较大,可增设放大电

11、路来提供步进电机的工作电流。系统电路由五部分组成,即单片机、隔离、放大、电源及步进电机。1.2 单片机功能特性描述 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微操纵器， 具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用Atmel 公 司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash同意程序存储 器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上， 拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得 AT89S52为众多嵌入式操纵应用系统提供高灵活、超 有效的解决方案。AT89S52具有以下标准功能：8k字 节Flash，256字节RAM，32 位I/O

12、口线，看门狗定时 器，2 个数据指针，三个16 位定时器/计数器，一个6 向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电 路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持 2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作， 同意RAM、定时器/计数器、串口、中断接着工作。掉 电爱护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单 片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。2 步进电机驱动实现2.1简介 步进电机在单单仅给予电压时，电机是可不能动作的，必须由脉冲产生器提供位置(脉波数)、速度的脉冲信号指令，以及驱动器驱动电流流过电机内部线圈、依顺序切换激磁相序的方式才能够让电机运

13、转。因此欲使步进电机动作的必要系统组成有： （1）脉冲产生器：给予角度(位置移动量)、动作速度及运转方向之脉冲信号的电机驱动指令。（2）步进驱动器：依操纵器所投入的脉冲信号指令，提供电流来驱动步进电机动作。（3）步进电机：提供转矩动力输出来带动负载。因此步进电机系统构成简单，不需要速度感应器、位置传感器， 即能依照脉冲产生器所输入的脉冲来做到速度及位置的操纵。2.2驱动选择步进电机能够选用专用的电机驱动模块，也能够自己构建驱动电路。一般有以下几种选择：专用驱动模块，如L298,FT5754等，这类驱动接口简单，这类能够驱动步进电机，直流电机等。达林顿驱动器ULN2803，那个芯片能够一次驱动八

14、线步进电机。自己构建，通过三极管，74als04，等系列元件构成。但如此系统可靠性会降低，会另外给系统带来误差。3 系统硬件设计1 单片机操纵电机 如图3讲明：那个部分为单片机操纵步进电机部分，80s52单片机通过达林顿驱动器ULN2803来驱动步进电机，80s52的P1.0-P1.4发送操纵信号给驱动器，然后驱动器的四根线把信号传递给电机，使电机实现正反转等。电机部分接12V直流电源。3.2 键盘如图4 讲明： 本系统中采纳了四个按键，分不与80s52的四个引脚相连，分不为LCDEN,RS,WR,RD;分不实现的功能是电机加速，减速，正反转。键盘一旦按下则表示向单片机发送了有效信号，单片机就

15、相应的进行调节。关于键盘的键按下的时候分为几个步骤，当键盘按下的时候，接通电路，键盘扫描检测低电平，但检测到低电平之后不能够推断键是否被按下，因为抖动可能引起那个变化，所有大概延时510ms之后再进行检测。假如再次检测到低电平之后讲明键被按下。那个过程确实是所讲的消除抖动。3.3 显示部分如图5讲明：关于显示部分，因为那个系统只是显示转速，因此采纳了LED共阳极数码管。同时用了74HC573锁存器，74HC573锁存器输出电流大，接口电路简单。本系统采纳了两个74HC573锁存器，分不为段选和位选。段选为数码管的显示数字，位选为选中相应的数码管。程序流程图总结通过本次的课程论文，让我真实的感受

16、到一个完整的系统设计过程。这次的的论文从开始的整体布局，排版，到内容中的系统设计直到最后完成。每个流程下来，都带给了我专门多的新东西，特不在设计完系统之后做硬件部分中，先是用protel99se画图，好多图在库中找不到，找不到就自己画，然后封装，封装的时候还要用游标卡纸对买来的元件进行精确的测量，然后才能在封装的过程中保证精度。最后做完图之后还要布线，布线完成后再发到厂家去做。事实上那个过程我用买好的空板做的，因为元件不多。因此就买了相应的元件直接再PCB板上焊接好的。在焊接的过程中也会感受到专门多东西，因为专门多需要注意的。只是那个过程多多尝试就会有进步的。焊接完后确实是代码调试时期。最后就

17、完成了那个小型系统的设计。致 谢在此，感谢我的老师以及周围的同学。本次的论文得益于同学们的关心。最后还要感谢我的父母，是他们一直在背后支持着我。 谨以此文献给他们！ 参考文献 1 张永枫，王静霞，杨宏利. 单片机应用实训教程. 西安电子科技大学出版社,2005. 2 郭天祥. 51单片机C语言教程. 电子工业出版社 2008 附录C代码单片机操纵步进电机实现功能: 定时器中断：定时时刻设置为30秒，首先给的初值每次中断为5ms，通过20次中断为1秒，半分钟三十秒则要中断600次，所有到达六百次后就把计数n中的值读取到数码管中显示出来。键盘检测：进行速度操纵的时候按下相应的键则会对应的进行速度调

18、节。数码管显示：驱动部分：#include #define uchar unsigned charsbit dula=P26;sbit wela=P27;sbit jia_key=P36;sbit jian_key=P37;sbit zf_key=P35;sbit stop_key=P34;bit flag=0;uchar num1,n;uchar num=0,show_num=2,maichong=4,table_begin=0;uchar code table1=0 x01,0 x02,0 x04,0 x08,0 x08,0 x02,0 x01;uchar code table=0 x3f

19、,0 x06,0 x5b,0 x4f, 0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07, 0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c, 0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;/ 延时部分void delay(uchar i) uchar j,k; for(j=i;j0;j-) for(k=110;k0;k-); / 显示部分void display() dula=0; P0=tableshow_num; dula=1; dula=0; wela=0; P0=0 xfe; wela=1; wela=0; delay(5); P0=table0; dula=1; dula=0; P0

20、=0 xfd; wela=1; wela=0; delay(5); / 键盘检测部分void key() if(jia_key=0) delay(5); if(jia_key=0) num+; if(num=4) num=3; while(jia_key=0) if(jian_key=0) delay(5); if(jian_key=0) if(num!=0) num-; else num=0; while(jian_key=0); if(zf_key=0) delay(5); if(zf_key=0) flag=flag; while(zf_key=0); if(stop_key=0) delay(4); if(stop_key=0) sho