单片机原理及应用课程设计基于AT89C51控制步进电机设计汇总.doc

XXXX本科生课程设计 《单片机原理及应用》课程设计 设计题目：基于AT89C51控制步进电机系统 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 2011级（1）班 学生姓名： XXXXX 学 号： XXXXX 指导教师： XXXXXXX 2013年12月 基于AT89C51控制步进电机系统 XXXX （XXXXX电子信息工程学院，XXXXX XXXX） 摘要：步进电机是数字控制系统中的一种执行元件，它能按照控制脉冲的要求，迅速起动，制动，正反转和调速。具有步距角精度高，停止时能自锁等特点，因此步进电机在自动控制系统中，特别是在开环的控制系统中得到了日益广泛的应用。 本文介绍了一种基于单片机步进电机控制系统的软硬件设计。本设计能实现出步进电机的正转，反转，加速，减速，停止，以及步进电机的驱动方式控制的切换等功能。系统采用定时器中断的方式实现对步进电机加减速的控制，使用查表法来实现步进电机的正反转和驱动方式的控制。系统通过电机驱动芯片ULN2 003来驱动小型步进电机，并采用多级菜单对步进电机信息进行显示。该系统具有控制方便、结构简单、界面友好、价格便宜和系统运行稳定等优点，具有一定的应用价值。 关键词：步进电机控制系统；调速；AT89C51 ?一、设计目的? 步进电机是现代数字控制技术中最早出现的执行部件，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。需要单片机产生脉冲序列和方向控制控制信号。步进电机的特点是可以将数字脉冲控制信号直接转换为一定数值的机械角位移．并且能够自动产生定位转矩使转轴锁定。对控制系统的研制中最基本的要求就是性能可靠和结构简单。利用AT89C51单片机来设计和开发步进电机的控制系统，可以很好地满足这一要求。驱动程序写入AT89C51单片机中，通过程序控制步进电机的转速与转向。实现软件与硬件相结合的控制方法，使步进电机运行稳定、可靠性高，达到对步进电机的最佳控制。 二、设计任务与要求? 1、能用按键控制步进电机的正反装运行。? 2、能在一定范围内控制电机的加速和减速。? 3、在不断电的情况下能通过一个按钮能随时控制电机的停止。? 4、能显示电机当前的运行情况。 三、设计思路与方案? 对步进电动机的控制，接口采用软件方法控制步进电动机的旋转。步进电动机的驱动电路由ULN2003A芯片实现，并通过89C51芯片的P3.4~P3.7端口引脚出发，然后通过74LS14反相芯片，再到ULN2003A芯片再驱动电动机。操作部分共分为七个操作按钮：选频、正转、反转、停止、启动、加速、减速。其中正反转通过接入步进电机绕组的不同相序来实现。加速、减速是通过延时时间的改变调整输入电机绕组的频率实现。停止按钮则保证随时可以在不断电源情况下暂停。七个操作按键分别通过89C51芯片的P1.0~P1.4口读取选频（K1）、正/反转控制信号（K2）、启/停(K5)以及加速/减速控制（K3、K4）的值。对步进电机简易控制系统的设计，其具体情况可以根据任务要求从以下几个方面来考虑：? 1、控制电机正/反向转? 步进电动机某一项绕组通电时，在其内部形成N-S极，产生磁场，在磁场的作用下，转子将会转动，步进一步。若步进电动机按顺序给绕组通电，步进电动机将沿顺时针方向转动。若步进电动机按逆序给绕组通电，则步进电动机将沿逆时针方向转动。因而只要控制脉冲输出的顺序，就可实现对步进电动机正/反转的控制。? 2、控制电机运转速度? ?步进电动机运转的速度是由输入到电机绕组的频率所决定的。频率越高，电动机运转的速度越快，否则，速度就越慢。因而通过延时程序控制输出脉冲的频率，就可以实现对步进电动机转速的控制。 3、系统整体框图 整个系统包含5个模块：单片机模块、按键输入模块、电源模块、步进电机模块、12864显示模块。相互协调关系如图1所示： 图1 系统框图 四、各模块分析与设计 1、单片机电源电路设计 电源是单片机正常工作不可缺少的一部分，所以必须保证其工作电压稳定。单片机采用5V供电，所以系统采用LM7805三端稳压管保证其电压稳定。外部输入电压VCC （6~24V）经由稳压管稳压为+5V。5V