基于单片机控制的步进电机控制器开发设计-大学毕业论文毕业设计学位论文范文模板参考资料_精品.doc

基于单片机控制的步进电机控制器 摘要：本系统采用AT89S51单片机来控制步进电机，不仅可以实现电机的正反转，还可以实现17级调速，以及LED状态显示功能，电路设计可靠且易于实现，程序设计简单易懂。本系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机状态显示电路、驱动电路以及步进电机等几部分组成。输出驱动电路采用一个六非门芯片74LS04和四个三极管，来驱动步进电机的四相绕组。短路保护采用一个0.4A的保险管，防止因绕组短路而烧毁烧毁电机。 关键词：步进电机 单片机 单片机最小系统 子程序 1 引言 步进电机能将输入的电脉冲信号转换成输出轴的角位移或直线位移。这种电机每输入一个脉冲信号，输出轴便转动一定的角度或前进一步，因此又被称作脉冲电机或步级电机。步进电机输出轴的角位移量与输入脉冲数成正比，不受电压以及环境温度的影响，也没有累积的定位误差，因此控制输入的数字脉冲数即可实现电机的精确定位；而步进电机输出轴的转速与输入的脉冲频率成正比，控制输入的脉冲频率就能准确的控制步进电机的转速，可以实现在宽广的范围内精确调速。由于步进电机的这一特点正好符合数字控制系统的要求，同时电子技术的发展也解决了步进电机的电源问题。因此随着计算机技术和数字控制技术的发展，步进电机的应用也日益广泛。目前，步进电机应用于磁盘驱动器、数控机床、轧钢机、机器人、以及自动化仪表等方面。 2 总体设计方案 2.1 设计思路 本系统主要由按键电路、单片机最小系统、AT89S51单片机、步进电机电机电路、驱动电路以及步进电机等几部分组成。驱动电路可以采用FT5754芯片来实现，芯片内部有四组3A、5W、100V的PNP达林斯顿电路及四个二极管,输出四个管脚、、、分别与步进电机的四相绕组向连接。但考虑到所采用的步进电机功率和额定电流都较小，以及经济性方面，本设计直接采用四个NPN型三极管来作为驱动电路。 步进电机的控制主要通过5个按键来实现，这5个按键分别表示“正转”、“反转”、“加速”、“减速”和“停止”。单片机输出四路脉冲信号触发驱动电路的四个NPN型三极管，其中触发导通的三极管可驱动步进电机的相应绕组得电，即步进电机获得脉冲，而产生一定的角位移。单片机循序不断的输出时序脉冲，就可以实现步进电机的旋转了。 2.2 总体设计框图 总体设计框图如图1所示。 3 设计原理分析 图1 总体设计框图 各分支电路的理论分析如下： 3.1 步进电机 本系统采用25Y48H01型步进电机，其相关参数如表1所示，内部接线图如图2所示。 表1 25Y48H01型步进电机的相关参数 型号 步距角 相数 电压（V） 电流(A) 电阻(Ω) 最大静止转矩(g·cn) 转子转动惯量(g·cm2） 重量（g） 25Y48H01 7.5 4 5 0.5 10 100 1.0 35 图2 25Y48H01型步进电机内部接线图 步进电机的励磁方式有1相励磁、2相励磁和1-2相励磁3种。由于2相励磁具有转矩大、振动小等优点，在目前使用较为普遍，本系统的设计也采用这种励磁方式。步进电机各相绕组的励磁时序如表2所示。 3.2 AT89S51单片机及其最小系统 Atmel公司的生产的89C51单片机是一种低功耗/低电压、高性能的8位单片机，它采用CMOS和高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与MCS-51兼容；片内的Flash ROM允许在系统内改编程序或用常规的非易失性编程器来编程，内部除CPU外，还包括256字节RAM，4K字节的ROM,4个8位并行I/O口，5个中断源，2个中断优先级，2个16位可编程定时计数器。89C51单片机是一种功能强、灵活性高且价格合理的单片机，完全满足本系统设计需要。 绕组 脉冲 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 A 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 B 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 C 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 D 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 表2 步进电机四相绕组的励磁时序 单片机最小系统包括振荡电路和复位电路两部分。振荡电路用12M晶振，这样一个机器周期 。 复位电路采用手动复位，当按下RESET按键，电阻R1、R2接通5V电源，此时R2分得电压大约为4V,为高电平，即置单片机RST脚为高电平，单片机复位。 3.3 按键电路 采用5个按键用来控制步进电机的5种状态，即“正转”、“反转”、“加速”、“减速”和“停止”。当按下其中一个按键时，电源通过上拉电阻和按键到地形成通路，