基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制

1、目 錄0. 前言11. 電路基本理論12. 方案設(shè)計(jì)23. 硬件電路的工作原理23.1步進(jìn)電機(jī)模塊33.2 控制模塊33.3 LCD顯示模塊34. 軟件編程44.1 程序流程圖44.2 MCS-51單片機(jī)引腳功能54.3 源程序65. 系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析95.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行95.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行105.3 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動106. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想11參考文獻(xiàn)12附錄1 元件清單13課設(shè)體會141 基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制摘 要單片機(jī)以其較小的體積、低成本、高可靠性、高附加值等優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了過去一個很復(fù)雜的電路所能實(shí)現(xiàn)的功能，因而被廣泛的應(yīng)用，

2、也取代了經(jīng)典的控制系統(tǒng)；步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，可通過控制脈沖數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確的定位目的，也可通過控制脈沖的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度；本文通過proteus的單片機(jī)仿真來實(shí)現(xiàn)其功能，并且能夠在仿真中看見十分近似于真實(shí)的結(jié)果。關(guān)鍵詞：單片機(jī)；proteus；步進(jìn)電機(jī)0. 前言步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频膱?zhí)行機(jī)構(gòu)，通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度?？赏ㄟ^控制脈沖數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確的定位目的，也可通過控制脈沖的頻率來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度；從而達(dá)到調(diào)速的目的。本文通過對步進(jìn)電機(jī)的軟件

3、設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)包括步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理及應(yīng)用，根據(jù)原理和硬件的設(shè)計(jì)利用c語言編寫程序，經(jīng)過反復(fù)運(yùn)行和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)對步進(jìn)電機(jī)的控制。1. 電路基本理論步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電控制中一種常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的用途是將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移，它的的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作，控制信號由單片機(jī)產(chǎn)生。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，控制換相順序，即通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照一定順序分別控制各相的通斷。通過控制脈沖個數(shù)即可以控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向，即給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，若按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)?？刂撇竭M(jìn)電機(jī)的速度，

4、即給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個脈沖，它會再轉(zhuǎn)一步，兩個脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。同時通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。2. 方案設(shè)計(jì)基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制電路的基本組成如圖1所示。步進(jìn)電機(jī)控制臺單片機(jī)LED顯示器圖1 基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制電路的原理框圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用的方案如下。硬件部分實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動和速度顯示功能，包括控制開關(guān)模塊；電機(jī)轉(zhuǎn)動模塊和速度顯示模塊。軟件部分實(shí)現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制功能，主要設(shè)計(jì)思想通過控制臺控制程序的開關(guān)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動，由電機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)控制顯示器顯示數(shù)據(jù).。

5、3. 硬件電路的工作原理3.1步進(jìn)電機(jī)模塊(如圖2所示)圖2 步進(jìn)電機(jī)功能：單片機(jī)輸出的程序通過轉(zhuǎn)換器和電機(jī)驅(qū)動器給步進(jìn)電機(jī)一個脈沖信號，使步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。3.2 控制模塊(如圖3所示)圖3 控制模塊功能：通過控制臺實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)程序的開與關(guān)。3.3 LCD顯示模塊(如圖4所示)圖4 LCD顯示器 功能：通過單片機(jī)輸出的電機(jī)反饋信號使LCD顯示器顯示出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動狀態(tài)。4. 軟件編程4.1 程序流程圖： 開始按鍵判斷按鍵If(P3_5=0)If(P3_6=0)If(P3_7=0)If(P3_0=0)If(P3_1=0)正轉(zhuǎn)加速反轉(zhuǎn)停止減速顯示轉(zhuǎn)動方式圖5：程序流程圖4.2 MCS-51

6、單片機(jī)引腳功能：（如圖6所示） 圖6：單片機(jī)引腳圖1電源線：VCC：+5 V電源。VSS：地線。 2RST：復(fù)位信號線。當(dāng)輸入的復(fù)位信號延續(xù)兩個機(jī)器周期以上的高電平時即為有效，用以完成單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。3信號引腳介紹 P0.0 P0.7： P0口8位雙向口線。 P1.0 P1.7 ：P1口8位雙向口線。 P2.0 P2.7 ：P2口8位雙向口線。 P3.0 P3.7 ：P3口8位雙向口線。4XTAL1和XTAL2：外接晶振引腳。當(dāng)使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。5控制引腳： ALE/-PROG、-PSEN、-EA/Vpp組成了MSC-51的控制總線。

7、 （1） -EA/Vpp(31腳）：外部程序存儲器地址允許輸入端。 第二功能：固化編程電壓輸入端。 （2） ALE/-PROG(30腳）：地址鎖存允許信號端。 第二功能：編程脈沖輸入端。 （3） -PSEN（29腳）：程序存儲允許輸出信號端。4.3 源程序：#include#define uc unsigned char#define ui unsigned intsbit KEY=P33;sbit P1_0=P10;sbit P3_0=P30;sbit P3_1=P31;sbit P3_5=P35;sbit P3_6=P36;sbit P3_7=P37;uc Flag;uc code fan

8、=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08，0x09;uc code zheng=0x09，0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;ui speed=1000,time;void delay(ui t)while(t-);void xianshi(uc f) /顯示轉(zhuǎn)向 P1_0=0;P0=f; delay(5);void Speedup()/加速 time=speed; time=time-100; if(time2000) time=2000;void main()uc i;EX1=1; /外部中斷1開IT1=1; /邊沿觸發(fā)EA=

9、1; /全局中斷開P0=0xff;while(1)while(Flag=0) for(i=0;i7;i+)xianshi(0x5b);/顯示 Z 標(biāo)示正轉(zhuǎn) P2=zhengi; delay(speed); while(Flag=1) for(i=0;i7;i+) xianshi(0x71);/顯示 F 標(biāo)示反轉(zhuǎn) P2=fani; delay(speed); while(Flag=2) /停止 P2=0;xianshi(0x6D);/ 顯示 Svoid ISR_Key() interrupt 2 delay(500); if(!KEY) if(P3_5=0) Flag=0; if(P3_6=0)

10、 Flag=1; if(P3_7=0) Flag=2; if(P3_0=0) Speedup(); if(P3_1=0) Speeddown(); 5.系統(tǒng)調(diào)試和結(jié)果分析5.1 電機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行(如圖7所示)圖7：電機(jī)正轉(zhuǎn)結(jié)果圖5.2 電機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行(如圖8所示)圖8：電機(jī)反轉(zhuǎn)結(jié)果圖5.3 電機(jī)停止轉(zhuǎn)動（如圖9所示）圖9：電機(jī)停止轉(zhuǎn)動6. 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想 本設(shè)計(jì)采用51單片機(jī)AT89C51（晶振頻率為12MHZ）對四相六線制步進(jìn)電機(jī)（內(nèi)阻33歐，步進(jìn)1.8度，額定電壓12V）進(jìn)行控制。通過I/O口輸出的具有時序的方波作為步進(jìn)電機(jī)的控制信號，信號經(jīng)過芯片ULN2003驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。ULN2003 是

11、高耐壓、大電流達(dá)林頓陳列，由七個硅NPN 達(dá)林頓管組成。ULN2003 的每一對達(dá)林頓都串聯(lián)一個2.7K 的基極電阻,在5V 的工作電壓下它能與TTL 和CMOS 電路直接相連，可以直接處理原先需要標(biāo)準(zhǔn)邏輯緩沖器來處理的數(shù)據(jù)。ULN2003 工作電壓高，工作電流大，灌電流可達(dá)500mA，并且能夠在關(guān)態(tài)時承受50V 的電壓，輸出還可以在高負(fù)載電流并行運(yùn)行。通過ULN2003構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電路，電路圖如圖1所示。51的25-28口接ULN2003的1-4輸入端。另外，用鍵盤來對電機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行控制，并用數(shù)碼管顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)速，采用74LS164作為2位單個數(shù)碼管的顯示驅(qū)動。74LS164帶鎖存，使

12、用串行接法可以節(jié)約I/O口資源。其電路圖如圖2所示。通過51的TXD和RXD口對CLK和DATA發(fā)送數(shù)據(jù)參考文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)基本能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，經(jīng)過調(diào)試和修改，但還是存在問題，比如按開關(guān)的時候會出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，轉(zhuǎn)速有時比較亂，顯示有時也有些不理想，后面的工作就是在軟件和硬件等方面進(jìn)行修改，以完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。參 考 文 獻(xiàn)1 劉復(fù)華. 單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng). 北京：清華大學(xué)出版社，19922 李斌，董慧穎. 可重組機(jī)器人研究和發(fā)展現(xiàn)狀. 沈陽工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2000，19（4）：23-273 李朝清，單片機(jī)原理及接口技術(shù)M.北京：北京航空航空航天大學(xué)出版社，19994 劉文濤，MCS-51單片機(jī)

13、培訓(xùn)教程M.北京：北京工業(yè)出版社，2005:141-1455 李仁定. 電機(jī)的微機(jī)控制. 機(jī)械工業(yè)出版社,1999 6 李鐵才,杜坤梅. 電機(jī)控制技術(shù). 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社, 20007 寧愛華. 步進(jìn)電機(jī)的微機(jī)控制方法與高速特性分析. 西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) , 2003 附錄1 元件清單元件名稱型號數(shù)量單片機(jī)DIL401LED顯示器7SEGCOMK1上拉電阻RESPACK-81電阻ANALOG2邏輯與AND_51按鍵6電容器30pF2驅(qū)動器ULN28031晶振CRYSTAL1直流電源VCC3課設(shè)體會 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的啟停、正反轉(zhuǎn)以及速度的調(diào)節(jié)，通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)加強(qiáng)了我對軟件編程和硬件設(shè)計(jì)的掌握，。步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用。它可以把脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移，并且可用作電磁制動輪、電磁差分器、或角位移發(fā)生器等，所以說步進(jìn)電機(jī)有著廣闊的市場和遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。在設(shè)計(jì)的過程中，學(xué)會了很多東西，熟悉了步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的整體運(yùn)行過程和總體布局，掌握了該硬件電路的設(shè)