單片機(jī)課程設(shè)計(jì)之步進(jìn)電機(jī)

1、安慶師范學(xué)院?jiǎn)纹瑱C(jī)課程設(shè)計(jì)課程名稱 單片機(jī)課程設(shè)計(jì) 題目名稱 步進(jìn)電機(jī) 學(xué) 院 物理與電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 12 級(jí)電信三班姓 名 余秋雨 黃冬冬 樊丙寶 學(xué) 號(hào) 099 128 134 指導(dǎo)教師 楊偉 目錄一、設(shè)計(jì)要求3（一） 設(shè)計(jì)內(nèi)容3（二） 設(shè)計(jì)要求3二、設(shè)計(jì)總體方案351單片機(jī)功能：3步進(jìn)電機(jī)工作原理：4方案比較與選擇5方案15方案26三、電路分析71、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖序列信號(hào)與轉(zhuǎn)速控制72、步進(jìn)電機(jī)方向與步距角的控制83、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及狀態(tài)顯示8驅(qū)動(dòng)電路：8狀態(tài)顯示：9步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表：9四、程序設(shè)計(jì)10流程圖：10主程序:10五、討論及進(jìn)一步研究建議12六、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)12

2、參考文獻(xiàn)：1313單片機(jī)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)要求 （1） 設(shè)計(jì)內(nèi)容：用89C52單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制器 （2） 設(shè)計(jì)要求： （1） 用AT89C52控制一個(gè)四相步進(jìn)電機(jī) （2） 可控制步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)與停止、正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、加速與減速（3） 2檔速度調(diào)節(jié) （4） 可顯示電機(jī)運(yùn)行參數(shù)二、設(shè)計(jì)總體方案 51單片機(jī)功能：5l系列單片機(jī)中典型芯片(AT89C51)采用40引腳雙列直插封裝(DIP)形式，內(nèi)部由CPU，4kB的ROM，256 B的RAM，2個(gè)16b的定時(shí)計(jì)數(shù)器TO和T1，4個(gè)8 b的工O端I：IP0，P1，P2，P3，一個(gè)全雙功串行通信口等組成。特別是該系列單片機(jī)片內(nèi)的Flash可編程

3、、可擦除只讀存儲(chǔ)器(EPROM)，使其在實(shí)際中有著十分廣泛的用途，在便攜式、省電及特殊信息保存的儀器和系統(tǒng)中更為有用。該系列單片機(jī)引腳與封裝如圖1所示。5l系列單片機(jī)提供以下功能：4 kB存儲(chǔ)器；256 BRAM；32條工O線；2個(gè)16b定時(shí)計(jì)數(shù)器；5個(gè)2級(jí)中斷源；1個(gè)全雙向的串行口以及時(shí)鐘電路。5l系列單片機(jī)為許多控制提供了高度靈活和低成本的解決辦法。充分利用它的片內(nèi)資源，即可在較少外圍電路的情況下讓步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)功能。圖1 51系列單片機(jī)封裝圖步進(jìn)電機(jī)工作原理：步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈

4、沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。28byj48是最普通的減速步進(jìn)電機(jī)，最大轉(zhuǎn)速大概是14圈/分鐘。該電機(jī)要是節(jié)拍太快的話，就不動(dòng)了，而且還有一點(diǎn)異響。這個(gè)型號(hào)的電機(jī)最適合用于學(xué)習(xí)，真正現(xiàn)實(shí)中用處不太大，無(wú)論是轉(zhuǎn)速、扭曲都不太理想，唯一有點(diǎn)就是價(jià)格便宜。ULN2003是達(dá)林頓陣列，能用這個(gè)驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電機(jī)很少，而且受到電流限制，性能不理想

5、。該減速比為64的，都適合精密旋轉(zhuǎn)，但要速度不可觀。要想提高轉(zhuǎn)速可以考慮以L298N驅(qū)動(dòng)，然后用28或者35步進(jìn)電機(jī)（不帶減速），稍微大一些，這樣達(dá)到30或60轉(zhuǎn)/分鐘比較容易。方案比較與選擇方案1：圖2 方案1原理圖 用到的元器件主要有：STC89C52芯片、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片、LED發(fā)光二極管、四相五線制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。一、此方案的優(yōu)點(diǎn)：1、 電路簡(jiǎn)單，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止的控制。2、 此方案通過(guò)LED燈可以反映電機(jī)工作狀態(tài)。二、此方案的缺點(diǎn)：3、 此方案程序未采取中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，CPU的利用率不高4、 無(wú)法直接顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。方案2：圖3 方案2原理

6、圖用到的元器件主要有：STC89C52芯片、ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片、四相五線制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、數(shù)字?jǐn)?shù)碼管 、三極管（驅(qū)動(dòng)），LED燈，蜂鳴器。一、此方案的優(yōu)點(diǎn)：1、此電路加入了LED燈、蜂鳴器、數(shù)碼管，能夠通過(guò)LED燈直觀的觀察電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，在加減速的時(shí)候可以有提示音,并且數(shù)碼管可以直觀顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速。2、元件比較齊全，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、停止的控制，此方案在加速、減速的基礎(chǔ)上增加了兩個(gè)加速檔和三個(gè)減速檔。3、此方案程序采取中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的控制，因此CPU的利用率很高，在程序編寫時(shí)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速非常穩(wěn)定，不會(huì)受其他程序的影響。二、此方案的缺點(diǎn)：1、由于程序采用中斷，數(shù)碼

7、管顯示在中斷外，因此顯示很不穩(wěn)定。三、電路分析3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)脈沖序列信號(hào)與轉(zhuǎn)速控制要步進(jìn)電機(jī)可以“步進(jìn)” 就得產(chǎn)生下圖所示的脈沖序列。此脈沖序列是用周期、脈沖高度、通斷時(shí)間來(lái)表征的。數(shù)字電路中，脈沖高度由元件電平?jīng)Q定，如TTL電平為05V，COMS電平為010V。步進(jìn)電機(jī)的每一步的響應(yīng)。都需要一定的時(shí)間，即一個(gè)高脈沖要保留一定的時(shí)間，以便電機(jī)完全達(dá)到一定的位置。通斷的時(shí)間可以利用延時(shí)在軟件中實(shí)現(xiàn)，這決定了步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際工作速率。圖4 脈沖序列3.2 步進(jìn)電機(jī)方向與步距角的控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁方式可分為全部勵(lì)磁及半步勵(lì)磁，其中全步勵(lì)磁又有1相勵(lì)磁及2相勵(lì)磁之分，而半步勵(lì)磁又稱12相勵(lì)磁。每輸

8、出一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)只走一步。因此，依序不斷送出脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)選擇半步勵(lì)磁（12相勵(lì)磁）： 12相勵(lì)磁法為1相與2相輪流交替導(dǎo)通。因分辨率提高，且運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，每送一勵(lì)磁信號(hào)可走9度。若以12相勵(lì)磁法控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，其勵(lì)磁順序如下所示(若勵(lì)磁信號(hào)反向傳送，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn))：勵(lì)磁順序：AABBBCC CD D DA通常步進(jìn)電機(jī)步距角的一般計(jì)算按下式計(jì)算。 =360/（ZmK） 式中 步進(jìn)電機(jī)的步距角； Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)； m步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)； K控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)3、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及狀態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)電路：其中1B、2B、3B、4B分別與P1.0、P1.1

9、、P1.2、P1.3相接。圖5 驅(qū)動(dòng)圖狀態(tài)顯示： 通過(guò)三位數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速。步進(jìn)電機(jī)時(shí)序表：步序控制位控制模型工作狀態(tài)DCBA1001103HAB2001002HB3011006HBC4010004HC511000CHCD6100008HD7100109HDA8000101HA四、程序設(shè)計(jì)流程圖：主程序: ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HORG INTT0ORG 0030HSTART:SETB EA SETB IT0 SETB EX0 MOV R0,#0 MOV R7,#8 CLR P2.0L1:MOV P1,#0FEH MOV DPTR,#TAB1 MOV A,R0 I

10、NC R0 LCALL DELAY1 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A JNB P2.0,JIAN.判斷加減速 LCALL DELAY2 JIAN:DJNZ R7,L4 MOV R0,#00H MOV R7,#8 L4:JNB P3.1,L2判斷正反轉(zhuǎn) JB P3.3,L7 L5:JB P3.3,L8.判斷停啟 LJMP L5L7:LJMP L1L2:MOV P1,#0FDH MOV R0,#00H MOV R7,#08HL3:MOV DPTR,#TAB2 MOV A,R0 INC R0 MOVC A,A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY1 DJNZ R7,L6

11、MOV R0,#00H MOV R7,#8 JB P3.3,L6L21:JB P3.3,L20LJMP L21 L6:JNB P3.3,L1JNB P3.0,L28LCALL DELAY2 L28:LJMP L3 L8:JB P3.3,L9 L10:JB P3.3,L1 LJMP L10 L9:LJMP L8 L20:JB P3.3,L22 L23:JB P3.3,L2 LJMP L23 L22:LJMP L20 INTT0:CPL P2.0 RETI DELAY1:MOV R4,#21.快速延時(shí)子程序 DEL2:MOV R3,#18 DEL3:DJNZ R3,DEL3 DJNZ R4,DEL

12、2 RETDELAY2:MOV R6,#55延時(shí)子程序DEL6:MOV R5,#22DEL5:DJNZ R5,DEL5 DJNZ R6,DEL6 RETTAB1:DB 03H,02H,06H,04H,0CH,08H,09H,01HTAB2:DB 01H,09H,08H,0CH,04H,06H,02H,03HEND五、討論及進(jìn)一步研究建議1、我們的作品只有具備基本功能，我們采取的是中斷的方式，數(shù)碼管顯示轉(zhuǎn)速的時(shí)候閃爍，并不穩(wěn)定，所以這方面的拓展功能還有待提高。2、編程時(shí)候需要注意步進(jìn)電機(jī)的步距角，才能較清楚的看得出電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。3、電路焊接方面考慮有小小的缺陷，在電機(jī)線插槽那部分由于空間考慮不足。

13、所以電機(jī)插槽無(wú)法完全插進(jìn)，不過(guò)未影響電路的運(yùn)行。4、線路有部分接觸不良，所以焊接時(shí)候還不是足夠完善.六、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì) 此次課程設(shè)計(jì)也許我們小組的每一位成員都收獲了許多。我們利用網(wǎng)絡(luò)查找了很多資料，并且學(xué)著用ISIS 7及Keil uVision4軟件去進(jìn)行仿真分析，在剛開始的進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，我們使用匯編語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，并且用ISIS 7把電路圖畫出來(lái)再進(jìn)行仿真分析，最終獲得成功。剛開始由于我們對(duì)步進(jìn)電機(jī)的知識(shí)掌握的不足，只知道送給電機(jī)一個(gè)脈沖信號(hào)就可以讓它轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，結(jié)果始終轉(zhuǎn)動(dòng)不起來(lái)。持續(xù)了好幾天的時(shí)間都沒(méi)有成功的讓它運(yùn)轉(zhuǎn)，所以我們決定去請(qǐng)教老師，老師給我們清晰講述了電機(jī)的工作原理，再結(jié)合著網(wǎng)上別人的程序，我們終于成功的讓它運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。知道原理的我們很容易的就實(shí)現(xiàn)的它的加速，因?yàn)橹灰屆}沖信號(hào)的頻率更高，就可以讓內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的速度更快，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的加速轉(zhuǎn)動(dòng)。 通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)，我們小組受益匪淺。一方面，我們將課堂上的理論知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)際，加強(qiáng)鞏固了理論知識(shí)，也提高了實(shí)際動(dòng)手能力，通過(guò)實(shí)踐反饋，了解到我們自身知識(shí)面的不足。另一方面，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，遇到問(wèn)題時(shí)候，我們小組列出可能問(wèn)題，一一進(jìn)行排查，找出問(wèn)題的所在，隊(duì)員之間分工明確，團(tuán)結(jié)合作，本次實(shí)驗(yàn)正是