(完整word版)基于單片機的步進電機轉(zhuǎn)速控制

1、word 格式文檔專業(yè)整理電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)設(shè)計實踐名:號:指導(dǎo)教師:*大學(xué)*學(xué)院*年*月*日專 業(yè):班 級:*word 格式文檔專業(yè)整理基于單片機的步進電機調(diào)速與正反轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)1系統(tǒng)要求步進電動機是用電脈沖信號進行控制， 將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線 位移的微電動機，它最突出的優(yōu)點是可以在寬廣的頻率范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率 來實現(xiàn)調(diào)速，快速起停、正反轉(zhuǎn)控制及制動等，并且用其組成的開環(huán)系統(tǒng)既簡單、 廉價，又非?？尚校虼嗽诖蛴C等辦公自動化設(shè)備以及各種控制裝置等眾多領(lǐng) 域有著極其廣泛的應(yīng)用。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電動機的需求量 與日俱增，研制步進電機驅(qū)動器及其控制系統(tǒng)具有十

2、分重要的意義。本設(shè)計基于 單片機控制的步進電機設(shè)計課題是以單片機為主控制模塊，從而實現(xiàn)電機的啟停、 正反轉(zhuǎn)和調(diào)速的目的的一個設(shè)計課題。在課題設(shè)計之前，通過互聯(lián)網(wǎng)了解到了當(dāng) 前步進電機的發(fā)展狀況及發(fā)展前景。同時也了解了當(dāng)今最先進的步進電機所具備 的功能，方便為課題設(shè)計提供參考和借鑒；最后，通過畫原理框圖的形式，以最 直觀的方式為整個課題設(shè)計制定了流程及要求。1.1設(shè)計目的電子器件市場調(diào)研與系統(tǒng)設(shè)計實踐是本專業(yè)的重要實踐教學(xué)環(huán)節(jié)，強調(diào) 實際應(yīng)用技能訓(xùn)練。結(jié)合自動化專業(yè)系列課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)我們對電子器件的認 知，鍛煉我們的市場調(diào)研能力，加深我們對自動化專業(yè)系列課程知識的掌握。通 過課程設(shè)計環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)

3、生與人交往、獨立思考和處理問題的能力。1.2設(shè)計內(nèi)容及要求本次課程設(shè)計所選的步進電機是四相步進電機， 采用的方法是利用單片機控 制步進電機的驅(qū)動。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當(dāng)步進 驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角 度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制 脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻 率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。本次課程設(shè)計就是通 過改變脈沖頻率來調(diào)節(jié)步進電機的速度的，并且通過數(shù)碼管顯示其轉(zhuǎn)速的級別。 另外通過單片機實現(xiàn)它的正反轉(zhuǎn)，步進電機

4、可以作為一種控制用的特種電機，利 用其沒有積累誤差（精度為 100%100%的特點，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。2系統(tǒng)方案及原理2.1系統(tǒng)設(shè)計方案該步進電機調(diào)速系統(tǒng)主要具有電機啟停、調(diào)速、正反轉(zhuǎn)控制和顯示功能，現(xiàn) 將該步進電機調(diào)速控制系統(tǒng)實現(xiàn)的所有功能的具體步驟整理如下：(1)(1)步進電機啟停功能。單片機預(yù)設(shè)初值，預(yù)設(shè)初值脈沖發(fā)送給驅(qū)動器，驅(qū)動 步進word 格式文檔專業(yè)整理電機按預(yù)設(shè)的最低速運行。(2)(2)步進電機調(diào)速功能。將產(chǎn)生的不同頻率和脈寬的脈沖信號輸入到驅(qū)動器 中，驅(qū)動電機在單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)動若干個步角距。(3)(3)步進電機轉(zhuǎn)向控制。通過改變步進電機繞組的通電相序， 改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向，從

5、而實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)控制功能。(4)(4)復(fù)位功能。通過復(fù)位單片機，使單片機輸出的脈沖復(fù)位為預(yù)設(shè)初值，從而 使步進電機復(fù)位為預(yù)設(shè)最低速度運行。(5)(5)顯示功能。通過在四位一體數(shù)碼管中顯示設(shè)定步進電機目前的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn) 向。2.2自動澆花系統(tǒng)原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載 的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受 負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性 關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、 位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。正常情況下，步進電機轉(zhuǎn)

6、過 的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比； 連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時， 電動機的轉(zhuǎn)速與 輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動和負載變化的影響。系統(tǒng)是單片機控制，整個設(shè)計的電壓是 5v5v，所以電機的電壓也要選擇 5v5v 可以 驅(qū)動的，所以本實驗選擇 28BYJ-4828BYJ-48 步進電機作為設(shè)計對象，步進電機 28BYJ4828BYJ48 型 四相八拍電機，電壓為 DC5DC5 DC12VDC12V 當(dāng)對步進電機施加一系列連續(xù)不斷的控制脈 沖時，它可以連續(xù)不斷地轉(zhuǎn)動。每一個脈沖信號對應(yīng)步進電機的某一相或兩相繞 組的通電狀態(tài)改變一次，也就對應(yīng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定的角度(一個步距角)。當(dāng)通電 狀態(tài)

7、的改變完成一個循環(huán)時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距。原理框圖如圖1 1。圖 1 步進電機控制系統(tǒng)原理框圖3市場調(diào)研及硬件設(shè)計word 格式文檔專業(yè)整理3.1市場調(diào)研認真分析了題目所要求的功能后，進行了系統(tǒng)設(shè)計。對方案進行了仿真實驗， 并對所需的器件進行了市場調(diào)研，通過不同的途徑，包括淘寶店、天貓購物、實 體店，對比分析后，最優(yōu)方案是通過淘寶店購買元器件。 主要的元器件羅列如表 1 1表 1 硬件電路板主要元器件序號名稱型號數(shù)目單價(元)1數(shù)碼管3641BS 共陽11.602電容100uf/25V10.0410uf/25V10.0430pf/50V20.013電源接口DC-013 直插10.034輕觸開關(guān)6

8、*6*5 直插式50.035電阻10K10.021K80.016發(fā)光二極管LED40.057步進電機28BYJ4813.258三極管855040.069單片機STC89C51RC12.8010電機驅(qū)動ULN200310.7511插座DIP4010.25DIP1610.1512晶振DS12.000MHZ10.21通過硬件電路搭建后，完成實物電路板的焊接過程，實物圖見附錄A A。3.2電路原理圖從控制系統(tǒng)的大小和復(fù)雜度出發(fā)，必須考慮單片機的基本參數(shù)和增強功能。 前者往往需要考慮芯片的速度，ROMROM 容量，I/OI/O 引腳數(shù)量和工作電壓(1.8V/3V/5V)(1.8V/3V/5V) 等，后者

9、則包括是否擁有看門狗，雙指針，雙串口，實時時鐘，CANCAN 接口，SPISPI 接口，USBUSB 接口等附加模塊。本設(shè)計中受控對象只有超聲波、聲光報警，復(fù)雜度低， 采用低端的通用的單片機芯片就能夠滿足要求。P0P0 口為四位一體數(shù)碼管的段選。P1.0P1.0 為步進電機啟停按鍵定義，P1.1P1.1 為步進 電機正反轉(zhuǎn)按鍵定義，P3.0P3.0 為步進電機加速按鍵定義，P3.1P3.1 為步進電機減速按鍵 定義，word 格式文檔專業(yè)整理P2.0P2.0、P2.1P2.1、P2.2P2.2、P2.3P2.3 為四位一體數(shù)碼管的位選。 P2.7P2.7、P2.6P2.6、P2.5P2.5、w

10、ord 格式文檔專業(yè)整理4 硬件調(diào)試及分析4.1 Proteus軟件仿真在實物制作前，需要首先在ProteusProteus 仿真軟件中對電路進行設(shè)計（即對硬件電路圖進行合理的搭配，如圖 2 2），通過仿真軟件測試電路與編譯的程序相配合， 檢查外圍電路設(shè)計是否合理，程序編譯是否正確，以及軟件和硬件是否能夠正常 配合工作，實現(xiàn)設(shè)計中的要求，若仿真電路沒有問題，就可以在實際電路中對實 物進行焊接制作。我選擇單片機仿真軟件 Proteus8.2Proteus8.2 仿真以及 Keil4Keil4 編譯。源程 序見附錄 B B。4.2按鍵電路按鍵操作在四位一體數(shù)碼管上顯示步進電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，有啟停按

11、鍵，正 反轉(zhuǎn)按鍵以及加減速按鍵，如圖3 3。=動停止E轉(zhuǎn)F屋轉(zhuǎn) ri K4OOio -1 K2 |11K3p3Q_oo_ o嚴電HBBH圖 3 按鍵電路圖4.3顯示電路檢測到土壤濕度濕度和預(yù)先設(shè)置的上下限值，顯示在液晶顯示屏上，如圖4 4P2.4P2.4 為脈沖信號輸入端定義，原理圖如圖FttLAE*P0：5AMp? i.JdPZENlVSUEEAPSW1甩和跖斗P10啊戸皿P1.1zP3J:W5jiP1 4P54TiTPWHF1 fl巧血P1J圖 2 系統(tǒng)原理圖2 2。二工乙旦word 格式文檔專業(yè)整理4.4驅(qū)動電路STC89C51RSTC89C51R 的 P2P2 口作為驅(qū)動電路的控制引腳

12、，P2P2 輸入高電平時，對應(yīng)的輸 出為 0 0，LEDLED 燈亮，步進電機轉(zhuǎn)動，水泵工作；P2P2 口輸入低電平時，對應(yīng)輸出為 1 1, LEDLED 燈熄滅，步進電機停止轉(zhuǎn)動，如圖 5 5。圖 5 驅(qū)動電路5 總結(jié)在把理論設(shè)計轉(zhuǎn)換成實物的整個過程，如：電路設(shè)計、分析計算、畫電路圖、 焊接電路、檢查調(diào)試、軟件流程控制設(shè)計分析、編寫調(diào)試軟件、燒寫軟件到整個 軟硬件系統(tǒng)的調(diào)試，最后直到系統(tǒng)完成。其中整個系統(tǒng)的前期準備是首先必須做 到位的，如控制什么、用什么控制、得到什么結(jié)果，進而對各部分應(yīng)選擇具體的 芯片作進一步的考慮，以使系統(tǒng)得到最優(yōu)的表現(xiàn)。通過本課題，一方面我在查閱資料的基礎(chǔ)上，了解 ST

13、C89C5STC89C5 單片機控制的一 些基本技術(shù)，掌握其控制系統(tǒng)的分析方法與實現(xiàn)方法 ，能對單片機外圍電路設(shè)計進 行系統(tǒng)學(xué)習(xí)與掌握；另一方面，在設(shè)計步進電機控制系統(tǒng)的硬件電路，控制程序 和相應(yīng)的電路圖時，應(yīng)充分運用說學(xué)知識，善于思考，琢磨，分析。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書本，以解決理論和實際教學(xué)中的實際問題為目的， 還要以實踐相結(jié)合，理論問題即實踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)生自己就是 一個專家，通過自己的手來解決問題比用腦子解決問題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采 取理論與實踐結(jié)合的方式，理論的問題，也就是實踐性的課題。這種做法既有助 于完成理論知識的鞏固，又有助于帶動實踐，解決實際問題，加強我們的

14、動手能 力和解決問題的能力。圖 4 步進電機一檔速正轉(zhuǎn)B B B B B B n n B B B B B B12 3 4 & G /0word 格式文檔專業(yè)整理參考文獻1王思明，張金敏，茍軍年單片機原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計M.北京：科學(xué)出版社,2012.2周潤景，文 U 曉霞.基于 PROYEUS 勺電路設(shè)計、仿真與制板M.北京：電子工業(yè)出版社,2013.8.3潭浩強.C 語言程序設(shè)計.清華大學(xué)出版社M.2005.07.4張毅剛,MCS-51 單片機應(yīng)用設(shè)計M.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2004.5劉樂喜.微機計算機接口技術(shù)及應(yīng)用M.華中科技大學(xué)出版社.2005.08.馮博琴微型計算機原理與接口

15、技術(shù)M.清華大學(xué)出版社.2004.word 格式文檔專業(yè)整理附錄 A 實物圖word 格式文檔專業(yè)整理#in clude#defi ne uchar un sig ned char#defi ne uint un sig ned int#defi ne led P0數(shù)碼管段選#defi ne haha P2sbit si = P1A0;sbit s2 = P1A1;sbit s3 = P3A0;sbit s4 = P3A1;/反轉(zhuǎn)，s3 加 1, s4 減 1sbit wei3 = P2A3;sbit wei2 = P2A2;sbit weil = P2Al；sbit wei0 =卩2人0；

16、義sbit a = P2A7;sbit b = P2A6;sbit c = P2A5;sbit d =卩2人4;uchar codedisplay11=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8,0 x80,0 x90,0 xff;共陽數(shù)碼管驅(qū)動信號0-9，不顯示ucharcode time_cou nter102=0 xda,0 x1c,0 xde,0 xe4,0 xe1,0 xec,0 xe5,0 xd4,0 xe9,0 xbc,9.7 -1ms0 xed,0 xa4,0 xf1,0 x8c,0 xf5,0 x74,0 xf9,0 x5c

17、,0 xfc,0 x18;uchar code qudo ng8=0 x80,0 xc0,0 x40,0 x60,0 x20,0 x30,0 x10,0 x90;uchar numi = 0;/控制取勵磁信號變量uchar num2 = 8;uchar k=1;/加減檔位控制，1 為最小檔bit flag1 = 0;/初始正轉(zhuǎn)，正反轉(zhuǎn)標志uchar buf4=0,10,10,1;/數(shù)碼管顯示緩存，正轉(zhuǎn)，不顯示，不顯示，顯示 1 檔位,高-低/=定 時 器 0/1 初 始 化 函 數(shù)void T0_T1_i nit()TMOD = 0 x11;/定時器 0/1 均工作于方式 1,16 位計時方式

18、TH0 = (65536 - 4000)/256;TL0 = (65536 - 4000)%256;/ 定時器 0,定時 4ms用于數(shù)碼管掃描顯示TH1 = time_cou nterk-10;TL1 = time_cou nterk-11;定時器 1， 定時 10ms 用于步進電機轉(zhuǎn)速控制TR0 = 1;TR1 = 1;ET0 = 1;ET1= 1;/開定時器中斷EA = 1;/ 開總中斷=ms級延時函數(shù)附錄 B 源程序按鍵定義,s1 正轉(zhuǎn)，s2數(shù)碼管位選定脈沖信號輸入端定義word 格式文檔專業(yè)整理void delaylm (uint x)uint i,j;for(i=0;ix;i+)/連

19、數(shù) x 次，約 x msfor(j=0;j 10 )k = 1;buf2= k/10;速度加 1 檔word 格式文檔專業(yè)整理buf3= k%10;while(!s3);if(s4 = 0) / 速度減 1 檔 delay1m(3);if(s4 = 0)k-;if(k = 0)k = 10;buf2= k/10;buf3= k%10;while(!s4); /=定時器 o 中斷函數(shù)，用于數(shù)碼管掃描顯示 void timeO_ interrupt()i nterrupt 1 static num = 0;THO = (65536 - 4000)/256;TLO = (65536 - 4000)%

20、256;switch( num)case 0:wei3=1;wei2=1;wei1=1;wei0=0;led = displaybuf3;break;case 1:wei3=1;wei2=1;wei1=0;wei0=1;led = displaybuf2;break;case 2:wei3=1;wei2=0;wei1=1;wei0=1;led = displaybuf1;break; case3:wei3=0;wei2=1;wei1=1;wei0=1;led = displaybuf0;break;nu m+;if(num = 4)num = 0;定時器 0,定時 4ms 用于數(shù)碼管掃描顯示word 格式文檔專業(yè)整理/=定時器 1 中斷函數(shù)，用于脈沖頻率控制 void time1_ interrupt()i nterrupt 3 static numl = 0;static num2 = 0;TH1 = time_cou nterk-1O;TL1 = time_cou nterk-11; if(flag