1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上成 績(jī) 評(píng) 定 表學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)12專(zhuān) 業(yè)通信工程課程設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)評(píng)語(yǔ)組長(zhǎng)簽字：成績(jī)?nèi)掌?20 年 月 日專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué) 院信息科學(xué)與工程學(xué)院專(zhuān) 業(yè)通信工程學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)12課程設(shè)計(jì)題目基于單片機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù):1. 熟悉步進(jìn)電機(jī)的基本原理。 2熟悉proteus的環(huán)境。3.在Proteus環(huán)境中仿真實(shí)步進(jìn)電機(jī)。4.運(yùn)行、調(diào)試步進(jìn)電機(jī)。5.對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行結(jié)果驗(yàn)證及分析。工作計(jì)劃與進(jìn)度安排:12月7日熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)、查閱資料、進(jìn)行原理分析及可行性論證。12月8日-9日組裝、調(diào)試步進(jìn)電

2、機(jī)。 （軟件：在Proteus環(huán)境中仿真實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)）12月11日驗(yàn)收、答辯、提交報(bào)告。指導(dǎo)教師： 201 年 月 日專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人：201 年 月 日學(xué)院教學(xué)副院長(zhǎng)：201 年 月 日目錄1. 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.1方案選擇基于單片機(jī)和proteus的步進(jìn)電機(jī)控制電路的基本組成如圖1-1所示。 圖1-1 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)正反轉(zhuǎn)動(dòng)及定位功能，包括控制開(kāi)關(guān)模塊；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模塊和運(yùn)行狀態(tài)顯示模塊。軟件部分實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制功能，主要設(shè)計(jì)思想通過(guò)控制臺(tái)控制程序的開(kāi)關(guān)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由電機(jī)反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)控制顯示器顯示數(shù)據(jù).。1.2步進(jìn)電機(jī)工

3、作原理步進(jìn)電機(jī)在結(jié)構(gòu)上也是由定子和轉(zhuǎn)子組成，可以對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度進(jìn)行高精度控制。當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)，該矢量場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁極磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一著該磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。因此，控制電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)實(shí)際上就是以一定的規(guī)律控制定子繞組的電流來(lái)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。每來(lái)一個(gè)脈沖電壓，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，稱(chēng)為一步。根據(jù)電壓脈沖的分配方式，步進(jìn)電機(jī)各相繞組的電流輪流切換，在供給連續(xù)脈沖時(shí)，就能一步一步地連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使電機(jī)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。每個(gè)脈沖所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)是精確的，并可重復(fù)，這就是步進(jìn)電機(jī)為什么在定位應(yīng)

4、用中如此有效的原因。通過(guò)電磁感應(yīng)定律我們很容易知道激勵(lì)一個(gè)線(xiàn)圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。通過(guò)改變定子線(xiàn)圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)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(chēng)為“步距步進(jìn)電機(jī)角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(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

5、機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。本課題選擇2相式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇1-2相驅(qū)動(dòng)。2.1單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)電路AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATME

6、L的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。圖2-1 單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)圖2.1.1時(shí)鐘電路單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)用來(lái)提供單片機(jī)片內(nèi)各種微操作的時(shí)間基準(zhǔn)，時(shí)鐘信號(hào)通常用兩種電路形式得到:內(nèi)部振蕩和外部振蕩。MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，引腳XTALl和XTAL2分別是此放大電器的輸入端和輸出端，由于采用內(nèi)部方式時(shí)，電路簡(jiǎn)單，所得的時(shí)鐘信號(hào)比較穩(wěn)定，實(shí)際使用中常采用這種方式，如圖3-1所示在其外接晶體振蕩器(簡(jiǎn)稱(chēng)晶振)或陶瓷諧振器就構(gòu)成了內(nèi)部振蕩方式，片內(nèi)高增益反向放大器與作

7、為反饋元件的片外石英晶體或陶瓷諧振器一起可構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器并產(chǎn)生振蕩時(shí)鐘脈沖。圖3-1中外接晶體以及電容C2和C1構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，它們起穩(wěn)定振蕩頻率、快速起振的作用，其值均為22PF。晶振頻率選12MHz 。2.1.2復(fù)位電路為了初始化單片機(jī)內(nèi)部的某些特殊功能寄存器，必須采用復(fù)位的方式，復(fù)位后可使CPU及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初始狀態(tài)開(kāi)始正常工作。單片機(jī)的復(fù)位是靠外電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在正常運(yùn)行情況下，只要RST引腳上出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期時(shí)間以上的高電平，即可引起系統(tǒng)復(fù)位，但如果RST引腳上持續(xù)為高電平，單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)。復(fù)位后系統(tǒng)將輸入/輸出(1/0)端口寄存器置為FFH，堆棧

8、指針SP置為07H, SBUF內(nèi)置為不定值，其余的寄存器全部清0，內(nèi)部RAM的狀態(tài)不受復(fù)位的影響，在系統(tǒng)上電時(shí)RAM的內(nèi)容是不定的。復(fù)位操作有兩種情況，即上電復(fù)位和手動(dòng)(開(kāi)關(guān))復(fù)位。本系統(tǒng)采用上電復(fù)位方式。 圖3-1中R0和C3組成上電復(fù)位電路，其值R0取為10K, C3取為10uF。2.2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路一片2003系列IC包含7個(gè)開(kāi)集極式輸出的反相器，而在每個(gè)輸出端都有一個(gè)連接到共同端的二極管，作為放電保護(hù)電路，它可提供最高0.5A的電流。對(duì)于步進(jìn)馬達(dá)而言，可能會(huì)有瞬間的大電流，但每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路所提供的工作周期都不高，驅(qū)動(dòng)IC應(yīng)該不會(huì)發(fā)熱。驅(qū)動(dòng)信號(hào)由8051的P1.0到P1.3連接到2003

9、系列IC的四個(gè)反相輸入端，輸出端連接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。2003系列IC的common端與不進(jìn)電動(dòng)機(jī)的com1,com2連接到+5V或+12v的電源上，而2003系列IC的第8腳接地。圖2-2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇2相50尺，并且是八拍運(yùn)行，則步距角為=360度/(50*8)=0.9度。正轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)：0001 0011 0010 01100100 1100 1000 1001反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)信號(hào)：1001 1000 1100 0100 0110 0010 0011 00012.3 發(fā)光二極管顯示電路與開(kāi)關(guān)電路的顯示用發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)顯示步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)D1亮，反轉(zhuǎn)時(shí)D2亮，電

10、機(jī)停止時(shí)D3亮。K1為正傳按鍵，K2為反轉(zhuǎn)按鍵K3為停止按鍵。該模塊與單片機(jī)I/O口線(xiàn)直接連接的電路如圖2-3所示。圖2-3 發(fā)光二極管、按鍵與80C51連接電路3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1 程序設(shè)計(jì)及框圖主程序中定義引腳和步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，子程序設(shè)定延遲時(shí)間，和對(duì)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的定位。當(dāng)按下K1時(shí)，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，并且D1發(fā)光二極管亮，當(dāng)按下K2時(shí)，D2發(fā)光二極管亮，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，當(dāng)按下K3時(shí)，D3發(fā)光二極管亮，步進(jìn)電機(jī)停止。 初始信號(hào) 初始信號(hào) 輸出 輸出 延遲 延遲 yes上一個(gè)信號(hào) nono下一個(gè)信號(hào)yes 8次？ 8次？ 圖3.1 左正轉(zhuǎn)、右反轉(zhuǎn)4電路仿真4.1Proteus軟件介

11、紹Proteus軟件是英國(guó)Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國(guó)內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。4.2步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)Proteus仿真在Proteus中完成連接，芯片導(dǎo)入程序后，仿真圖如下：圖4-1 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)仿真電路 所需元件列表: 器件型號(hào)數(shù)量器件型號(hào)數(shù)量單片機(jī)AT89C511個(gè)按鍵普通3個(gè)晶振12MHZ1 個(gè)芯片ULN200

12、31個(gè)電容30pf,10uf2個(gè)，1個(gè)發(fā)光二極管普通3個(gè)電阻10k,2201個(gè), 3個(gè)步進(jìn)電機(jī)2相，50齒1個(gè)按下K1,步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)仿真圖:圖4-2仿真開(kāi)始電機(jī)正轉(zhuǎn)按下K2,步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)仿真圖：圖4-3電機(jī)反轉(zhuǎn)顯示按下K3，步進(jìn)電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)的仿真圖：圖4-4電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)顯示4.3 仿真結(jié)果分析 通過(guò)仿真結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制，并且可以實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)三圈的定位。當(dāng)按下K1時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)三圈，按下K2時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)三圈，按下K3時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止。電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)可以通過(guò)發(fā)光二極管顯示出來(lái)。5總結(jié)經(jīng)過(guò)一學(xué)期的學(xué)習(xí)，我對(duì)單片機(jī)的使用有了不同于以往的認(rèn)識(shí)。從書(shū)本上的理論到現(xiàn)實(shí)中的硬件電路制作、軟件編

13、制以及軟硬件調(diào)試，難度大大地增加。但是通過(guò)這一過(guò)程我對(duì)單片機(jī)的認(rèn)識(shí)更加深刻。這對(duì)我今后從事該方面的學(xué)習(xí)工作是一個(gè)很好的基礎(chǔ)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我受益匪淺，讓我了解和掌握了一些編程思想和對(duì)I/O口的使用和應(yīng)用的條件的思考，對(duì)單片機(jī)的各個(gè)管腳功能的理解和掌握。實(shí)現(xiàn)了軟件和硬件的有效結(jié)合，缺一不可。設(shè)計(jì)讓我把單片機(jī)的理論知識(shí)用在實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)了理論和實(shí)踐相結(jié)合，從中更懂得理論的是實(shí)踐的基礎(chǔ)，實(shí)踐有能檢驗(yàn)理論的正確性，更激發(fā)了我對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的渴求，這些對(duì)我以后參加工作或者繼續(xù)學(xué)習(xí)都會(huì)有很大的幫助和影響。參考文獻(xiàn)1孫育才。單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用。 南京：東南大學(xué)出版社。20042潘新民 王燕芳。微型計(jì)算

14、機(jī)控制技術(shù)。 北京：電子工業(yè)出版社。2003 3李群芳。單片機(jī)原理及接口技術(shù)。北京：電子工業(yè)出版社。20084李光飛。單片機(jī)課程設(shè)計(jì)實(shí)例指導(dǎo)。北京：北京航空航天大學(xué)出版社。5張義和 王敏男。例說(shuō)51單片機(jī)（C語(yǔ)言版）附錄:源程序代碼C語(yǔ)言編程：#include <reg52.h>#define uint unsigned int#define uchar unsigned charuchar code FFW= 0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09;uchar code REV= 0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01;sbit K1 = P30;sbit K2 = P31;sbit K3 = P32;void DelayMS(uint ms) uchar i;while(ms-) for(i=0;i<120;i+);void SETP_MOTOR_FFW(uchar n) uchar i,j;for(i=0;i<5*n;i+) for(j=0;j<8;j+) if(K3 = 0)break;P1 = FFWj;DelayMS(25);void SETP_MOTOR_REV(uchar n) uchar i,j;for(i=0;i<5*n;