基于51单片机的步进电机控制.docVIP

课 程 设 计 基于51单片机的步进电机控制 机械电子工程学院 测控技术与仪器 XXXXX Xxx 2012年1年4日 步进电机控制系统 ［摘要］ 本课程设计的内容是利用51单片机，达到控制步进电机的启动、停止、正转、反转、两档速度和状态显示的目的，使步进电机控制更加灵活。步进电机驱动芯片采用ULN2803，ULN2803具有大电流、高电压，外电路简单等优点。利用四位数码管增设电机状态显示功能，各项数据更直观。实测结果表明，该控制系统达到了设计的要求。 关键字：步进电机、数码管、51单片机、ULN2803 一 步进电机与驱动电路 1.1 什么是步进电机??? 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机分永磁式（PM）反应式（VR）和混合式（HB）三种永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。精度步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。过载性好其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置都有严格要求的场合；控制方便步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场；整机结构简单传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。 图3所示的电路为四相混和型步进电机晶体管驱动电路的基本方式。它的驱动电压是固定的。表1列出了全部步进开关的逻辑时序。 步数 Q1 Q2 Q3 Q4 1 1 0 1 0 2 1 0 0 1 3 0 1 0 1 4 0 1 1 0 5 1 0 1 0 表1 二 方案设计与论证 图2.31 2.4驱动电路设计 驱动电路可分为：三极管直接驱动（图3），采用斩波恒流驱动方式（图2.41）和芯片驱动电路等。驱动电路的性能直接关系到步进电机走步的准确与稳定。本电路采用驱动芯片ULN2803。ULN2803是一种大电流 图2.42 三 电路设计 3.1、设计要点和软硬环境 1、步进电机的设计要点和软硬件环境 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。即步进电机是将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。步进电机的控制可以用硬件，也可以用软件通过单片机实现。硬件方法是采用脉冲分配器芯片进行通用换相控制；而软件方法是用单片机产生控制脉冲来控制步进电机的运行状态，这种方法可简化电路，降低成本。 在用软件控制时，主要设计要点如下： 判断旋转方向； 按相序确定控制字； 按顺序输入控制字； 确定控制步数和每一步的延时时间。 由于单片机的驱动电流一般都比较小，不能直接驱动电机工作，所以单片机的I/O口输出必须接驱动电路，即功率驱动，才得以控制电机正常工作。控制框图如下图所示： （2）、相关参数设定： 这里采用四相六线步进电机，这款步进电机的驱动电压12V，步进角为 7.5度 . 一圈 360 度 , 需要 48 个脉冲完成A-AB-B-BC-C-CD-D-DA。所以其正转控制脉冲为：01h,09h,08h,0ch,04h,06h,02h,03h,00h；反转控制脉冲为：01h,03h,02h,06h,04h,0ch,08h,09h,00h。一、单片机最小系统的硬件原理接线图： 　　1、 接电源：VCC（PIN40）、GND（PIN20）。加接退耦电容0.1uF 　　2、 接晶体：X1（PIN18）、X2（PIN19）。注意标出晶体频率（选用12MHz），还有辅助电容0pF 　　3、 接复位：RES（PIN9）。接上电复位电路，以及手动复位电路，分析复位工作原理 　　4、 接配置：EA（PIN31）。说明原因。 　　二、单片机内部I/O部件：(所为学习单片机，实际上就是编程控制以下I/O部件，完成指定任务) 　　1、 四个8位通用I/O端口，对应引脚P0、P1、P2和P3； 　　2、 两个16位定时计数器；（TMOD，TCON，TL0，TH0，TL1，TH1） 　　3、 一个串行