单片机课程设计步进电机资料.doc

单 片 机 原 理 步进电机 课 程 设 计 摘 要 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。电机的控制系统由AT80C51单片机控制，具有抗干扰能力强，可靠性高而且系统扩展容易等优势。本次课程设计中着重于通过控制脉冲数来控制位移，实现准确定位。基于步进电机本身的优越性和应用的广泛性，这正是用单片机控制步进电机课程设计的实际意义。 目录 一、课设题描述 4 二、总体实现原理 5 三、 步进电机原理及硬件设计 5 3.1 步进电机 5 3.1.1 步进电机的工作原理 5 3.1.2 控制原理 6 3.1.3 步进电机的驱动方式 7 3.2 输入显示部分 7 3.3 电源 7 四、 软件程序设计 8 4.1 主程序的设计 8 4.2 定时中断设计 9 4.3 外部中断设计 9 4.4 系统软件程序 12 总结 17 参考文献 18 一、课设题描述 传统的步进电机控制方法是由触发器产生控制脉冲来进行的，此种方法工作方式单一且难于实现人机交互，当步进电机的参数发生变化是，需要重新进行控制器的设计。而且由传统的触发器构成的控制系统具有控制电路复杂、控制精度低、生产成本高等缺点。由单片机控制的步进电机克服了以上缺点。它具有很高的精度，一般用在精确定位方面。 步进电机是一种将数字信号直接转换成角位移或线位移的控制驱动元件，具有快速起动和停止的特点。其驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的重复定位精度，并能实现正反转和平滑速度调节。它的运行速度和步距不受电源电压的波动及负载的影响，因而被广泛应用于数模转换、速度控制和位置控制系统。步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。单片机为微控制器的下位机和以计算机为上位机的步进电机控制系统，用软件代替步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加,灵活改变步进电机的控制方案,无需逻辑电路组成时序发生器，软件编程可灵活产生步进电机励磁序列来控制步进电机的运行方式。用此方式设计步进电机控制系统顺应了目前国内外控制系统微机化发展的趋势，充分利用了单片机的优点，使得通用性得到了提高伴随不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 图1 系统总体框图 三、 步进电机原理及硬件设计 3.1 步进电机 3.1.1 步进电机的工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。它将脉冲信号转变成角位移，步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。步进电机不能识别单片机发出的信号，应有驱动模块将单片机发出的信号进行转换、放大；才可以让步进电机做出相应的动作；驱动器在这里起到桥梁作用，为单片机与步进电机的连接而采用的；步进电机有单、双拍及单双混合式工作方式，课程设计采用四相五线式步进电机（双四拍工作方式），驱动模块应具备四根相线，才能满足步进电机的要求，驱动模块选取ULN2003芯片，ULN2003特点是低电压，低功率控制元件，符合课程设计要求 图2 步进电机驱动电路 3.2 输入显示部分 本系统是基于提高智能机灵活性而设计的，对于步进电机的频率、步数、位置和停止等通过键盘输入相应指令，由单片机输出步进电机控制信号来实现控制，用数码管显示输入的参数并在工作时动态显示剩下的步数。 显然，要显示一个字型就应该使此字型的相应发光二极管点亮，实际上就是送一个不同电平的组合代表的数据到数码管。在该步进电机的控制器中，电机可以正反转，可以加速、减速，其中电机转速的等级分为七级，为了方便知道电机的运行状态和电机的转速的等级，这里设计了电机转速和电机的工作状态的显示电路。 3.3 电源 电源为各个模块提供电能，让每个模块都能正常工作的基础 图3 主程序流程图 4.2 定时中断设计 步进电机的转动主要是给电机各绕组按一定的时间间隔连续不断地按规律通入电流，步进电机才会旋转，时间间隔越短，速度就越快。在这个系统中，这个时间间隔是用定时器重复中断一定次数产生的，即调节时间间隔就是调节定时器的中断次数，因而在定时器中断程序中，要做的工作主要是判断电机的运行方向发下一个脉冲，以及保存当前的各种状态。程序流程图如图4所示。 图4