毕业论文--基于步进电机的自动平衡系统设计论文.doc

毕业设计论文 基于步进电机的自动平衡系统 基于步进电机的自动平衡系统 摘 要 本系统以设计题目的要求为目的，采用89C52单片机为控制，利用角度传感器，跟踪单摆的角度来控制步进电机转的角度，实现平木板与地面保持水平的功能。整个系统的电路结构简单，可靠性能高。实验测试结果满足要求，本文着重介绍了该系统的硬件设计方法及测试结果分析。 关键词：角度传感器，步进电机，STC89C52RC Abstract The system requirements for the purpose of a design, using 89C52 microcontroller to control the use of angle sensors, tracking the angle of the pendulum to control the angle of the stepper motor turn Maintain the level of wood to achieve the level with the surface features. The whole system simple circuit structure, high reliability. Real Test results meet the requirements, this article focuses on the system hardware design and test results. Keywords: angle sensor, stepper motor, STC89C52RC 目 录 Abstract 2 目 录 3 第一章 前言 4 第二章 方案设计与论证 5 一、实现方法与框架 5 （一）实现方法 5 （二）系统设计框架 5 二、控制器模块 5 三、角度检测模块 6 四、角度调整模块 6 五、电源模块 7 第三章 电路硬件设计 8 一、步进电机驱动系统 8 （一）L297与单片机接口图 8 （二）步进电机驱动电路 8 二、角度传感器 9 三、AD 转换系统 9 四、硬件支架图 10 五、单片机最小系统 11 （一）单片机主模块 11 （二）通讯模块 13 六、其他元器件简介 13 （一）L297的工作原理介绍 13 （二）L298N引脚图 15 （三）L297/L298组合应用实例 16 （四）ADC8032资料 16 第四章 软件设计 17 一、软件设计说明 17 二、任务流程图和模块框图 19 第五章 系统功能和调试 20 一、测试方法与仪器 20 （一）测试仪器 20 （二）测量方法 20 二、系统功能 20 第六章 总结 21 致谢 22 参考文献 23 附录A 程序清单 24 第一章 前言 步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移的控制电机。目前，数字技术、计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动了步进电机的发展。本设计针对目前各个领域对自动化的需要，采用STC89C51单片机与L297，L298N第二章 方案设计与论证 一、实现方法与框架 （一）实现方法 本题要求做一个单摆，摆杆不得受重力以外的任何外力控制，在单摆被给任意 角度后，做自由摆动，期间，单摆下部的平板时刻保持与水平面平衡。我们利用步进 电机与角度传感器来保持下部的平板始终保持与水平面齐平，从而达到各项功能。 （二）系统设计框架 本设计的目的是实现单片机能能控制步进电机的起/停、转向、加/减速和位置控制。在熟悉好各芯片的性能特点后，接下来就是分配好各芯片的控制任务。单片机主要完成脉冲的分配，使步进电机按照设定的方式运转，通过程序设定，从单片机的I/O口输出一系列有规律的脉冲信号；由于直接输出的脉冲信号驱动功率有限，很难直接驱动步进电机运转，所以必须经过驱动器进行脉冲放大，本设计采用的L297与L298N芯片能解决这个问题，它可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机。利用单片机程序分配好控制字的存储单元，以及相应的内存地址赋值，使单片机能控制步进电机的起停、换向顺序、速度和位置变化。 二、控制器模块 方案一：采用ATMEL 公司的STC89C52RC。5252 单片机需要仿真器来实现软硬件调试。 方案二：采用8位ST62T系列，ST6ST6器件采用16引脚到28引脚封装，内部集成了1到4KB的OTP（一次性可编程）或ROM存储器。 根据本题的要求，我们选择第一种方案 三、角度检测模块 角度检测模块在这个系统中起到了绝对重要的作用，由于单摆的过程中角度的变化以及变化的速度都是不同的，为了让步进电机跟随单摆而不停的改变平板的角度实现平板与水平面齐平。我们归类了以