单片机-步进电机控制论文讲述.doc

郑州科技学院 《单片机原理及应用》课程设计 题 目 基于51单片机的单个步进 电机控制器设计与实现 学生姓名 XX 专业班级 XX 学 号 XX 院 （系） 信息工程学院 指导教师 XXXX 完成时间 年 月 日 目 录 0 引言 11　步进电机控制总系统设计 1 1.1　系统框架 1 1.2　主控芯片选择 2 1.3　步进电机的选择 3 1.4　电机驱动的选择 4 2 系统硬件电路设计 4 3 控制系统软件分析与设计 16 3.1 主程序流程图 17 3.2 读按键子程序流程图 18 3.3 按键处理子程序流程图 19 3.4 电机控制中断程序流程图 20 4 系统调试与改进 22 5 总 结 24 参考文献 26 附录1 系统总体电路图 27 附录2 元器件清单 28 附录3 源程序 28 0 引言 本论文所选的步进电机是四相步进电机，采用的方法是利用单片机控制步进电机的驱动。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。本次毕业设计就是通过改变脉冲频率来调节步进电机的速度的，并且通过数码管显示其转速的级别。另外通过单片机实现它的正反转，步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。 本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用STC89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，并且将步进电机的转动速度动态显示在数码管上。 主要实现功能： （1）4个按键控制整个电路，对应功能分别是：正转、反转、速度加、速度减； （2）（3）4个小红灯，分别指示电机的转速。 1　步进电机控制总系统设计 1.1　系统框架 硬件主要以单片机为核心，本次毕业设计选用的步进电机是四相步进电机，通过软件和硬件的结合实现步进电机的启停、正转、反转、加速、减速功能，并且步进电机所处的状态用相应的发光二极管显示。主要通过三大块来设计，包括驱动电路的设计、状态显示部分和按键部分是设计。 本设计的系统总框图如图2-1所示。 图1-1 总体设计框图 1.2　主控芯片选择 单片机微型计算机是微型计算机的一个重要分支，也是颇具生命力的机种。单片机微型计算机简称单片机，特别适用于控制领域，故又称为微控制器。 通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。 从控制系统的大小和复杂度出发，必须考虑单片机的基本参数和增强功能。前者往往需要考虑芯片的速度，ROM容量，I/O引脚数量和工作电压(1.8V/3V/5V)等，后者则包括是否拥有看门狗，双指针，双串口，实时时钟，CAN接口，SPI接口，USB接口等附加模块。本设计中受控对象只有超声波、声光报警，复杂度低，采用低端的通用的单片机芯片就能够满足要求。 从容易学习掌握的角度出发，要求所选单片机支持简单易学的编程语言，并且拥有软件支持的良好编程环境。同时还应当有丰富的资料支持，包括详尽的芯片说明书，应用指南，设计方案，范例程序等。 从工作可靠性的角度出发，要求所选芯片有较宽工作温度范围，较低的功耗和一定的抗干扰能力。按适用的工作温度分，常用单片机芯片可分为商用级、工业级、军品级，这里选择一般的商用机即可。在功耗和抗干扰方面，本控制系统的要求都不高，一般的单片机芯片都能满足要求。 综上所述，本系统选择STC89C51单片机作为主控芯片。足够本设计运行，且价格便宜，下载程序方便。 1.3　步进电机的选择 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。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。