正反转可控电机讲述.doc

学 号 天津城建大学 嵌入式系统及应用课程设计 设计说明书 起止日期： 年 月 日 至 年 月 日 学生姓名 班级 成绩 指导教师(签字) 学院 年 月 日 第1章 课程设计目的、要求、方案 1 1.1设计目的 1 1.2设计要求 1 1.3 设计方案 1 1.3.1控制方式的确定 1 1.3.2驱动方式的确定 1 1.3.3驱动电路的选择 2 1.3.4基本方案的确定 2 第2章 系统硬件设计 3 2.1 硬件设计思路 3 2.2 总体设计思路 3 2.3 单片机的选择 4 2.4 ULN2003A芯片 4 2.5步进电机 4 2.5.1 步进电机特性 5 2.5.2 步进电机种类 5 第3章 外围电路分析 6 3.1 键盘控制模块 6 3.2 LED发光模块 7 3.3 步进驱动模块 7 第4章 软件设计 8 4.1 程序设计思路 8 4.2 程序流程图 8 4.2.1 主程序流程图 8 4.2.2电机控制中断程序流程图 9 参考文献 10 附录 11 1.仿真电路图 11 2.参考程序 12 第1章 课程设计目的、要求、方案 1.1设计目的 （1）设计并实现给定步进电机的控制； （2）进一步掌握步进电机的控制方法； （3）进一步掌握单片机硬件和软件的综合设计方法。 1.2设计要求 （1）电机工作方式为三相双三拍，初始转速100r/min ； （2）能够实现电机的启/停功能； （3）能够实现电机的正/反转功能； （4）能够实现电机的加/减速功能。 1.3 设计方案 1.3.1控制方式的确定 步进电机控制是一个比较精确的控制，步进电机开环控制系统具有成本低、简单、控制方便等优点，在采用单片机的步进电机开环系统中，控制系统的CP脉冲的频率或者换向周期实际上就是控制步进电机的运行速度。系统可用两种办法实现步进电机的速度控制。一种是延时，一种是定时。延时方法是在每次换向之后调用一个延时子程序，待延时结束后再次执行换向，这样周而复始就可发出一定频率的CP脉冲或换向周期。延时子程序的延时时间与换向程序所用的时间和，就是CP脉冲的周期，该方法简单，占用资源少，全部由软件实现，调用不同的子程序可以实现不同速度的运行。但占用CPU时间长，不能在运行时处理其他工作。因此只适合较简单的控制过程。定时方法是利用单片机系统中的定时器定时功能产生任意周期的定时信号，从而可方便的控制系统输出CP脉冲的周期。 1.3.2驱动方式的确定 步进电机的驱动一般有两种方法，一种是通过CPU直接来驱动，这种方法一般不宜采用，因为CPU的输出电流脉冲是特别小的它不能足以让步进电机的转动；别一种是通过CPU来间接驱动，就是把从CPU输出的信号进行放大，然后直接驱动或是再通过光电隔离间接来驱动步进电机，这种方法比较安全可靠。固本次设计应采用CPU间接驱动步进电机。用编码器的测速发电机作为转速测量工具,因为选择了闭环控制，就必须有反馈元件，反馈元件一般有两种，一种是采用同轴的测速发电机，把步进电机的转速反馈回来，然后通过显示器显示出来并对步进电机进行调节；别一种是通过光同轴的电编码器把步进电机的转速反馈回来对步进电机进行调节；两者相比，后者的设计比较简单，价格便宜，安全可靠，污染少。固一般采用后者，用光电骗码器作为反馈元件。 1.3.3驱动电路的选择 步进电机的驱动电路有多种，但最为常用的就是单电压驱动、双电压驱动、斩波驱动、细分控制驱动等。但因本次设计对步进电机的精度要求比较高转速的调节范围比较广，固应选用驱动芯片ULN2003A来驱动，并通过软件来实现步进电机的调速。 1.3.4基本方案的确定 因本次设计的要求，选用三相双三拍步进电机，单片机选用89C51作为控制器。选用8279来驱动显示和键盘。选用ULN2003A作为步进电机的驱动芯片并通过光电耦合来驱动步进电机。然后用与步进电机同轴的光电编码器作为反馈元件，并把反馈回的信号经CPU处理后再由显示器显示出来。 第2章 系统硬件设计 2.1 硬件设计思路 步进电机控制系统共分为四个模块：单片机最小系统模块、键盘控制模块、发光模块、步进电机驱动模块。 单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。 键盘控制模块包括启停键、方向控制键、加速键和减速键，分别与单片机的P3.0、p3.1、p3.2和P3.3相连。实现对步进电机的控制。并且键盘上连接有发光二极管，以指示键盘状态。 步进电机驱动模块选用ULN2003A为步进电机提供脉冲信号，驱动步进电机转动。该模块与单片机的P1.0—P1.6相