步进电机专业课程设计--步进电机控制系统设计.doc

课程设计报告 专业班级 课 程 微机原理及单片机接口技术应用 题 目 步进电机控制系统设计 学 号 学生姓名 指导教师 2014年12月 课程设计任务书 学生姓名 专业班级 学 号 指导教师 职 称 教研室 自动化教研室 课 程 微机原理及单片机接口技术应用 题 目 步进电机控制系统设计 任务与要求 1）利用STAR系列实验箱上的步进电动机搭建电路图，用单片机产生步进电机的控制脉冲设计合适的外围驱动电路，经过功率驱动装置，控制步进电机运行。 2）用软件完成脉冲分配任务，由 LED 显示步进电机的实际转数； 3）使步进电机以每分钟 6 转的速率正向旋转 10min、停 3S；然后，使步进电机以每分钟30 转的速率反向旋转 10min。 4）画出典型的步进电机控制系统框图,给出程序的设计思路和软件流程框图。 5）能在实验箱直接按要求演示。 开始日期 2014年11月18日 完成日期 2014年12月8日 2014年12月8日  目录 设计目的……………………………………………设计和要求…………………………………………………………………………… 1 功能模块设计与分析………………………………电路的安装与调试……………………………………………………………… 12 心得体会……………………………………………电路图………………………………… 14 一、设计目的 1、通过做此设计，要求掌握步进电机的基本原理以及工作方式。 2、了解影响转速的因素有哪些。 3、学会用软件来控制电机的转动方向、转速，并用LED显示出来。 4、进一步了解51单片机的程序编写以及一个课题的构思，设计，仿真，实现的全过程。 二、设计要求和 三、总体设计方案 3.1方案的论证与比较 3.1.1总方案的论证与比较 方案一：利用8086CPU与8255A可编程并行I/O芯片的组合。转速利用8253的工作方式2（分频工作方式）来进行调速，时间通过计算的步数来设置，来达到要求。但是实验箱上的步进电机不知道型号，所以我们无法得到它的具体参数。如果要用分频来调速，只能大致估算。那采用设置步数来定时就更不准确了。 方案二：利用专用芯片驱动电机的转动，通过利用STC89C52单片机结合专用芯片驱动，自行设计电路，应用单片机的内部定时来设置时间，通过延时函数来控制电机速的转速，并改变方向。这种方法用的芯片少，接线简单，不容易出错。并且能精确控制转速和时间。 通过比较，选择第二种方案。 3.1.2驱动电源的选择 方案一：使用多个功率放大器件。使用多个功率放大器件驱动电机，通过使用不同放大电路和不同参数的器件，可以达到不同控制要求，放大后能够得到较大频率；但由于使用的是四相步进电机，就需要对四路信号分别放大，由于放大电路很难做到完全一致，当电机功率较大时运行起来会不稳定，而且电路的制作也比较复杂。 方案二：专用驱动芯片。专用驱动芯片针对性强，简单高效和可以直接用单片机的I/O口提供信号的优点。此处选用ULN2003为高压大电流达林顿晶体管阵列，由功率电路来扩展输出电流以满足被控元件的电流电压，具有电流增益高，工作电压高，温度范围宽，带负载能力强等特点，适用于各类要求高速大功率驱动，尤其步进电机。 通过比较，选择方案二。 3.1.3输出显示的选择 方案一：用七段LED数码管显示。若是直接选用一位的七段LED数码管，占用I/O口较多，浪费资源，故考虑应用四位一体共阴极七段LED数码管，这样只需要占用P0和P2口，简单，易于编程。 方案二：16*16点阵显示。8* 8点阵可以显示数字、字母、图形、曲线等， 要显示一个汉字需要4块点阵即16*16点阵。点阵汉字显示其组成方式灵活、 显示稳定、功耗低、寿命长、技术成熟、成本低廉，但是由于不清楚实验箱上 的点阵接线，以及编程方式。 通过比较，选择方案一。 3.2系统总体框图 图1 系统原理框图模块设计与分析本设计采用（晶振频率为12MHZ）对四相步进电机进行控制。通过I/O口输出的具有时序的方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机。用使用串行接法可以节约I/O口资源…）,八拍（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A-…）或（A-AD-D-DC-C-CB-B-BA-A-…）。 本实验选用四相八拍的运行方式来控制步进电机转动。这是一种将一相通电和两相通电结合起来的运行方式，其具体通电方式为：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA或A-AD-D-DC-C-CB-B-BA，即一相通电和两相通电