专业综合设计课程设计基于单片机小功率电机控制.doc

电子工程学院设计报告 课程名称: 专业综合设计 设计课目：基于单片机的小功率电机控制 目 录 1. 系统设计方案 1 1.1现状分析步进电机 1 1.2总体方案论证步进电机调速方法 1 1.2.1 理论分析 1 2. 硬件设计 1 3. 软件设计 24 4. 系统调试 37 5. 结论与心得 38 参考文献 38 附录1 原理图 38 附录2实物图 39 附录3 源程序 39 1. 系统设计方案 1.1步进电机简介 步进电机是一种由脉冲控制转速的执行机构。它由转子和定子组成。定子是由硅钢片叠成，装上绕组。转子也是由硅钢片叠成，做成突级结构。常用的三相反应式步进电机的定子有6个磁极，转子有4个突齿。其工作的原理是电磁工作原理。当ABC相分别导电时，转子的凸齿与相应的相的绕组相对，这样来控制转子的转动。只要改变绕组的通电顺序就能改变步进电机的转动顺序。 绕组的通电方式有：单三拍、六拍和双三拍等。其中单三拍是指每次只有一相通电，双是两相通电，拍是指通电的次数。拍数越少步距角越大，否则越小。 输入的脉冲数越多，步进电机转动的角度就越多。同时，输入频率越高，则步进电机的转速就越快。同时，通过控制脉冲数量，就可以控制步进电机的转动的位置，因此还能使用步进电机进行定位。 步进电机具有以下特点 （1）控制简便 步进电机可以根据输入脉冲的数量控制旋转的角度，因此控制转动角度十分方便；还可以通过控制脉冲的频率控制步进电机的转速。而对于数字控制，对数量和频率的控制十分便利，因此步进电机的控制十分简单。 （2）可以开环控制 由于步进电机的转速误差不会累计，因此只要步进电机能正常工作，就只需要调节脉冲来控制速度即可达到一定的精度。 （3）寿命长 不用电刷，寿命取决于轴承。 步进电机当然也有缺点： （1）不适宜带惯性负载 （2）驱动需要使用脉冲，对驱动电路有要求。 （3）转速上升的同时，转矩下降 步进电机在启动和停止时容易失步，在脉冲频率过高、负载过大时也会 1.2步进电机调速方法 步进电机主要按一定的给电规律，给对应的绕组响应的电信号，电机将按一定的方向运行，而且每改变一次电信号电机将运行一步，如果连续给出响应电信号，电机将连续运行，只要改变电信号的频率，将获得不同的运行速度。如果用步进电机调速时，只要改变控制器的输出脉冲的频率，就可以实现步进电机的调速。也有厂家推出了内部集成有脉冲发生器的步进驱动器，用户只需输入模拟电信号或通过电位器即可实现步进电机的调速，如英纳仕推出的EZD系列产品。 1.2.1 理论分析 根据系统的设计要求可知，该系统的输入量为速度和方向，速度应该有增减变化，通常用加减按钮控制速度，这样只要2根线，再加上正反方向和启动/停止信号线共需要6根输入线。系统的输出线与步进电机的绕组数有关。这里选步进电机，工作电压为+5V，可以个单片机共用一个电源。系统采用了lcd显示屏，用来显示步进电机方向与转速的详细信息。 硬件设计 2.1 元件清单 元件清单 名称 型号 数量 万用板 9x15 1 单片机 STC89C52 1 单片机底座 40P 1 晶振 11.0592M 1 瓷片电容 22PF 2 电解电容 10UF 1 电阻 10K 1 按键 按键 7 开关 自锁开关 1 电源座 电源接口 1 电阻 1K 2 显示屏 LCD1602 1 电机驱动芯片 ULN2003 1 步进电机底座 5P 1 LED 2V 2 电源座 1 电源线 1 步进电机 1 2.2 LCD1602 在日常生活中，我们对液晶显示器并不陌生。液晶显示模块已作为很多电子产品的通过器件，如在计算器、万用表、电子表及很多家用电子产品中都可以看到，显示的主要是数字、专用符号和图形。在单片机的人机交流界面中，一般的输出方式有以下几种：发光管、LED数码管、液晶显示器。发光管和LED数码管比较常用，软硬件都比较简单，在前面章节已经介绍过，在此不作介绍，本章重点介绍字符型液晶显示器的应用。 在单片机系统中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点： 显示质量高 数字式接口 体积小、重量轻 功耗低 液晶显示简介 液晶显示原理 液晶显示的原理是利用液晶的物理特性，通过电压对其显示区域进行控制，有电就有显示，这样即可以显示出图形。液晶显示器具有厚度薄、适用于大规模集成电路直接驱动、易于实现全彩色显示的特点，目前已经被广泛应用在便携式电脑、数字摄像机、PDA移动通信工具等众多领域。 液晶显示器的分类 液晶显示的分类方法有很多种，通常可按其显示方式分为段式、字符式、点阵式等。除了黑白显示外，液晶显示器还有多灰度有彩色显示等。如果根据驱动方式来分，可以分