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1、单片机原理与应用技术课程设计报告题目:基于单片机控制的步进电机控制器 完成日期：2008年12月12日基于单片机控制的步进电机控制器课程设计任务书一设计要求（一）基本功能1实现步进电机的正反转控制。2实现步进电机的加速控制。3实现步进电机的减速控制。如过载保护、欠压保护、短路保护和防飞车等功能。（二）扩展功能任意设定一点为圆心，实现一个直径为10cm的圆形轨迹运动。二设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）进行电路模拟仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；三编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。四答辩在规定时间内，完成叙述并回
2、答问题。五计划完成时间 三周1第一周完成软件和硬件的整体设计，同时按要求上交设计报告一份。2第二周完成软件的具体设计和硬件的制作。3第三周完成软件和硬件的联合调试。目 录1引言 12总体设计方案 12.1设计思路 12.1.1 硬件设计 12.1.2软件设计12.2总体设计方框图23 设计原理分析 23.1 控制按钮分析23.2 复位电路和晶振电路分析 33.3 保护电路分析 33.4 输出驱动电路 44 总结与体会 5参考文献 6附录（一） 7附录（二） 8基于单片机控制的步进电机控制器班级：应教054 姓名；宋里旗摘要：本设计为电子工程专业学生在校期间的单片机课程设计实习。是基于单片机控制
3、的步进电机控制器。在科学技术迅速发展的今天，自动化控制技术日益完善和成熟，对步进电机的要求也越来越高，社会上所需这方面的人才也越来越多，通过本次实习，可以提高学生的动手动脑，全面综合的运用所学专业知识的能力，增强学习专业知识和技能的兴趣，掌握单片机的运用方法和技巧，深入了解步进电机的工作原理。学会用科学技术来解决生活，生产中遇到的实际问题，真正做到学以致用，造福社会。本设计是通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流，就可以控制步进电机的转动，从而实现数字和角度的转换，转动的角度大小与施加的脉冲数成正比，转动的速度与脉冲频率成正比，而转动方向则与脉冲的顺序有关。关键词：单片机 步进电机 控制系统
4、1 引言步进电动机是数字控制电动机。它将电脉冲信号转换成角位移，即给一个脉冲信号，步进电动机就转动一个角度或直线位移一步，也由此称为“步进电动机”，又称“脉冲电动机”。近十年来，数字技术，计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动了步进电动机的发展，为步进电动机的应用开避了广阔的前景。步进电动机运用广泛，常用于军事雷达，机器人，CNC数控机床等精密控制系统。目前，在工业中主要使用的是反应式步进电动机，它由定子和转子两部分组成。一般相数为2，3，4，5，6，每相两个绕组套在一对定子磁极上，成为控制绕组，转子是无绕组铁心。其具有力矩/惯性比高，频率响应快，步进频率高，不通电时可以自由转动，可以正反方向旋
5、转，而且结构简单，工作寿命长。2 总体设计方案2.1 设计思路2.1.1 硬件设计（1）中心电路：中心电路采用TA89S51单片机芯片，晶振采用12MHZ，具有上电自动复位和手动复位功能。（2）输入电路：输入电路由5个按钮组成，功能分别为正转，反转，加速，减速和停止，经过上拉电阻分别接到单片机P1口对应端。（3）输出电路：由单片机P2口相应端输出有序的电脉冲，经过74LS04反相，驱动模拟灯有规律点亮，并经过2803A驱动器驱动，带动步进电机转动。（4）保护电路：由模拟飞车保护电路，过载保护电路，欠压保护电路和短路保护电路组成。当电路异常时，有灯指示，并且将保护信号送到单片机P0.0口进行停车
6、保护。2.1.2 软件设计软件设计分为三大模块：第一，输入检测程序，进行正转，反转，加速，减速，停止检测，当检测到某一按钮有效时，去执行对应功能；第二，输出有序脉冲程序，根据输入检测的结果，去控制输出有序电脉冲的频率，个数和形式；第三，保护程序，由飞车保护，过载保护，欠压保护，短路保护的传感器送到单片机，当出现异常时，控制步进电机停机，进行保护。2.2 总体设计方框图总体设计方框图如图1欠压，过载，短路，飞车保护电路输出控制电路复位电路12MHZ晶振控制正转，反转，加速，减速，停止电路 AT89S51 单片机图1总体设计方框图3 设计原理分析3.1 控制按钮分析控制按钮原理图如图2，K1，K2
7、，K3，K4，K5分别为正转，反转，加速，减速，停止按钮，经过上拉电阻加到单片机P1.0到P1.4口。待机情况下，P1.0到P1.4都为高电平，输出P2.0到P2.3为高电平，电机不运转；当按下K1或K2时，P2.0到P2.3输出有序的电脉冲，步进电机正转或反转，在正转或反转时，按下K3或K4进行加速或减速，在电机运转中，按下K5就会使电机停机。图2控制按键原理图3.2 复位电路和晶振电路分析AT89S51单片机9脚为复位脚，高电平有效，当刚上电时，由于电容电压不能突变，9脚为高电平进行复位，同时电容通过R2充电，9脚电压有高电平变为低电平。若按下按键K6时，可手动复位。单片机18脚和19脚接
8、12MHZ的晶振电路。3.3 保护电路分析飞车保护由R7，R8，K7组成来模拟的，当按下按键时，模拟为飞车，输出高电平送到单片机，控制电机停车，并且有指示灯指示。过载保护由R9和热敏电阻RT，74LS04组成，当过载时，输出高电平送到单片机，控制电机停车。其中热敏电阻常温时电阻为小于500，当温度达到40度时，电阻将达到5K 以上。短路保护由串接在电动机公共线上的保险丝组成，当电流超过1A时，保险丝断开，进行停车保护。欠压保护有555定时器和R4,R5,R6组成，定时器供电电压为5V，电动机电压为12V，若电动机电压低于10V时，555定时器3脚输出高电平送到单片机，进行停车保护，555定时器
9、的功能表如表1。表1 555定时器功能表脚6脚2脚3V62/3VCCV21/3VCC低电平V62/3VCCV21/3VCC高电平V61/3VCC保持保护电路原理图如图3图 3 保护电路原理图3.4 输出驱动电路从P2.0到P2.3口输出的有序电脉冲，经过74LS04反相，首先驱动模拟灯显示，然后经过2803A驱动器驱动，使步进电机正常转动。74LS04内部结构图如图4。2803A为8个达另顿功率图 4 74LS04内部结构图驱动管，1，2，3，4，5，6，7，8： 8路TTL弱吸电流输入，18，17，.，11： 8路功率输出，与上行一一对应。9： GND 10：公共电源端。步进电机采用4相电机
10、，顺序为黑，橙，棕，黄；红为公共电源端。其输出驱动电路原理图如图5。图 5 输出驱动电路原理图4 总结与体会通过本次单片机实习，使我们把以前所学的模拟电子技术，数字电子技术，单片机原理与技术，电工技术，传感器技术及软件编程技能等得以全面灵活的运用。同时，我们根据设计任务书，设计出了原理图，PCB图；经过转印，打板，腐蚀，制作出电路板；然后焊接，软件编程，烧程序；最后整体调试。这使我们熟悉了怎样用单片机实现某种功能的制作步骤，技巧和注意事项。经过这三周的实习，我感觉自己收获很大。首先，自己熟悉了单片机的内部结构，工作原理及怎样运用；其次，我学会了怎样用汇编语言进行编程，怎样使程序更合理完善；再次
11、，学会了怎样设计电路原理图，PCB图，制作电路板的基本过程和要求，怎样调试电路等；最后，增强了我对专业知识和专业技能的兴趣，培养了我的动手动脑能力。本次实习，意义很大，经过老师的精心教导，和我们的不懈努力，顺利圆满的完成了本次实习，这将在我以后的学习工作中起到很大的帮助。参考文献1 汪道辉.单片机系统设计与实践M.北京：电子工业出版社，2006.52 李朝青.单片机原理及接口技术（第三版）M.北京：北京航空航天大学出版社，2005.93 汤山俊夫著;彭军译.数字电路设计与制作M.北京:科学出版社,20054 余小平,奚大顺.电子系统设计(基础篇)(M).北京:北京航空航天大学出版社,2007.
12、35 蔡朝洋.单片机控制实习与专题制作(M).北京:北京航空航天大学出版社,2006.116 张洪润,刘秀英,张亚凡.单片机应用设计200例(下册)(M).北京;北京航空航天大学出版社,2006.77 楼然苗,李光飞.51系列单片机设计实例(M).北京;北京航空航天大学出版社,2006.2附录（一）步进电机总电路原理图附录（二）步进电机程序流程图和程序清单程序流程图程序清单：ORG 0000HAJMP STOPORG 0040HSTOP: MOV P2,#0FFH JNB P1.0, START JNB P1.1, RERUN SJMP STOPSTART: MOV R0, #00HSTART
13、1: MOV A, R0 MOV DPTR, #TABLE MOVC A, A+DPTR JZ START MOV P2, A JNB P1.4, STOP JNB P0.0, STOP JNB P1.2, SPEEDUP JNB P1.3, SLOW LCALL DELAY0 INC R0 AJMP START1SPEEDUP: LCALL DELAY1 INC R0 AJMP START1SLOW: LCALL DELAY2 INC R0 AJMP START1RERUN: MOV R0, #00HRERUN1: MOV A, R0 MOV DPTR, #TABLF MOVC A, A+D
14、PTR JZ RERUN MOV P2, A JNB P1.4, STOP JNB P0.0, STOP JNB P1.2, RPEEDUP JNB P1.3, RLOW LCALL DELAY0 INC R0 AJMP RERUN1RPEEDUP: LCALL DELAY1 INC R0 AJMP RERUN1RLOW: LCALL DELAY2 INC R0 AJMP RERUN1DELAY0: MOV R1, #150D1: MOV R2, #50 DJNZ R2,$ DJNZ R1, D1 RETDELAY1: MOV R1, #50D2: MOV R2, #50 DJNZ R2, $ DJNZ R1, D2 RETDELAY2: MOV R1, #0AFHD3: MOV R2, #50 DJNZ R2, $ DJNZ R1, D3 RETTABLE: DB 07H, 03H, 0BH, 09H, 0DH, 0CH, 0EH, 06H DB 00HTABLF: DB 06H, 0EH, 0CH, 0DH, 09H, 0BH, 03H, 07H DB 00H END
基于单片机控制的步进电机控制器单片机实习报告
