单片机步进电机控制实训报告.doc

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1、单片机课程设计 步进电动机系统实训报告 李会民 电子工程系应用电子高职（ 3）08-1 班 二0 0九年十二月 步进电机控制实训报告 、实验要求 利用 P0 输出脉冲序列,74LS244 输入开关量，开关 K2-K8 控制步进电机转换(分 6 挡).K0,K1 控制步进电机转向必须要 K2-K8 中一开关和 K0,K1 中一开关同时为 1时步进 电机才启动，其他情况步进电机不工作 步进电机驱动原理是通过对它每线圈中的电流的顺序切换来使电机作步进式旋转 驱动电路 由脉冲信号来控制，所以调节脉冲信号的频率便可改变步进电机的转速 微电脑控制电机步进 电机最合适. 二、 实验目的 (a) 了解步进电机

2、控制的基本原理 (b) 掌握控制步进电机转动编程方法 三、 单片机控制原理及电路连线 单片机是用来为步进电机进行控制的， 给电机提供时序脉冲， 让电机以某一种方式进行 运转。硬件部分设计 AT89C51 外围电路设计包含有三部分的设计： 键盘模块，晶振模块及复位模块。 通过按键的输入，单片机作为控制的中心决定步进电机的正转，反转，启动及停止等操作。 同时通过单片机实现电子时钟控制步进电机。 键盘设计。考虑有两种方式 ：需要上拉电阻的方式和不需要上拉电阻的方式。由于单片内部 设有小的上拉电阻，当外围电路很小时， 是可以不考虑前一种方式的。 我们的键盘只是起到 输入时序的作用，并没有外带大的电路，

3、所以我们选择第二种方式： 当 K_1 按下时：步进电机处于启动状态； 当 K_2 按下时：步进电机处于停止状态； 当 K_3 按下时：步进电机处于正向状态； 当 K_4 按下时：步进电机处于反向状态； 基于 AT89C51 的步进电机驱动器控制系统电路原理可以表示为如下图： 在 AT89C51 外围设有键盘模块，对单片机输入时序脉冲，不仅让单片机正常工作，而+5V U5 CRYSTAL X1 19 XTAL1 XTAL2 RST P0.0/AD0 P0.1/AD1 P0.2/AD2 P0.3/AD3 P0.4/AD4 P2.0/A8 P2.1/A9 P2.2/A10 P2.3/A11 ALE

4、P2.4/A12 EA P2.5/A13 P2.6/A14 P2.7/A15 P1.0 P3.0/RXD P1.1 P3.1/TXD P1.2 P3.2/INT0 P1.3 P3.3/INT1 P1.4 P3.4/T0 P1.5 P3.5/T1 P1.6 P3.6/WR P1.7 P3.7/RD A0 Y0 A1 Y1 A2 Y2 A3 Y3 P1.4 1 UO：B 11 4ALS244 Y0 13 A1 Y1 1 A2 Y P1.7 17 A3 Y3 I 3 19 OE 74ALS244 +5V Jv RN7 4.7k DO-D7 U4 D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4

5、Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 CLK MR R1 4.7K R9 4.7K R8 4.7K _6_ 7 5B 6B 7B 5C 6C 7C +12V ULN2003A R2 C2 1 2 18 9 3 4 39 35 34 21 33 32 FF24_2526F_2810FnFF16F U3:A R4 2R2 U2:A DO-D7 且使之输出可以使电机工作的时序脉冲。 这便实现了单片机对步进电机驱动系统的控制。 控 制信号的来源是按键的按与松，按键输入的时序经 AT89C51 处理后输出给电机驱动电路。 四、实验说明 （a） 本实验使用的步进电机用直流 +12V 电压，电机线圈由

6、A,B,C,D 四相组成. （b） 驱动方式为四相四拍方式，各线圈通电顺序如下表 .按表中顺序切换，电机按顺时针 方向旋转，若通点顺序相反，则电机轴按逆时针方向旋转 （注：为提高步进电机负载能力和运行平稳 ，可使用四相八拍驱动方式） 顺序/相 A B C D 1 1 0 0 0 2 0 1 0 0 3 0 0 1 4 0 0 0 1 设计环境介绍 本次设计使用的软件有电路绘制软件 Proteus 和 C 语言的转换软件 Keil。我们最终 完成的硬件设计要通过 Proteus 将之绘制成电路图。Proteus 软件的使用方法，我们通过在 网上找相关的资料，可以很容易的学习。 Keil 这个软件

7、，我们只是粗略的了解大概，将我 们所写的 C 语言程序转换成我所需要的 HEX 格式的文件，即可。 设计软件部分 PI PO EQU EQU 8200H 8300H ;开关输入口地址 ;输出口地址 ORG 0000H SJMP START ORG 0040H START: MOV SP,#60H CLR C PUSH PSW MOV R5,#10010010B ;R5 与 C 一起组成状态存储器 READ: MOV DPTR,#PI MOVX A,DPTR ;读开关状态 JB ACC.0,DIRECT0 ；判断转动方向 JB ACC.1,DIRECT1 5 SJMP READ ;正反向开关均未

8、开则重读开关 DIRECT0: MOV R7,#00H ;设置方向标志 SJMP SPEED DIRECT1: MOV R7,#0FFH ;设置方向标志 SPEED: JB ACC.2,SPEED0 ;判定转速开关 JB ACC.3,SPEED1 JB ACC.4,SPEED2 ACC.5,SPEED3 ACC.6,SPEED4 ACC.7,SPEED5 JB JB JB AJMP READ ;无任何速度开 ,则重读开关 SPEED0: MOV R6,#61H ;设置转速 0 常数 AJMP WAVE SPEED1: MOV R6,#51H ;设置转速 1 常数 AJMP WAVE SPEED

9、2: MOV R6,#31H ;设置转速 2 常数 AJMP WAVE SPEED3: MOV R6,#21H ;设置转速 3 常数 AJMP WAVE SPEED4: MOV R6,#11H ; 设置转速 4 常数 AJMP WAVE SPEED5: MOV R6,#09H ;设置转速 5 常数 MOV B,R6 WAVE: LCALL DELAY ;延时 ,决定转速 DJNZ R6,WAVE MOV DPTR,#PO ;置输出口地址 MOV A,R5 CJNE R7,#00H,NEG ;判断转向标志 POP PSW RLC A ;改变相位 SJMP SSS NEG: POP PSW RRC

10、 A ;改变相位 SSS: PUSH PSW MOV R5,A ;保存相位 ANL A,#07H MOVX DPTR,A ;相位输出 AJMP READ DELAY: ;延时子程序 MOV R0,#40H delay1: mov r1,#04fh djnz r1,$ DJNZ R0,delay1 RET END * 1 半疥时序表 时序 A+ B A B+ 1 0 0 0 1 2 0 0 1 1 3 0 0 1 0 4 0 1 1 0 5 0 1 0 0 6 1 i 0 0 7 1 0 0 0 8 1 0 0 1 352整步时序哀 时序 A+ B- A 1 1 0 0 1 2 0 0 1 1

11、3 0 1 1 0 4 1 1 0 0 册超电需為饰通电 图4.1斥应式母进电机r.作惊理斟 开始 五、实验框图 RS 与 C 一起组成状态存储器 根据转向改变相应的相位 延时 相位输出 六、步进电机资料 步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲， 步进电机就转一个角度， 因此非常适合单片机控制。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， 电机则转过一个步距角， 同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。 步进电动机有如下特点： 步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。 因此，当它转一圈后，

12、没有累计误差， 具有良好的跟随性。 由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，叉非常可靠。同时， 它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。 步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。 速度可在相当宽的范围内平稳调整， 低速下仍能获得较大转矩， 因此一般可以不用减 速器而直接驱动负载。 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。 步进电机存在振荡和失步现象， 必须对控制系统和机械负载采取相应措施。 步进电机在低频工作时 会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式， 就能很好的 解决这个问题。 步进电机的细分控制， 从本质上讲是通过对步进电机

13、励磁绕组中电流的控制， 使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场， 从而实现步进电机步距角的细分。 一般 情况下， 合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小， 相邻两合成磁场矢量之间的 夹角大小决定了步距角的大小。 步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。 七、实训总结心得 通过单片机课程设计， 我不仅加深了对单片机理论的理解， 将理论很好地应用到实际当 中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神， 从而不断地战胜自己， 超越自己。 创新， 是要我们学会将理论很好地联系实际， 并不断地去开动自己的大脑， 从为人类造福的意愿出 发，做自己力所能及的，别人却没想到的事。使之不断地战

14、胜别人，超越前人。同时，更重 要的是，我在这一设计过程中，学会了坚持不懈，不轻易言弃。设计过程，也好比是我们人 类成长的历程，常有一些不如意，也许这就是在对我们提出了挑战，勇敢过，也战胜了，胜 利的钟声也就一定会为我们而敲响。 这个设计过程中， 我遇到过许多次失败的考验， 就比如， 自己对实际生活中的交通秩序 的不了解给整个设计带来的困扰，真想要就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白 了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程。于是，我坚持了下来。当 然最终，这个设计很成功，主要体现在，这一整个系统，几乎没有参考任何书，程序由自己 独立完成，与用 AT89C51 来制作的交通灯控制系统相比， 程序简单易读，结构清楚，最重要 的是成本低。 在设计一个系统， 除了达到所要求的性能指标以外， 成本也是很重要的一个指 标。成本的高低也决定了产品的适用性。