步进电机控制的设计文档.docx

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步进电机控制的设计文档

四川职业技术学院

《单片机应用技术》

课程设计

课目：

步进电机控制

学校：

四川职业技术学院

系别：

电子电气工程系

专业：

应用电子技术

班级：

11级电技2班

组别：

十二组

组员：

刘洋101

唐书华105

杨德忠114

指导教师：

成友才张启

时间：

2013年1月7日-2013年1月12日

四川职业技术学院

课程设计（论文）任务书

电子电气工程系＿应用电子技术专业＿2011＿级＿2班；组号＿12＿组员＿刘洋唐书华杨德忠日期＿2013年1月7日-2013年1月12日课程设计（论文）题目＿步进电机控制

课程设计题目与课题要求：

1课程设计题目：

步进电机控制

2课题要求：

对步进电机进行调速控制和方向控制

指导教师：

张启成友才

本课程设计成绩评定

本课程设计评定语：

指导老师（签名）：

日期：

本课程设计成绩：

指导老师（签名）：

日期：

目录

设计的主要思想和主讲内容

关键字四相步进电机单片机功率放大LCD1602

1系统总体方案设计及硬件设计本设计系统中主要围绕AT89S52以实现四相步进电机的转动控制步进电机正转、反转以及转动速度以及液晶LCD1602的显示为目的

1.1步进电机步进电机是数字控制电机它将脉冲信号转变成角位移即给一个脉冲信号步进电机就转动一个角度因此非常适合于单片机控制。

步进电机可分为反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）和混合式步进电机（HB）。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是它是通过输入脉冲信号来进行控制的即电机的总转动角度由输入脉冲数决定而电机的转速由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作控制信号由单片机产生。

设计的指导思想和主要研究内容1.4.1指导思想本设计的指导思想是通过键盘界面去控制两部分内容单片机控制步进电机单片机控制液晶的显示。

故脉冲信号发生器有两大方面的内容软件平台和硬件平台。

软件平台包括键盘扫描程序的设计、液晶显示程序设计、步进电机控制程序设计硬件平台包括键盘的连接电路、步进电机的驱动电路、液晶模块的连接电路。

1.4.2主要研究内容

（1）总体设计总体设计包括软硬件的设计对设计的具体内容进行分析确定各平台的设计方案。

（2）硬件选型和各元件调试根据确定的硬件方案选择适当的芯片元件和电子元件并做相关的调试最终确定可行的硬件方案。

（3）电路设计、焊接和调试完成电路板原理图和电路图的设计并完成最终的布板、焊接以及硬件调试。

（4）软件设计完成液晶显示和步进电机控制的设计和调试。

（5）综合调试软硬件联合调试最终完成脉冲信号发生器的设计。

（6）撰写毕业论文总结毕业设计的过程完成毕业论文

2总体设计方案脉冲信号发生器的总体方案设计是根据其功能和设计要求从全局的角度以系统的观点而进行整体方面的设计主要包括液晶显示模块设计步进电机模块设计和键盘模块设计等内容。

2.1框架结构体系设计本设计主要依据图2-1的框架结构进行设计。

2-1总体框架结构图其中AT89S51单片机作为本系统的中控模块。

单片机可把由键盘传来的信号

2-1总体框架结构图

利用软件来进行处理从而把数据传输到显示模块实现有关字符的显示。

液晶显示屏为主要的显示模块把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示,提示操作者对步进电机进行控制。

在显示模块上主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换

2.2各功能模块方案设计本设计各功能模块主要包括按键模块步进电机及驱动模块和液晶显示模块等下面将分别讨论各个模块拟采用的方案和最终方案的确定。

2.2.1液晶显示模块

采用1602液晶显示模块

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。

根据显示内容可以分为字符型液晶图形液晶。

根据显示容量又可以分为单行16字2行16字两行20字等等。

2.2.2步进电机及其驱动模块由于本设计的需要和受到条件的限制,本设计选用常州宝来电器有限公司生产的BL-210步进电机及驱动器,下面对此产品做简单介绍:

2.2.3电源模块方案一采用干电池作为本系统的电源由于点阵系统耗电量较大使用干电池需经常换电池不符合节约型社会的要求。

点阵系统要悬挂在墙上电池总量大使用会有较大安全隐患。

方案二采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源不仅功率上可以满足系统需要不需要更换电源并且比较轻便使用更加安全可靠基于以上分析我们决定采用方案二。

2.2.4核心控制模块方案一以AT89S51单片机作为系统核心,作出对步进电机相应的控制并输出显示。

方案二用FPGA可编程门阵列实现对信息进行分析处理然后作相应的控制。

方案三采用西门子公司生产的S7-200系列PLC可编程控制器控制。

PLC是以计算机技术为核心通过简单的编程可以实现强大的功能。

在现代化大规模控制系统中PLC集散控制系统正被广泛采用。

方案的比较与确定:

单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。

其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。

方案二使用FPGA控制稳定性好抗干扰能力强编程及调试也相对简单但就目前来说其成本过高会造成资源的浪费,能满足设计要求方案三功能强大编程简单但是广泛应用的中小型PLC显示功能较差往往只能通过面板信号灯的状态来确定输出状态对于设备的状态过程无法显示从而给调试程序员带来不便而且成本也很高。

综上所述本设计的核心部分采用方案一。

3.1液晶显示器的优点在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光而不像阴极射线管显示器CRT那样需要不断刷新新亮点。

因此液晶显示器画质高且不会闪烁。

数字式接口液晶显示器都是数字式的和单片机系统的接口更加简单可靠操作更加方便。

体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

功耗低相对而言液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上因而耗电量比其它显示器要少得多

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机VR、永磁式步进电机PM、混合式步进电机HB和单相式步进电机等

步进电机控制的原理图步进电机控制的原理图步进电机控制的原理图步进电机控制的原理图：

：

：

：

在本原理图中，JP1用于连接步进电机，其中第五引脚电源接红线，第一到第四根分别依次接步进电机上的橙黄线。

JP2

1设计要求

1.1功能需求

1.2设计要求

2硬件设计及描述

2.1总体描述

2.2步进电机控制的原理图

2.3Proteus仿真电路图

3软件设计流程及描述

3.1设计流程

3.2函数模块及功能

3.3步进电机程序

4心得及体会

1设计要求

1.1功能要求

1实现电机的正转

2实现电机的反转

3实现电机的调速

1.2设计要求

作为步进电机其功能就是要实现电动机的正转、反转、调速。

分为五个大区：

1驱动电路，2键盘电路，3指示电路，4显示电路，5脉冲震荡电路。

2硬件设计及要求

2.1总体描述

（1）单片机采用AT89S52型；

（2）显示电路：

采用LCD1602液晶显示，P0口驱动显示，P2.0～P2.2是控制液晶选通和数据输出。

（3）驱动电路：

P2.7，P3.0～P3.7分别连接6个按键，实现正转，反转，停止，设置，减速，加速的功能。

（4）步进电机的整体的原理：

步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机利用其没有积累误差（精度为100%）的特点广泛应用于各种开环控制。

2.2步进电机控制的原理图

2.3步进电机的仿真图

三软件设计流程及描述

3.1设计流程

步进电机

步进电机驱动器（外置）

AT89S52

单片机

按键模块

1602液晶显示模块

3.2函数模块及功能

利用软件来进行处理从而把数据传输到显示模块实现有关字符的显示。

液晶显示屏为主要的显示模块把单片机传来的数据显示出来,并且可以实现滚动显示,提示操作者对步进电机进行控制。

在显示模块上主要靠按键来实现各种显示要求的选择与切换

2.2各功能模块方案设计本设计各功能模块主要包括按键模块步进电机及驱动模块和液晶显示模块等下面将分别讨论各个模块拟采用的方案和最终方案的确定。

2.2.1液晶显示模块

采用1602液晶显示模块

液晶显示器以其微功耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点在各类仪表和低功耗系统中得到广泛的应用。

根据显示内容可以分为字符型液晶图形液晶。

根据显示容量又可以分为单行16字2行16字两行20字等等。

2.2.2步进电机及其驱动模块由于本设计的需要和受到条件的限制,本设计选用常州宝来电器有限公司生产的BL-210步进电机及驱动器,下面对此产品做简单介绍:

2.2.3电源模块方案一采用干电池作为本系统的电源由于点阵系统耗电量较大使用干电池需经常换电池不符合节约型社会的要求。

点阵系统要悬挂在墙上电池总量大使用会有较大安全隐患。

方案二采用200W/5V直流稳压电源作为系统电源不仅功率上可以满足系统需要不需要更换电源并且比较轻便使用更加安全可靠基于以上分析我们决定采用方案二。

2.2.4核心控制模块方案一以AT89S51单片机作为系统核心,作出对步进电机相应的控制并输出显示。

方案二用FPGA可编程门阵列实现对信息进行分析处理然后作相应的控制。

方案三采用西门子公司生产的S7-200系列PLC可编程控制器控制。

PLC是以计算机技术为核心通过简单的编程可以实现强大的功能。

在现代化大规模控制系统中PLC集散控制系统正被广泛采用。

方案的比较与确定:

单片机控制适合于功能比较简单的控制系统,而且其具有成本低,功耗低,体积小算术运算功能强,技术成熟等优点。

其缺点是外围电路比较复杂,编程复杂。

方案二使用FPGA控制稳定性好抗干扰能力强编程及调试也相对简单但就目前来说其成本过高会造成资源的浪费,能满足设计要求方案三功能强大编程简单但是广泛应用的中小型PLC显示功能较差往往只能通过面板信号灯的状态来确定输出状态对于设备的状态过程无法显示从而给调试程序员带来不便而且成本也很高。

综上所述本设计的核心部分采用方案一。

3.1液晶显示器的优点在单片机系统中应用液晶显示器作为输出器件有以下几个优点显示质量高由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度恒定发光而不像阴极射线管显示器CRT那样需要不断刷新新亮点。

因此液晶显示器画质高且不会闪烁。

数字式接口液晶显示器都是数字式的和单片机系统的接口更加简单可靠操作更加方便。

体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多。

功耗低相对而言液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上因而耗电量比其它显示器要少得多

步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

当步进驱动器接收到一个脉冲信号它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”）它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度从而达到调速的目的。

步进电机可以作为一种控制用的特种电机利用其没有积累误差（精度为100%）的特点广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机VR、永磁式步进电机PM、混合式步进电机HB和单相式步进

3.3步进电机程序

#include

#defineucharunsignedchar

ucharcodedispcode[]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,

0x07,0x7F,0x6F,0x40,0x00,0};

uchardisp[8]={11,11,11,11,11,11,11,0};

longvalue=0;

ucharop=10;

ucharflag=1;

voiddelay（void）

{

uchari;

for（i=250;i>0;i--）;

}

voiddisplay（）

{

uchark=0x80,i,t=0;

for（i=0;i<8;i++）

{

P2=0;

if（（t==0）&&（disp[i]==0）&&（i<7））P0=0;

else

{

P0=dispcode[disp[i]];

t=1;

}

P2=k;

k=k>>1;

delay（）;

P2=0;

}

}

ucharinkey（）

{

uchari,j=1,k;

ucharcodekeytab[16]={0x81,0x41,0x21,0x11,0x82,0x42,0x22,0x12,0x84,

0x44,0x24,0x14,0x88,0x48,0x28,0x18};

for（i=0;i<4;i++）

{

P3=~j;

k=~P3;

if（k!

=j）break;

j=j<<1;

}

for（i=0;i<16;i++）

{

if（keytab[i]==k）break;

}

returni;

}

voidlong2disp（longn）

{

uchari;

for（i=7;i>0;i--）

{

disp[i]=n%10;

n=n/10;

}

disp[0]=n;

}

longdisp2long（）

{

uchari;

longn=0;

for（i=0;i<8;i++）

{n=n*10+disp[i];}

returnn;

}

voidkey_action（ucharkey）

{

uchari;

if（key<=9）

{

if（flag==0）

{

for（i=0;i<7;i++）{disp[i]=disp[i+1];}

disp[7]=key;

}

else

for（i=0;i<7;i++）disp[i]=0;

disp[7]=key;

flag=0;

}

else

{

if（flag==0）

{

switch（op）

{

case10:

value=value+disp2long（）;break;

case11:

value=value-disp2long（）;break;

case12:

value=value*disp2long（）;break;

case13:

value=value/disp2long（）;break;

case15:

value=value;break;

}

long2disp（value）;

flag=1;

}

op=key;

}

}

voidmain（）

{

ucharkey;

while

（1）

{

key=inkey（）;

if（key<16）

{

display（）;

if（key==inkey（））

{

key_action（key）;

while（key==inkey（））

{display（）;}

}

}

display（）;

}

}

4心得体会

这一周的单片机实训结束了，我们从这周的实训学到了很多的东西，从第一天的老师为我们讲解黑板上的每一个开始，我们就进入了单片机这个奇妙的程序世界之中，下面就说一下我们这一周实训的一些感悟。

就从第一天的选题开始说起，我们组的的三个成员经过讨论选中了老师出的第十八道题《步进电机的控制》，我们三个就开始明确的分工，杨德忠负责程序的编写，刘洋负责硬件的焊接，唐书华负责电子文档的书写；第一天的上午就这样分工就完成了，第一天的下午就要画出原理图，列出所需要的元器件清单，第一天的工作就算完成了，第二天到第四天就是我们的领元器件，焊接和写程序；第五天我们就要把我们做的成果拿个老师检查（包括程序，硬件的焊接，电子文档和每个人一份的实训总结表），把这些做完之后我们就算完成了单片机的是训了，从这一周的实训中我们了解到了很多。

首先在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。

为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们是在做单片机实习，我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

　　其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：

C语言、模拟和数字电路知识等。

虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

　　最后，在设计之前，我们要对所用单片机的内部结构有一个系统的了解，知道该单片机内有哪些资源；要有一个清晰的思路和一个完整的的软件流程图；在设计程序时，不能妄想一次就将整个程序设计好，反复修改、不断改进是程序设计的必经之路；要养成注释程序的好习惯，一个程序的完美与否不仅仅是实现功能，而应该让人一看就能明白你的思路，这样也为资料的保存和交流提供了方便；在实习过程中遇到问题是很正常的，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题。

但是从中学到的知识会让我受益终身。

发现、提出、分析、解决问题和实践能力提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。