实验步进电机实验报告.docx
《实验步进电机实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《实验步进电机实验报告.docx（18页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
实验步进电机实验报告
【关键字】实验
论文题目：
步进电机的控制
课程名称：
计算机控制技术
学院信息工程学院
专业班级应用电子技术
（2）班
学号08
姓名卢广彬
任课教师黄国宏
6日
实验名称：
步进电机的控制
实验目的：
1、复习步进电机的工作原理，进一步加强对步进电机的应用方面的学习；
2、了解芯片ULN2003A的工作原理，并利用单片机或者微机等对芯片加予控制；
3、学会灵活编写单片机的控制及应用程序，进一步熟悉单片机的工作方式；
4、学会用单片机及一外围设备组建具有独特功能的自动控制系统。
实验原理：
ULN是一个具有16个引脚驱动芯片，其作用是将输入的较小电流放大，以便可以驱动一般的I/O无法驱动的较大功率的外围设备。
下面将叙述ULN的内部结构、芯片引脚功能、与单片机的连接方法及简单的应用。
一、ULN2003管脚排列如下图所示：
ULN2003的内部结构和功能
ULN是集成达林顿管IC，内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管，可用来驱动继电器。
它是双列16脚封装,NPN晶体管矩阵,最大驱动电压=50V,电流=500mA,输入电压=5V,适用于TTLCOMS,由达林顿管组成驱动电路。
ULN是集成达林顿管IC,内部还集成了一个消线圈反电动势的二极管,它的输出端允许通过电流为200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。
用户输出口的外接负载可根据以上参数估算。
采用集电极开路输出，输出电流大，故可直接驱动继电器或固体继电器，也可直接驱动高压灯泡。
通常单片机驱动ULN时，上拉2K的电阻较为合适，同时，COM引脚应该悬空或接电源。
ULN是一个非门电路，包含7个单元，但独每个单元驱动电流最大可达350mA.资料的最后有引用电路，9脚可以悬空。
比如1脚输入，16脚输出，你的负载接在VCC与16脚之间，不用9脚。
ULN的作用：
ULN是大电流驱动阵列,多用于单片机、智能仪表、PLC、数字量输出卡等控制电路中。
可直接驱动继电器等负载。
输入5VTTL电平，输出可达500mA/50V。
ULN是高耐压、大电流达林顿陈列,由七个硅NPN达林顿管组成。
该电路的特点如下:
ULN的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它能与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器。
ULN是高压大电流达林顿晶体管阵列系列产品,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,适应于各类要求高速大功率驱动的系统。
ULN引脚图及功能：
ULN2003是高耐压、大电流、内部由七个硅NPN达林顿管组成的驱动芯片。
经常在以下电路中使用，作为：
1、显示驱动
2、继电器驱动
3、照明灯驱动
4、电磁阀驱动
5、伺服电机、步进电机驱动等电路中。
ULN2003的每一对达林顿都串联一个2.7K的基极电阻,在5V的工作电压下它
能与TTL和CMOS电路直接相连，可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来
处理的数据。
ULN2003工作电压高，工作电流大，灌电流可达500mA，并且能够在关态时承受
50V的电压，输出还可以在高负载电流并行运行。
ULN2003的封装采用DIP—16或SOP—16
ULN在各种控制电路中常用它作为驱动继电器的芯片，其芯片内部做了一个消线圈反电动势的二极管。
ULN2003的输出端允许通过IC电流200mA，饱和压降VCE约1V左右，耐压BVCEO约为36V。
输出电流大，故可以直接驱动继电器或固体继电器（SSR）等外接控制器件，也可直接驱动高压灯泡。
ULN2003可以驱动7个继电器,具有高电压输出特性，并带有共阴极的续流二极管使器件可用于开关型感性负载。
每对达林顿管的额定集电极电流是500mA，达林顿对管还可并联使用以达到更高的输出电流能力。
ULN中每对达林顿管的基极都串联有一个2.7kΩ的电阻，可直接与TTL或5VCMOS器件连接
ULN2003可以并联使用，在相应的OC输出管脚上串联几个欧姆的均流电阻后再并联使用，防止阵列电流不平衡。
2.1步进电机
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
2.2步进电机的控制
1.换相顺序控制：
通电换相这一过程称为脉冲分配。
例如：
混合式步进电机的工作方式，其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C，D相的通断。
2.控制步进电机的转向控制：
如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。
3.控制步进电机的速度控制：
如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一步。
两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。
2.3步进电机的工作过程
开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图3.a、b、c所示：
a.单四拍b.双四拍c.四相八拍
步进电机工作时序波形图
对步进电机四个绕组依次实现如下方式的循环通电控制：
1、单四拍运行：
正转A-B-C-D；反转D-C-B-A
2、双四拍运行：
正转AB-BC-CD-DA；反转DC-CB-BA-AD
3、八拍运行：
正转A-AB-B-BC-C-CD-D-DA
本实验使用的四相八拍的工作方式
3、实验原理图：
单片机控制步进电机的原理图如下图所示：
单片机STC89C52上电后根据程序在P1.0—P1.3这四个I/O口输出上面步进电机工作时序图中的四相八拍时序方波，方波电流经ULN2003A芯片构成的驱动模块放大到一定的程度，以便提供可以满足步进电机工作所需的功率，即可使步进电机工作。
如图所示的电路图中，步进电机有三种工作方式：
一是仿照自动升降国旗的系统，当SA按下后，就进入自动升国旗的模式，国歌的长度是49秒，电机转过24.5圈时，蜂鸣器就响一下，与此同时，在LCD1602上会计数，并显示电机转过的圈数；当SB按下后，则是降国旗，其他方面的跟升国旗的情况一样。
二是正转方向上的加减速，只有SC这个按键按下后，就进入正转模式；再按SC键，就可以循环加减束。
三是反转方向的加减速，情况和第二种工作方式相类似。
实验步骤及结果：
1、按照实验原理图连接好电路图；
2、根据原理图编写程序；
3、电路上电，调试程序，观察并控制电机使其按照预期的行为工作；
4、当电机可以通过按键控制其仿照自动升降国旗系统、正转加减速、反转加减速时，程序调试结束；
5、优化程序，整理实验结果
实验程序：
#include
#include
#defineuintunsignedint
#defineucharunsignedchar
#defineRS_CLRRS=0
#defineRS_SETRS=1
#defineRW_CLRRW=0
#defineRW_SETRW=1
#defineEN_CLREN=0
#defineEN_SETEN=1
#defineDataPortP0
uintflag,N;
ucharstep=3;
sbitkeyA=P1^4;//正转键
sbitkeyB=P1^5;//反转键
sbitkeyC=P1^6;//加速键
sbitkeyD=P1^7;//减速键
sbitbeep=P3^6;//报警器开关口
sbitRS=P2^0;
sbitRW=P2^1;
sbitEN=P2^2;
ucharcodetable[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};//数码管显示
ucharcodeF[]={0xf1,0xf3,0xf2,0xf6,0xf4,0xfc,0xf8,0xf9};//四相八拍正转TABLE
ucharcodeR[]={0xf1,0xf9,0xf8,0xfc,0xf4,0xf6,0xf2,0xf3};//四相八拍反转TABLE
voiddelay（uintz）//延时子程序
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=0;y<115;y++）;
}
voidDelayUs2x（unsignedchart）
{
while（--t）;
}
voidDelayMs（unsignedchart）
{
while（t--）
{
//大致延时1mS
DelayUs2x（245）;
DelayUs2x（245）;
}
}
bitLCD_Check_Busy（void）
{
DataPort=0xFF;
RS_CLR;
RW_SET;
EN_CLR;
_nop_（）;
EN_SET;
return（bit）（DataPort&0x80）;
}
voidLCD_Write_Com（unsignedcharcom）
{
while（LCD_Check_Busy（））;//忙则等待
RS_CLR;
RW_CLR;
EN_SET;
DataPort=com;
_nop_（）;
EN_CLR;
}
voidLCD_Write_Data（unsignedcharData）
{
while（LCD_Check_Busy（））;//忙则等待
RS_SET;
RW_CLR;
EN_SET;
DataPort=Data;
_nop_（）;
EN_CLR;
}
voidLCD_Clear（void）
{
LCD_Write_Com（0x01）;
DelayMs（5）;
}
voidLCD_Write_String（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedchar*s）
{
if（y==0）
{
LCD_Write_Com（0x80+x）;//表示第一行
}
else
{
LCD_Write_Com（0xC0+x）;//表示第二行
}
while（*s）
{
LCD_Write_Data（*s）;
s++;
}
}
voidLCD_Write_Char（unsignedcharx,unsignedchary,unsignedcharData）
{
if（y==0）
{
LCD_Write_Com（0x80+x）;
}
else
{
LCD_Write_Com（0xC0+x）;
}
LCD_Write_Data（Data）;
}
voidLCD_Init（void）
{
LCD_Write_Com（0x38）;/*显示模式设置*/
DelayMs（5）;
LCD_Write_Com（0x38）;
DelayMs（5）;
LCD_Write_Com（0x38）;
DelayMs（5）;
LCD_Write_Com（0x38）;
LCD_Write_Com（0x08）;/*显示关闭*/
LCD_Write_Com（0x01）;/*显示清屏*/
LCD_Write_Com（0x06）;/*显示光标移动设置*/
DelayMs（5）;
LCD_Write_Com（0x0C）;/*显示开及光标设置*/
}
voiddisplay（）
{
P0=0xFF;//P1口置1
LCD_Init（）;
LCD_Clear（）;//清屏
LCD_Write_String（0,0,"2012-4-14"）;
LCD_Write_String（10,0,"S:
"）;
LCD_Write_String（12,0,"F"）;
LCD_Write_String（0,1,"Round:
"）;
LCD_Write_Char（7,1,0+0x30）;
LCD_Write_Char（9,1,0x7e）;
}
voidSTEP_F（ucharn）
{
uinti;
for（i=0;i<8;i++）
{
if（keyC==0）
{
while（!
keyC）;
n--;
if（n==0）
{
n=3;
beep=0;
delay（100）;
beep=1;
}
}
P1=F[i];
delay（n）;
}
}
voidSTEP_R（ucharn）
{
uinti;
for（i=0;i<8;i++）
{
if（keyD==0）
{
while（!
keyD）;
n--;
if（n==0）
{
n=3;
beep=0;
delay（100）;
beep=1;
}
}
P1=R[i];
delay（n）;
}
}
voidkeyboard（）
{
if（keyA==0）
{
flag=0;
N=0;
LCD_Write_String（12,0,"F"）;
}
elseif（keyB==0）
{
flag=1;
N=0;
LCD_Write_String（12,0,"R"）;
}
elseif（keyC==0）
{
while（!
keyC）;
flag=2;
N=0;
LCD_Write_String（12,0,"F"）;
}
elseif（keyD==0）
{
while（!
keyD）;
flag=3;
N=0;
LCD_Write_String（12,0,"R"）;
}
}
voidmain（）//主程序
{
uinti,j;
display（）;
while
（1）
{
keyboard（）;
if（flag==0）
{
for（j=0;j<32;j++）
{
for（i=0;i<8;i++）//电机转过45°
{
P1=F[i];
delay
（2）;
}
}
N++;
if（N==245）
{
beep=0;
delay（300）;
beep=1;
break;
}
LCD_Write_Char（10,1,N/1000+0x30）;
LCD_Write_Char（11,1,N%1000/100+0x30）;
LCD_Write_Char（12,1,N%1000%100/10+0x30）;
LCD_Write_String（13,1,"."）;
LCD_Write_Char（14,1,N%1000%100%10+0x30）;
}
elseif（flag==1）
{
for（j=0;j<32;j++）
{
for（i=0;i<8;i++）//电机转过45°
{
P1=R[i];
delay
（2）;
}
}
N++;
if（N==245）
{
beep=0;
delay（300）;
beep=1;
break;
}
LCD_Write_Char（10,1,N/1000+0x30）;
LCD_Write_Char（11,1,N%1000/100+0x30）;
LCD_Write_Char（12,1,N%1000%100/10+0x30）;
LCD_Write_String（13,1,"."）;
LCD_Write_Char（14,1,N%1000%100%10+0x30）;
}
elseif（flag==2）
{
while（keyA&keyB&keyD）
{
for（j=0;j<9*step;j++）
{
STEP_F（step）;
}
N++;
LCD_Write_Char（10,1,N/1000+0x30）;
LCD_Write_Char（11,1,N%1000/100+0x30）;
LCD_Write_Char（12,1,N%1000%100/10+0x30）;
LCD_Write_String（13,1,"."）;
LCD_Write_Char（14,1,N%1000%100%10+0x30）;
}
}
elseif（flag==3）
{
while（keyA&keyB&keyC）
{
for（j=0;j<9*step;j++）
{
STEP_R（step）;
}
N++;
LCD_Write_Char（10,1,N/1000+0x30）;
LCD_Write_Char（11,1,N%1000/100+0x30）;
LCD_Write_Char（12,1,N%1000%100/10+0x30）;
LCD_Write_String（13,1,"."）;
LCD_Write_Char（14,1,N%1000%100%10+0x30）;
}
}
elsebreak;
}
P1=0xf0;
}
心得体会：
俗话说“好的开始是成功的一半”。
说起课程设计，我认为最重要的就是对实验的原理要一丝不苟的去研究，因为只有都明白了，做起设计就会事半功倍，如果没弄明白，就迷迷糊糊的去选题目做设计，到头来一点收获也没有。
最后，要重视程序的模块化，修改的方便，也要注重程序的调试，掌握其方法。
虽然自己有实验板，但是部分硬件的设计跟焊接都要我们自己动手去焊，软件的编程也要我们不断的调试，最终一个能完成课程设计的劳动成果出来了，很高兴它能按着设计的思想与要求运动起来。
当然，这其中也有很多问题，第一、不够细心比如由于粗心大意焊错了线，由于对课本理论的不熟悉导致编程出现错误。
第二，是在学习态度上，这次课设是对我的学习态度的一次检验。
对于这次单片机综合课程实习，我的第一大心得体会就是作为一名工程技术人员，要求具备的首要素质绝对应该是严谨。
我们这次实习所遇到的多半问题多数都是由于我们不够严谨。
第三，在做人上，我认识到，无论做什么事情，只要你足够坚强，有足够的毅力与决心，有足够的挑战困难的勇气，就没有什么办不到的。
在这次难得的课程设计过程中我锻炼了自己的思考能力和动手能力。
通过题目选择和设计电路的过程中，加强了我思考问题的完整性和实际生活联系的可行性。
在方案设计选择和芯片的选择上，培养了我们综合应用单片机的能力，对单片机的各个管脚的功能也有了进一步的认识。
还锻炼我们个人的查阅技术资料的能力，动手能力，发现问题，解决问题的能力。
并且我们熟练掌握了有关器件的性能及测试方法。
再次感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让我有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路。
课程设计时间虽然很短，但我学习了很多的东西，使我眼界打开，感受颇深。
此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本！
升级会员 