微控综合系统设计课程设计-基于51单片机的步进电机微控系统设计

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1、微控综合系统课程设计微控综合系统设计课程设计评语：考勤（10）守纪（10）过程（40）设计报告（30）答辩（10）总成绩（100）专业：电气工程及其自动化班级：电气1301班姓名：-18-微控综合系统课程设计学号：指导教师：兰州交通大学自动化与电气工程学院2016年1月9日1摘要随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。步进电机是一种能

2、将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，步进电机控制系统主要由步进控制器,功率放大器及步进电机等组成。采用单片机控制,用软件代替上述步进控制器,使得线路简单,成本低,可靠性大大增加。软件编程可灵活产生不同类型步进电机励磁序列来控制各种步进电机的运行方式。本设计是采用STC89C52单片机对步进电机的控制，通过IO口输出的时序方波作为步进电机的控制信号，信号经过芯片ULN2003驱动步进电机；同时，用4个按键来对电机的状态进行控制，并用4个LED发光二极管显示电机的转速。系统由硬件设计和软件设计两部分组成。其中，硬件设计包括STC89C

3、52单片机的最小系统、电源模块、键盘控制模块、步进电机驱动（集成达林顿ULN2003）模块、LED指示灯模块。软件采用在Keil软件环境下编辑。-18-微控综合系统课程设计2引言用单片机设计的步进电机控制系统应具有以下功能：1.步进电机的按键启停控制2．步进电机的按键正反转控制3.步进电机的按键加速控制4.步进电机的按键减速控制5.步进电机的LED灯速度显示3设计方案及原理本设计的目的是以单片机为核心设计出一个单片机控制步进电机的控制系统。本系统采用AT89C51作为控制单元，通过键盘实现对步进电机转动方向及转动速度的控制，通过led显示

4、速度等级。下面图1是系统的组成的结构图，大致规划系统的组成，以及控制的原理。图1总体设计框图4硬件设计-18-微控综合系统课程设计步进电机控制系统共分为六个模块：单片机最小系统模块、键盘控制模块、数码显示模块、测速模块、步进电机驱动模块和电源模块。1.单片机最小系统主要由复位电路和时钟电路组成。复位电路为单片机系统提供可靠复位，使单片机能正常启动。时钟电路采用外部时钟方式，保证单片机个功能部件都是以时钟频率为基准，有条不紊地一拍一拍地工作。2.键盘控制模块包括方向控制键、加速键和减速键、启停键，分别与单片机的P2.0、p2.1、p2.2和

5、P2.3相连。实现对步进电机的控制。并且键盘上连接有发光二极管，以指示键盘状态。3.数码显示模块采用共阴极数码管来动态显示步进电机的实际转动速度。利用I/O口为数码管的com端提供低电平。二号单片机的P1口提供数码管的段选信号，P2.6和P2.7控制数码管的位选信号。4.测速模块采用开关霍尔片对安放在步进电机转盘上的小磁片的磁信号进行检测，步进电机转盘每次带动小磁片经过霍尔片时，其都将有脉冲信号从霍尔片输出。单片机外部中断口对信号进行采集。5.步进电机驱动模块选用七个NPN达林顿连接晶体管ULN2003为步进电机提供脉冲信号，驱动步进电机

6、转动。该模块与单片机的P1.0—P1.3相连。6.电源模块是通过将市电220V转变为直流12V和直流5V分别供给驱动模块和单片机模块。在本设计以常用的永磁式步进电机为例，用单片机控制步进电机。以下是CZ-2801型永磁步进电机的外形图，如图2所示。-18-微控综合系统课程设计图2CZ-2801型永磁步进电机外形图不难设计出控制电路，因其工作电压为12V，因此用一块开路输出达林顿驱动器（这里用ULN2003，关于ULN2003将在后面介绍）作为驱动，通过P1.0、P1.3来控制各线圈的接通与切断。开机时，P1.0、P1.3均为高电平，依次将

7、P1.0、P1.2（或P1.1、P1.3反向）切换为低电平即可驱动步进电机运行。如果要改变电机的转动速度只要改变两次接通之间的时间。改变转速，只要改变P1.0、P1.2（或P1.1、P1.3反向）轮流变低电平的时间即可达到要求，因为不会影响到其他功能的实现，这个时间可以用延时来实现，。这里以定时的方式来实现。下面首先计算一下定时时间。按要求，最低转速为20转/分，而上述步进电机的步距角为7.5，即每48个脉冲为1周，即在最低转速时，要求为960脉冲/分，相当于62.5ms/脉冲。而在最高转速时，要求为100转/分，即48000脉冲/分，相

8、当于12.5ms/脉冲。可以列出下表1：表1步进电机转速与定时器定时常数关系转速单步时间(ms)TH0TL02062.51F0-18-微控综合系统课程设计2159.29B62256.33742